一种添加稀土元素Y和Sc的Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金及其制备工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种添加稀土元素 Y和Sc的Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金及其制备工艺。
【背景技术】
[0002] 传输电力的架空线，除了需有必要的导电率传输电流和必要的强度来承受自重 及风、冰所加的负荷以外，还应考虑到弹性模量、线性膨胀系数、蠕变屈服性能和抗腐蚀性 等重要特性。对于电力线来说，铜被明显地选为导体材料，是因为它具有高导电率和较 好的机械特性和抗腐蚀性。但是，通过对最重要的特性的测试显示，铝是用作架空线最 合适的导体材料。
[0003] 铝导体的导电率及强度分别为铜导体的61%和39%然而，由于它的密度小，铝 导体的重量只有相同体积铜导体重量的30%，所以铝导体的导电率与重量之比及强度与 重量之比，都优于相同重量的铜导体。因而，铝导休具有更好的强度和导电性或从另一 方面说，在同样的导电性与强度的综合性能条件下，铝可以由比铜更轻的重量来获得。 从经济观点来看，铝的密度比铜小。通常铝的价格要比铜便宜得多，更重要的是这些金 属是以重量计价的声所以相同重量情况下铝比铜具有更好的经济性。因此在输电领域，铝 导线得到较快发展和广泛运用。目前，世界各地的输电架空输电线路主要采用钢芯铝合金 绞线（ACSR)。典型代表如美国1350EU370E，日本58TACSR、60TACSR。即使是印度、孟加拉 国等发展中国家，也有较大用量。20世纪50~60年代，法国、美国、日本和比利时等国 家对铝合金导线进行了大量的试验，认为铝合金具有良好的导电性能、焊接性能、耐蚀性 能、导电容量大、抗拉强度高、质量轻、弧垂特性好等一系列的优点，继而研发出高强度铝合 金线（AAAC)，这种铝合金导线具有抗拉强度大，重量轻，耐腐蚀，弧垂性能好等优点，在很多 国家也被广泛采用。如日本在80年代应用铝合金导线达全部导线用量的40%，欧美也达 到30%以上。 我国从60年代开始研制和开发高强度铝合金线，但我国传统钢芯铝绞线导电率偏低， 耐热性能相对较弱，线路的输电容量受到限制。据电力部门统计，国家电网损耗占电网传输 电量的8. 9%以上，地方电网可达20%，而且国内的铝合金导线在生产中常出现拉伸断裂问 题。所以我国的铝合金导线占架空导线的比例很小，有着很大的发展潜力。因此研发高强 度高电导的铝合金导线成为国内的研究热点之一。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是：提供一种添加稀土元素 Y和Sc的Al-Cu-Mg-Fe-Ni 合金及其制备工艺，以获得性能优异的Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金。
[0005] 本发明的技术方案是：一种添加稀土元素 Y和Sc的Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金的制 备工艺，包含以下步骤：分别浇铸质量分数w (Y) =7. 5%的Al-Y、Al-Sc中间合金、7. 5%的 Al-Y-Sc中间合金，然后铝锭原料加热升温到780°C ~800°C，待熔化后，去除铝液表面的渣 子，再加热到780°C ~800°C后，用铝薄包裹好的中间合金A1-Y或Al-Sc添加到铝液中，加入 后搅拌均匀，搅拌时间为3min~5min，后去除表面浮杂物，最后烧铸成型。
[0006] 在保温的同时，需将模具在400°C进行预热。
[0007] Y的添加量为0· 15-0. 25, Sc的添加量为0· 05-0. 25。
[0008] 本发明的有益效果： 1) 添加适量的稀土 Y和Sc均可以提高Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金的导电率，可能是稀土元 素可以使Si、Fe由固溶态变为析出态。对于稀土 Y，添加量需控制在w (Y) =0. 10%~0. 25% ; 对于稀土 Sc，添加量需控制在w (Sc) =0· 10%~0· 20%，其中Sc的效果优于Y ; 2) 添加一定量的单一稀土 Y和Sc，可以提高Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金的抗拉强度，且稀土 Y效果强于Sc ; 3) 单独添加稀土 Y时，w (Y) =0. 20%时，Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金的综合性能最佳；单独 添加稀土 Sc时，w (Sc) =0. 15%时Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金的综合性能最佳； 4) 在Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金中添加稀土 Y和Sc，其宏观组织中粗大的柱状晶变细变短， 并且中心出现等轴晶； 5) 添加稀土 Y、Sc均可细化Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金试样的晶粒，且稀土 Y的细化效果强 于稀土 Sc。
【附图说明】
[0009] 图1为稀土元素 Y的加入量与导电率的关系曲线； 图2为稀土元素 Sc的加入量与导电率的关系曲线； 图3为稀土元素 Y的加入量与抗拉强度的关系曲线； 图4为稀土元素 Sc的加入量与抗拉强度的关系曲线。
【具体实施方式】
[0010] 确定分别浇铸质量分数w (Y)=7. 5%的Al-Y、A1-Sc中间合金、7. 5%的Al-Y-Sc中 间合金。
[0011] A1-RE中间合金的制备方法为：纯铝放入刚玉坩埚中，用井式电阻炉加热 熔化，待纯铝完全熔化后，将稀土金属破碎，烘干并用铝箔包好，750°C时加入铝液，在 800°C ± 1(TC保温2h左右，其间不断搅拌，直至稀土金属碎块完全熔入，最后浇入模具备 用。稀土元素的烧损控制在1~3%左右，因而实验中的加入量可看作为实际含量，最终分别 制备成质量分数w (Y) =7. 5%的A1-Y中间合金和质量分数w (Sc) =7. 5%的Al-Sc中间合 金。
[0012] 把计算好比例的铝锭原料放入坩埚加热升温到780°C ~800°C，待熔化后，去除铝 液表面的渣子，再加热到780°C ~800°C后，用铝薄包裹好称量好的中间合金添加到铝液中， 加入后搅拌均匀，搅拌时间为3mirT5min。搅拌完成后将井式电阻炉盖盖好，使熔体回升到 熔炼温度800°C左右，保温几分钟后去除表面浮杂物，最后浇铸成直径Φ为11mm、长度L为 120mm的圆柱试样。在保温的同时，需将模具在400°C左右进行预热。预热主要为了减少铝 液和模具壁的温差，从而提高铝液的充型能力。预热完成后取出模具马上浇铸，浇铸时要有