[發明專利]一種含堿土金屬的高導電率耐熱鋁合金

有效

• 申請號: 201410178710.3
• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN103952601A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 韓鈺;陳新;楊富堯;馬光;祝志祥
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網智能電網研究院;華北電力大學;國網河南省電力公司
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C1/02
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

【技術領域】

本發明涉及一種輸電線路架空導線材料，具體地講涉及一種含堿土金屬的高導電耐熱鋁合金。

【背景技術】

現有的鋼芯鋁絞線用硬鋁導體材料制成，我國國家標準和IEC標準規定所用硬鋁導線的導電率應≥61％IACS，抗拉強度≥158MPa，延伸率≥1.7％。由于耐熱性的限制，一般規定鋼芯鋁絞線的長期運行溫度為70℃。為擴大輸電系統，城網、農網的改造工程必須增大現有鋼芯鋁絞線的導線截面，重新建造桿塔，居民密集區的電網線路的改造就很難實現。因此，使用耐熱性能的鋁合金導線替換相同截面積的增容導線來加大傳輸容量已成為現行電網線路改造工程中常用的技術手段之一。

耐熱鋁合金導線是一種性能優良的特種擴容導線，采用大容量耐熱鋁合金導線進行現有線路擴容改造，盡量減少甚至不更換桿塔，不僅能提高電網線路的輸送能力，還能降低工程的整體造價。采用耐熱鋁導線運行溫度可提升至120℃以上，載流量提高40％以上。現有技術中業已采用耐熱鋁合金導線來提高輸電線路的輸送容量，獲得了良好的經濟效益。國內外的應用研究均表明，新建線路采用耐熱鋁合金導線代替同樣規格的普通鋼芯鋁鉸線可節省線路投資5％～8％，同時可增加線路的輸送容量。

隨著電力需求的日益增大，耐熱鋁合金導線其在輸電線路建設尤其是城網改造中所占的份額將會逐步增加。耐熱鋁合金導線采用的耐熱鋁合金，其導電率一般為60％IACS(20℃)，較鋼芯鋁絞線用硬鋁導體材料(導電率61％IACS(20℃))的導電率低1％IACS，造成線路損耗增加1.5％，這是當前耐熱鋁合金導線未能大面積應用的重要因素。因此，在保證較高載流量的同時，如何提高耐熱鋁合金的導電率，減少輸電線損，是目前耐熱鋁合金導線最為迫切的技術需求。

基于以上研究及應用背景，亟需研發一種能夠用于制造高導電耐熱鋁合金導線的鋁合金原材料，以解決改善鋁合金導線的耐熱性問題。

【發明內容】

為解決因提高輸電線路鋁合金導線耐熱性、及強度的同時而引起導電率降低的技術難題，本發明提供了一種用于電力行業中輸電線路架空導線的高導電率、高耐熱性鋁合金材料，通過控制多元合金含量，使得制得的導線單絲的導電率高于61.5％IACS(20℃)，耐熱溫度≥120℃，強度達到160MPa以上，210℃加熱1小時后強度殘余率大于90％。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明提供了一種導電率≥61.5％IACS，耐熱溫度≥120℃含堿土金屬的鋁合金，按質量百分比計，鋁合金包括：

鋯：0.01～0.16％，硅：0.01～0.2％，硼：0.01～0.2％，鐵：0.05-0.15％，堿土金屬：0.01～4.0％，余量為鋁和不可避免的雜質。本發明提供的一種含堿土金屬的高導電率耐熱鋁合金材料，其中堿土金屬元素為鈣、鋇或鍶。

本發明提供的一種含堿土金屬的高導電率耐熱鋁合金，其中堿土金屬元素為鈣、鋇或鍶中的一種或多種元素的任意組合。

本發明提供的一種含堿土金屬的高導電率耐熱鋁合金中，堿土金屬元素為鈣，其含量為0.1～1.0％；堿土金屬元素為鋇，其含量為0.1～1.5％；堿土金屬元素為鍶，其含量為0.01～3.5％。

本發明提供了一種鋁合金材料的制造方法，將本發明提供的含堿土金屬的高導電率耐熱鋁合金材料按配比的各元素加入到熔化的純鋁錠中，經除氫、除渣后攪拌，在700～760℃下保持50～60分鐘。

本發明提供了一種鋁合金制備單絲的方法為：將模具加熱至200℃～250℃保溫20分鐘后進行鋁液澆鑄，擠壓成型。

本發明采用的各合金元素的作用及機理如下：

Zr：要提高導電鋁合金的耐熱性能必須設法防止合金畸變能的減少，從而防止鋁合金強度不至于因溫度升高而下降。適量鋯的加入能明顯改善鋁合金的耐熱性能，主要由于鋯原子半徑比鋁原子半徑略大，鋯在鋁中以置換方式進行擴散，其擴散激活能高，向亞結晶晶粒邊界析出細微的Al3Zr相，它不易聚集長大，穩定性高，抑制再結晶的發生，在較高的溫度下仍可有效的釘扎位錯與晶界，阻礙變形與晶內及晶界滑移，使蠕變抗力得以提高，從而使鋁合金的耐熱性能得到了改善。同時，鋯的加入可以改善鋁合金的抗蠕變性能，使鋁合金在高溫下也只有很小的蠕變伸長，因此，能夠使架空輸電線在輸電塔桿之間的間距增大，并且保持鋁合金導線較小的懸垂度。