专利名称：一种电缆用高钪含量铝合金导电线芯及其制备方法
一种电缆用高钪含量铝合金导电线芯及其制备方法
技术领域：
本发明属于电线电缆行业领域，具体涉及一种电缆用高Sc含量导电线芯铝合金材料及其制造方法。二、背景技术
在我国，作为输电线用的电线主要成分是铜，占总用铜量的约70%。但我国铜资源非常短缺，随着中国铜矿资源的枯竭，中国铜矿80%需要进口，依赖性大。随着铜价的不断攀升，以铝节铜是电线电缆发展的必然趋势。法国的电线电缆80%以上为铝导体，日本的铝导线也占50%以上。我国铝资源十分丰富，但应用量不到1%，主要还是因为铝导线制造技术的不成熟所致，因此获得技术上的突破是解决这一问题的关键。
过去纯铝用作电线电缆导体存在很多不足，很少用于绝缘线芯，对于拉制成更细的线材，用作布线、电磁线以及通信电缆，更是困难。由于铝的强度和延伸率满足不了要求， 所以国内外铝合金基本上都是用作架空导线，很少用于制备绝缘线芯。三、发明内容
本发明旨在提供一种电缆用高钪(Sc )含量铝合金导电线芯及其制备方法，在保证材料导电性的同时提高其抗拉强度、延伸率和屈服强度。
本发明电缆用高钪含量铝合金导电线芯，其组成按质量百分比构成为
ScO. 4-0. 8wt%, FeO. 01-0. lwt%,富铈稀土 O. 01-0. lwt%，余量为铝及不可避免的杂质。杂质包括单质杂质及氧化物杂质，Si及其它单质杂质含量小于O. 01wt%且杂质总量小于 O. 15wt%0
所述富铺稀土为铺(Ce)和镧(La),其中铺的含量不少于富铺稀土总质量的75%。
本发明电缆用高钪含量铝合金导电线芯的制备方法，包括混料、精炼、铸造、轧制、 冷拉成型和后处理各单元过程
所述混料是按配比量将纯度彡99. 80%的高纯铝加入竖炉中并升温至750_770°C， 加入铁铝中间合金、富铈稀土中间合金和钪铝中间合金，搅拌混合均匀，保温10分钟后用光谱分析仪进行炉前分析，检查成分是否符合要求以作调整，得到合金熔体；
在氮气气氛中向所述合金熔体中加入精炼剂于740-760°C进行精炼，氮气压力控制在O. 06-0. 12kg/mm2，精炼时间为6_12分钟，以消除熔体内的气体、氧化膜以及非金属杂质，精炼结束后静置15min并扒渣，再经铸造和轧制(包括粗轧、细轧和终轧)后得到铝合金杆；铸造温度控制在650-690°C，粗轧温度控制在580-610°C，细轧温度控制在470-500°C， 终轧温度控制在330-340°C。
将所述铝合金杆于280-290°C保温2_5小时以去除应力，随后冷拉(包括大拉、中拉和微拉)制成铝合金线，再于360-380°C经6-10小时的时效处理即得导 电线芯，可作为实心导电线芯或绞合型导电线芯。
所述精炼剂由Na2SiF6、C2Cl6和NaF混合构成；所述精炼剂中Na2SiF6的质量百分比为24. 5-24. 9%，所述精炼剂中C2Cl6的质量分数为75%，余量为NaF ;所述精炼剂的添加量为所述合金熔体质量的O. 05-0. 1%。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在
1、本发明采用了少量的铁元素。由于铁在铝中的溶解度相对较小，加入少量的铁对铝的导电率影响不大，且铁可以起到对铝合金的增强作用，提高铝的抗拉强度、屈服极限和合金的热稳定性，减少蠕变作用且有较好的延展性。
2、钪元素能提高合金材料的强度，同时几乎不降低材料的电导率，又能提高材料的耐热性能。钪也具有稀土的除气、脱氮、造渣、中和微量低熔点杂质、改变杂质状态的功能以及明显的细化晶粒的作用。
3、为了使铝合金的电性能、机械性能与耐热性能同时达到最佳的效果，铁的最优化的选择是O. 01-0. lwt%，Sc的最优选择为O. 4-0. 8wt%。
4、富铈稀土与氢、氧、氮、硅、锰、钒、铬等元素的亲和力比铝大，能形成多种化合物，稀土是铝合金中一种理想的除气、脱氮、造渣、中和微量低熔点杂质、改变杂质状态的净化剂，起到一定的精炼作用、使铝合金纯化，使电导率得到提高。
5、稀土元素的原子半径比铝的原子半径大，能阻碍晶粒长大，使晶粒细化，从而起到改变强度和改善延伸性能的作用。
6、本发明铝合金材料的导电率彡60. 4%IACS，硬态合金线的抗拉强度可达 244MPa，软态合金线的抗拉强度和延伸率分别可达123MPa和30%，屈服极限为100-116MPa， 可拉制成O. 3mm或更细的铝合金线。四
