[發(fā)明專利]一種提高6101鋁合金導(dǎo)電率的高效節(jié)能時效工藝

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• 申請日: 2017-11-29
• 公開（公告）號: CN109837491A
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉東雨;李靜;徐傳享
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類號: C22F1/043
• 分類號: C22F1/043;C22F1/047;C22F1/05
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本發(fā)明公開了一種提高6101鋁合金導(dǎo)電率的時效工藝。該工藝由裝料后隨爐控速升溫階段、控速超溫升溫階段、控速降溫階段、保溫階段和出爐空冷五部分構(gòu)成。通過控制升溫階段的升溫速率，超溫階段的升溫速率、超溫溫度、降溫速率及保溫溫度和時間，在保持6101鋁合金導(dǎo)體材料強度要求的前提下，提高材料的導(dǎo)電率。該時效工藝與常規(guī)單級時效工藝相比，具有導(dǎo)電率高，總時效時間縮短等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于有色金屬材料熱處理領(lǐng)域，特別涉及一種提高6101鋁合金導(dǎo)電率的高效節(jié)能時效工藝。

背景技術(shù)

6101鋁合金導(dǎo)體一般經(jīng)固溶+時效熱處理來實現(xiàn)強化和提高導(dǎo)電率，也有擠壓態(tài)產(chǎn)品或變形態(tài)產(chǎn)品直接進(jìn)行時效處理。為了提高導(dǎo)體的導(dǎo)電率常常采用提高時效溫度，延長時效時間的過時效處理工藝，但該工藝會降低導(dǎo)體的強度。時效過程中，尺寸為幾納米至十幾納米的溶質(zhì)原子團簇和GP區(qū)會從基體中以共格態(tài)彌散析出，該細(xì)小彌散的共格第二相會加強電子散射而嚴(yán)重影響導(dǎo)體材料的導(dǎo)電率。對于Al-Mg-Si系鋁合金導(dǎo)體材料，當(dāng)與基體共格的β″相作為主要析出相時，析出強化效果最好。當(dāng)β″相和β’相共同作為主要強化相時，導(dǎo)體材料不僅具有較高的強度而且具有較高的導(dǎo)電率。這主要是出現(xiàn)β’相后，溶質(zhì)原子團簇和GP區(qū)數(shù)量會進(jìn)一步減少。因此，降低峰值時效態(tài)溶質(zhì)原子團簇和GP區(qū)數(shù)量并形成更多的β″相是保證6101鋁合金導(dǎo)體強度，提高其導(dǎo)電性的關(guān)鍵。Al-Mg-Si系鋁合金在時效過程中析出物的析出序列為: 過飽和固溶體(SSSS)→溶質(zhì)原子團簇→球狀GP區(qū)→亞穩(wěn)針狀β″相→亞穩(wěn)棒狀β’相→穩(wěn)態(tài)片狀β 相。固溶態(tài)或擠壓態(tài)材料在室溫放置時，數(shù)分鐘內(nèi)就出現(xiàn)溶質(zhì)原子團簇，即便室溫放置很長時間也還是終止于球狀GP區(qū)。在人工時效過程中，早期形成的尺寸小的溶質(zhì)原子團簇和GP區(qū)會抑制β ″相形成并降低β ″相的數(shù)量。只有控制早期時效過程中形成的溶質(zhì)原子團簇和GP區(qū)的大小和數(shù)量，才能獲得更多的β ″相。在單級人工時效時，即便是在峰值時效狀態(tài)，也是多種析出相的混合物。時效溫度低于170℃經(jīng)峰值時效后析出相中不出現(xiàn)β’相而是以β ″相為主，同時存在大量的溶質(zhì)原子團簇和GP區(qū)。