[發明專利]一種輕質高導耐熱鋁導線及其制備方法

有效

• 申請號: 201610179990.9
• 申請日: 2016-03-25
• 公開（公告）號: CN105734353B
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發明（設計）人: 李紅英;賓杰;高兆和
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C1/03;C22F1/04;H01B1/02
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所43114
• 代理人: 顏勇

技術領域

本發明涉及一種輕質高導耐熱鋁導線及其制備方法，屬于電工材料技術領域。

技術背景

根據能源互聯的戰略部署，我國電網將實現“西電東送，南北互供、全國聯網”，輸電線路距離遠、輸電容量大、自然環境復雜，為了降低輸送線損、減少線路建設成本、節約緊張的走廊資源，對輸電導線提出了更高的要求，既要有高電導率，又要有良好的耐熱性能和抗弧垂特性。因此，研發一種具有高導電率、良好的耐熱性能、密度小的鋁導線，成為業內亟需解決的技術難題。

金屬中的自由電子在外加電場作用下發生定向運動形成電流，而晶格場周期性的異常點(或不規則點)會阻礙電子的定向運動并對電子波產生散射作用。金屬材料的導電性跟自由電子的平均自由程(相鄰異常點間距的平均值)緊密相關，自由電子的平均自由程越小，材料電導率越低。金屬中的雜質元素、固溶原子以及晶體缺陷都會導致晶格場局部偏離其周期性位置，縮短自由電子的平均自由程，從而導致金屬電導率的降低。雜質對電導率的影響與雜質元素的種類、含量、在金屬中存在的狀態緊密相關，工業純鋁中不可避免的雜質元素Ti、V、Cr、Mn等對導電性影響較大，特別是較高含量的雜質元素固溶于鋁基體時，會大幅降低鋁導體的電導率。固溶原子導致晶格畸變而破壞金屬庫侖勢場的周期性，并成為對導電電子的散射中心，固溶原子摩爾濃度越大，相鄰散射中心間的距離越小，電子的平均自由程越小，電導率越低，以Zr為例，少量Zr原子固溶于鋁基體中便會顯著降低合金的電導率。純度為99.99％的高純Al在20℃的電導率高達64.94％IACS，密度為2.7g/cm³，但強度僅為80～100MPa，再結晶溫度為150℃左右。添加0.6～0.9wt.％Mg、0.5～0.9wt.％Si、0.5wt.％Fe、0.1wt.％Cu、0.1wt.％Zn的6021合金是常用的高強度電工鋁合金，抗拉強度可達到295～325MPa，但是，其20℃時的導電率僅為52.5～55％IACS。

旨在提高鋁導體耐熱性和強度的微合金化，特別是當合金組分及配比設計不當時，會對導電性能產生非常不利的影響，研發輕質高導耐熱鋁導線的技術難點是在導電性、耐熱性、比強度之間尋求最佳平衡點。通常，導電率和耐熱性呈此消彼長的關系，現有公開的技術方案中往往存在著顧此失彼的情況，導電率高的技術方案，耐熱性不理想，耐熱性好的技術方案，導電率不夠理想。公開號為CN102230113A的專利，公開的成分為0.06～0.15wt.％Zr，0.15～0.30wt.％Er，0.1～0.2wt.％Fe，通過Zr、Er、Fe的微合金化，采用連鑄連軋工藝，制備出的鋁電線，導電率只有59.5～60.5％IACS，短時耐熱溫度為210℃，長期耐熱溫度為180℃，抗拉強度為157MPa，沒有公開合金的密度參數。公開號為CN103498083A的專利，公開的成分為0.01～0.2wt.％Er，0～0.3％wt.Zr，0～0.2wt.％B，從其實施例記載的參數來看，含有Er、Zr、B的實施例的導電率僅為60％IACS，而只含Er、Zr元素中的一種或兩種的實施例的導電率只有58％IACS，且沒有公開合金密度、強度、耐熱性能參數及連鑄連軋的工藝參數。

因此，通過優化合金組分及制備工藝，在不降低電導率的前提下，提高鋁導線的耐熱性和比強度，制備輕質、高導、耐熱鋁導線是本領域長期以來的追求。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術之不足而提供一種組分配比合理、合金化元素少、工藝簡單且靈活、生產成本低的輕質高導耐熱鋁導線及制備方法。本發明通過微量添加對導電率 損害較小的合金元素，產生凈化、變質、細化和彌散強化作用，相對99.99％的高純鋁，在電導率下降很少的前提下，大幅提高導線的耐熱性和比強度，從而滿足大容量遠距離輸電線路的輕質、高導、耐熱的服役要求。

本發明一種輕質高導耐熱鋁導線，包括下述組分按質量百分比組成：

B：0.035～0.06wt.％；

Zr：0.1～0.2wt.％；

Er：0.2～0.4wt.％(但不包含0.2wt％)；

Ti、V、Cr、Mn雜質元素總含量小于等于0.01wt.％，其余為Al；

其中，Zr、Er按質量比Zr：Er＝1：1.5～2.5添加，優選Zr、Er按質量比Zr：Er＝1：1.5～2添加。

本發明一種輕質高導耐熱鋁導線的制備方法，包括下述步驟：