图1是纯铝线材(A199. 80%)的断面SEM图。从图1中可以看出铝晶粒饱满，棱角分明晶粒大小为10-30 μ m。
图2是本发明实施例1制备的铝合金线材的断面SEM图。从图2中可以看出由于加入了大量的稀土元素和Sc，阻碍了铝合金溶液中铝结晶的晶粒长大，晶粒大小为5-10 μ m。 与图1的纯铝的SEM图片比较，晶粒减小了 5-20 μ m,同时铝晶粒间有大量的晶间物质，可能是铝和稀土及Sc的合金，由于降温快速而未完全晶化，从而提高了强度和延伸率。
图3是本发明实施例2制备的铝合金线材的断面SEM图。从图3中可以看出加入较实例I少的稀土和Sc，同样具有阻碍了晶粒长大的作用，但作用减小，晶粒大小为 10-15 μ m,晶间相减少；但与纯铝相比，强度增加，延伸率增加。
图4是本发明实施例3制备的铝合金线材的断面SEM图。从图4中可以看出随着稀土和Sc的进一步减少，招的晶粒大小为10-30 μ m,与纯招的晶粒大小一致，但晶粒周围出现了其他相，导致合金的强度和延伸率提高，说明O. 4%的Sc是加入的下限。五具体实施方式
实施例1 :
本实施例电缆用高钪`含量铝合金导电线芯的组成按质量百分比构成为
ScO. 6wt%, FeO. 01wt%,富铈稀土 O. 04wt% (镧 O. 01wt%,铈 O. 03wt%)，铝 99. 35%。
本实施例电缆用高钪含量铝合金导电线芯的制备方法如下
按配比量将纯度为99. 80%的工业纯铝、铁铝中间合金(20%Fe+80%Al)、富铈稀土中间合金(20%富铈稀土 +80%A1)和钪铝中间合金(20%Sc+80%Al)加入竖炉中并升温至750-770°C，熔化后得到合金熔体，将合金熔体流入保温炉(或称精炼炉)，在氮气气氛中向保温炉中加入合金熔体质量O. 05%的精炼剂于740-760°C精炼6_12分钟，精炼剂为 24. 5-24. 9wt%Na2SiF6,75wt%C2Cl6以及余量的NaF的混合物压制成的饼，精炼的过程中间歇性通过电磁搅拌器搅拌，精炼结束后静置保温15分钟并扒渣，用光谱分析仪进行炉前分析，检查成分是否符合要求以作调整；
将精炼后的合金熔体送入铝杆连铸连轧机组进行铸坯和轧制，其中铸坯温度为 650°C，得到ΦΙΟπιπι的铝合金杆，将铝合金杆置于热处理炉内于280-290°C保温3_5小时以去应力，自然冷却；随后在铝合金拉丝机上拉丝，控制润滑温度< 100°C，经过大拉和中拉， 得到直径为Φ3πιπι的铝合金线，再于360-380°C经6-10小时的时效处理，自然冷却即得导电线芯，再绞合成高强度高导铝合金导线，在绞合过程中不能损伤铝合金单线的表面。经测试其强度231MPa，导电率62. 2%IACS，延伸率31. 1%，屈服强度116MPa。其断面SEM图见图2。
实施例2
本实施例电缆用高钪含量铝合金导电线芯的组成按质量百分比构成为
ScO. 5wt%, FeO. 01wt%,富铈稀土 O. 04wt% (镧 O. 01wt%,铈 O. 03wt%)，铝 99. 45%。
本实施例电缆用高钪含量铝合金导电线芯的制备方法如下
按配比量将纯度为99. 80%的工业纯铝、铁铝中间合金(20%Fe+80%Al)、富铈稀土中间合金(20%富铈稀土 +80%A1)和钪铝中间合金(20%Sc+80%Al)加入竖炉中并升温至750-770°C，熔化后得到合金熔体，将合金熔体流入保温炉(或称精炼炉)，在氮气气氛中向保温炉中加入合金熔体质量O. 08%的精炼剂于740-760°C精炼6_12分钟，精炼剂为 24. 5-24. 9wt%Na2SiF6,75wt%C2Cl6以及余量的NaF的混合物压制成的饼，精炼的过程中间歇性通过电磁搅拌器搅拌，精炼结束后静置保温15分钟并扒渣，用光谱分析仪进行炉前分析，检查成分是否符合要求以作调整；
将精炼后的合金熔体送入铝杆连铸连轧机组进行铸坯和轧制，其中铸坯温度为 650°C，得到ΦΙΟπιπι的铝合金杆，将铝合金杆置于热处理炉内于280-290°C保温3_5小时以去应力，自然冷却；随后在铝合金拉丝机上拉丝，控制润滑温度< 10(TC，经过大拉和中拉， 得到直径为Φ3πιπι的铝合金线，再于360-380°C经6-10小时的时效处理，自然冷却即得导电线芯，再绞合成高强度高导铝合金导线，在绞合过程中不能损伤铝合金单线的表面。经测试其强度226MPa，导电率61. 7%IACS，延伸率31. 3%，屈服强度112MPa。其断面的SEM图见图3。