時效溫度在200℃左右時，析出相以β ″相和β’相為主，同時亦還存在大量的溶質(zhì)原子團簇和球狀GP區(qū)。如汪波等人的工作表明，在180℃時效時，欠時效階段存在較多的溶質(zhì)原子團簇和GP區(qū)，β ″相數(shù)量較少，在硬度峰值時β ″相數(shù)量達(dá)到最大，但還存在相當(dāng)數(shù)量的溶質(zhì)原子團簇和GP區(qū)（汪波等. 金屬學(xué)報，2014，50（6）：685-690）。大量溶質(zhì)原子團簇和球狀GP區(qū)的存在會降低導(dǎo)體材料的導(dǎo)電率。為此，出現(xiàn)了多級時效工藝。崔立新對6101鋁合金進(jìn)行了二級時效處理。獲得了先高溫預(yù)時效再低溫主時效的二級時效工藝會降低鋁合金硬度的實驗結(jié)果（Li-xin CUI，etal. Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 2014, 24: 2266 -2274）而蔡軍輝等對Al-Mg-Si系鋁合金的實驗結(jié)果表明高溫預(yù)時效+低溫主時效的二級時效工藝，當(dāng)預(yù)時效時間合適時可提高峰值時效態(tài)的硬度，預(yù)時效時間短時反而降低合金主時效后的硬度，低溫預(yù)時效+高溫主時效會降低鋁合金的硬度（蔡軍輝等.上海金屬，2008, 30（4）：16-18）。李相冉的工作表明對Al-Mg-Si系鋁合金進(jìn)行先低溫預(yù)時效，再高溫主時效可提高鋁合金的強度和導(dǎo)電率，只是在50℃~90℃預(yù)時效時，硬度和強度提高幅度隨預(yù)時效溫度提高而增加，而在110℃預(yù)時效后其硬度和強度的提高幅度反而不及50℃預(yù)時效的，低溫預(yù)時效對鋁合金硬度和強度的影響取決于預(yù)時效溫度范圍。導(dǎo)電率則是隨預(yù)時效溫度的提高而增加（李相冉.山東大學(xué)碩士學(xué)位論文，2017.5）。本發(fā)明的時效工藝就是盡量多的將溶質(zhì)原子團簇和GP區(qū)轉(zhuǎn)變成強化效果更好的和對導(dǎo)電率影響更小的β ″相以在保證導(dǎo)體材料強度的前提下提高其導(dǎo)電率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高效、節(jié)能的時效工藝，在保證6101鋁合金強度要求的前提下，提高其導(dǎo)電率。以降低導(dǎo)體材料的線路損耗。該工藝克服了細(xì)小溶質(zhì)原子團簇和GP區(qū)對β ″相的抑制，有效減少峰值時效態(tài)下溶質(zhì)原子團簇和GP區(qū)的數(shù)量，增加的β ″相和β’相的數(shù)量，使6101鋁合金導(dǎo)體不僅具有較高的強度，還有更高的導(dǎo)電率。本發(fā)明的技術(shù)方案就是通過控制升溫速率、過熱升溫速率、過熱溫度和過熱區(qū)降溫速率來控制溶質(zhì)原子偏聚區(qū)、GP區(qū)、β ″相和β’相，減少強化效果差，對導(dǎo)電率影響大的溶質(zhì)原子偏聚區(qū)和GP區(qū)的數(shù)量，增加強化效果好，對導(dǎo)電率影響小的β ″相+β’相的數(shù)量，尤其是β ″相的數(shù)量以提升導(dǎo)電率。其具體實施方案為：時效爐裝料后以一定的升溫速率升溫，升溫速率控制范圍為4.5~5.5℃/min。以恒定速率加熱至超過時效溫度15℃~30℃，且最高溫度不超過240℃。加熱到達(dá)最高溫度后零保溫并以一定的降溫速率降至?xí)r效溫度，降溫速率控制在0.45℃~0.6℃/min。時效保溫溫度在175℃~210℃，保溫時間為1h~6h。保溫后出爐空冷。本發(fā)明的有益效果是在保證Al-Mg-Si系導(dǎo)體材料強度的前提下，提高導(dǎo)電率。