[發明專利]一種高強度高導電硼改性工業純鋁的制備方法

有效

• 申請號: 201210475105.3
• 申請日: 2012-11-21
• 公開（公告）號: CN102978481A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 魏偉;茆仁宇;魏坤霞;杜慶柏;胡靜
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C1/03
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 盧亞麗

技術領域

本發明涉及一種高強度、高導電硼改性工業純鋁的制備方法。

背景技術

鋁合金由于其高導電率，高比強度，良好的延展性，易加工性以及在地球中的含量高，是目前重要的電線電纜原材料之一。目前，我國的導電用鋁約占鋁消耗總量的四分之一。鋁導體的大量使用對電工鋁提出了更高的要求，其主要性能指標有：抗拉強度、導電率及延展性等。目前，各國電網所用的導電純鋁導體的電導率基本都在61%IACS以上。

影響鋁電導率的因素有化學成分、變形以及彌散分布的第二相粒子等，其中化學成分是最基本也是起決定性作用的因素。鋁的電阻率隨著鋁的純度的降低而增加，雜質含量越多，電阻率也就越高。在工業純鋁中含有多種雜質元素，其中主要有Si、Fe、Ti、V、Mn、Cr等。張強等人研究表明（鑄造技術，2007，第28卷10期，1338～1340）：向工業純鋁中加入B元素可有效降低Ti、V等元素的含量，提高了鋁的導電性，但是抗拉強度降低，延伸率明顯提高。王桂芹研究發現（硼對鋁導體導電性影響的研究，大連理工大學博士論文，2004），B可以與鋁中的雜質元素Ti、Cr、Fe發生反應，生成相應的硼化合物，使鋁中溶解態的雜質元素轉變為析出態硼化物，改善鋁導體的導電性，但是對鋁導體的強度、塑性無明顯的影響。

發明專利“高導電率含稀土、硼的鋁基材料及制備方法”（專利號：200410079600.8）提出以鋁、鋁稀土中間合金、鋁硼中間合金為原料，通過添加少量Zr、Ag、Cu、Ti、Mg等元素中的一種、或幾種為性能調整元素，經合金熔煉、澆鑄、擠壓（拉拔或軋制）等工藝制備的鋁合金線（或絲）材可顯著提升鋁材的電導率及力學性能。但該專利的不足是鋁錠熔煉過程加入的合金元素較多，同時，熔煉過程采用氬氣進行精煉，操作工藝比較復雜，不利于實際生產。針對高導電率純鋁的拉伸強度偏低等問題，發明專利“高導電率高硅鋁基合金及其制備方法”（專利號：200810204594.2）采用純鋁、硅、稀土或Nb、Fe、Cu、Zr、Ti、V、Cr中的一種或幾種熔煉獲得預制合金，將該預制合金進行真空感應熔煉和噴射成形，然后進行熱擠壓和冷軋。但是該專利方法熔煉過程采用多元微合金化、后續成形工藝復雜，生產成本較高，不適合工業化生產。

為了解決工業純鋁硼化過程中多元微合金化帶來的合金元素污染，且力學性能偏低問題，本發明的目的是為了提供一種高強度、高導電硼改性工業純鋁的制備方法。

發明內容

本發明主要基于現有技術的不足而提供一種高強度、高導電硼改性工業純鋁的制備方法。主要分為兩個步驟進行實施，首先，通過添加硼元素對鋁熔體進行凈化，減少雜質元素從而提高電導率；然后，對硼改性工業純鋁進行等通道（ECAP）變形，提高材料的抗拉強度、延伸率等力學性能。

本發明是通過以下方案實現的。其實驗步驟為：

1）將工業純鋁、精煉劑加入陶瓷坩堝中，加熱到760℃使之熔化；

2）向鋁液中添加鋁硼中間合金；

3）攪拌鋁液后，升溫到澆注溫度，并靜置保溫一段時間；

4）將鋁液澆入鐵模中，脫模、水冷至室溫；

5）將鑄態鋁錠切割成12mm×12mm×90mm的試樣，進行等通道變形。

上述方法步驟2）中，向鋁液中加入中間合金（例如Al-3%B），使純鋁中的硼含量為0.02～0.2%。

步驟3）攪拌鋁液后，升溫到澆注溫度，靜置保溫5～60分鐘。

步驟5）等通道變形模具內角Φ為90～120°，模具外角Ψ為0°，每道次變形均不旋轉試樣，變形速度12mm/min，變形道次控制在8道次以內。

本發明所述澆注溫度為740～760℃。

本發明的原理為：通過在鋁液中添加硼元素，可以有效的與鋁液中的雜質元素反應生產硼化物，部分硼化物通過沉于鋁液底部而排出，其余則由固溶態變為析出態從而降低這些雜質元素對導電性的影響，以提高鋁基材料的電導率；然后，對鑄態純鋁錠進行等通道變形，獲得抗拉強度高，同時又具有一定延伸率的高導電率工業純鋁。

附圖說明

圖1為高強高導硼改性工業純鋁制備流程圖。

具體實施方式

實施例一：

流程如圖1，將工業純鋁和精煉劑加入陶瓷坩堝中，并將其放入到井式爐中加熱到760℃使之熔化，然后將事先準備好的鋁硼中間合金壓入鋁液中，使硼元素含量占熔體總重量的0.1%，攪拌后升溫至760℃，靜置保溫60min，在760℃將鋁液澆入到鐵模中，脫模、水冷至室溫。