实施例3
本实施例电缆用高 钪含量铝合金导电线芯的组成按质量百分比构成为
ScO. 4wt%, FeO. 01wt%,富铈稀土 O. 04wt% (镧 O. 01wt%,铈 O. 03wt%)，铝 99. 55%。
本实施例电缆用高钪含量铝合金导电线芯的制备方法如下
按配比量将纯度为99. 80%的工业纯铝、铁铝中间合金(20%Fe+80%Al)、富铈稀土中间合金(20%富铈稀土 +80%A1)和钪铝中间合金(20%Sc+80%Al)加入竖炉中并升温至750-770°C，熔化后得到合金熔体，将合金熔体流入保温炉(或称精炼炉)，在氮气气氛中向保温炉中加入合金熔体质量O. 1%的精炼剂于740-760°C精炼6-12分钟，精炼剂为24. 5-24. 9wt%Na2SiF6,75wt%C2Cl6以及余量的NaF的混合物压制成的饼，精炼的过程中间歇性通过电磁搅拌器搅拌，精炼结束后静置保温15分钟并扒渣，用光谱分析仪进行炉前分析，检查成分是否符合要求以作调整；
将精炼后的合金熔体送入铝杆连铸连轧机组进行铸坯和轧制，其中铸坯温度为 650°C，得到ΦΙΟπιπι的铝合金杆，将铝合金杆置于热处理炉内于280-290°C保温3_5小时以去应力，自然冷却；随后在铝合金拉丝机上拉丝，控制润滑温度< 10(TC，经过大拉和中拉， 得到直径为Φ3πιπι的铝合金线，再于360-380°C经6-10小时的时效处理，自然冷却即得导电线芯，再绞合成高强度高导铝合金导线，在绞合过程中不能损伤铝合金单线的表面。经测试其强度211MPa，导电率60. 4%IACS，延伸率31. 8%，屈服强度 IlOMPa0其断面的SEM图见图 4。
权利要求
1.一种电缆用高钪含量铝合金导电线芯，其特征在于其组成按质量百分比构成为Sc0. 4-0. 8wt%, Fe0. 01-0. lwt%,富铈稀土 0. 01-0. lwt%，余量为铝。
2.根据权利要求1所述的铝合金导电线芯，其特征在于所述富铺稀土为铺和镧，其中铺的含量不少于富铺稀土总质量的75%。
3.—种权利要求1所述的电缆用高钪含量铝合金导电线芯的制备方法，包括混料、精炼、铸造、轧制、冷拉成型和后处理各单元过程，其特征在于所述混料是按配比量将纯度> 99. 80%的高纯铝加入竖炉中并升温至750-770°C，加入铁铝中间合金、富铈稀土中间合金和钪铝中间合金，搅拌混合均匀得到合金熔体；向合金熔体中加入精炼剂在氮气气氛中于740-760°C进行精炼，精炼结束后静置15min并扒渣，再经铸造和轧制后得到铝合金杆；将所述铝合金杆于280-290°C保温2-5小时以去除应力，随后冷拉制成铝合金线，再于360-380°C经6-10小时的时效处理即得导电线芯。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述精炼剂由Na2SiF6、C2Cl6和NaF混合构成；所述精炼剂中Na2SiF6的质量百分比为 24. 5-24. 9%，所述精炼剂中C2Cl6的质量分数为75%，余量为NaF ;所述精炼剂的添加量为所述合金熔体质量的0. 05-0. 1%。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于铸造温度为650-690°C。
全文摘要
本发明公开了一种电缆用高钪含量铝合金导电线芯及其制备方法，其中导电线芯的组成按质量百分比构成为Sc0.4-0.8wt%，Fe0.01-0.1wt%，富铈稀土0.01-0.1wt%，余量为铝；具体是将铝锭加入竖炉中，在750-780℃加入铝铁中间合金、富铈稀土中间合金和钪铝中间合金进行熔炼，对熔体精炼、净化、除气、扒渣处理后，进行连续浇铸和轧制成合金，制备的铝合金导电线芯的导电率≥60.4%IACS，硬态合金线的抗拉强度大于240MPa，延伸率大于30%，屈服极限为100～116MPa，可拉制成0.3mm或更细的铝合金线。
文档编号H01B1/02GK103060623SQ201310014680
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月15日 优先权日2013年1月15日
发明者仲洪海, 蒋阳, 李万松, 闵泽宇 申请人:安徽凌宇电缆科技有限公司