Al-Fe-Mg-Cu-RE系稀土铝合金及其制备方法、耐热电缆与流程

本发明涉及铝合金，尤其涉及一种al-fe-mg-cu-re系稀土铝合金、该al-fe-mg-cu-re系稀土铝合金的制备方法、及应用该al-fe-mg-cu-re系稀土铝合金的耐热电缆。

背景技术：

1、随着铜资源的日益匮乏，以铝代替铜受到了研究者的关注。al-fe系铝合金为高导电铝合金导体材料，电导率一般都可达到国标规定值(不小于61％iacs)，可用于制作电缆。然而，现有的al-fe系铝合金的力学性能和耐热性能有待提高。

2、因此，急需一种综合性能尤其是导电性能、力学性能和耐热性能均优异的可用于电缆的al-fe系铝合金。

技术实现思路

1、针对现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种al-fe-mg-cu-re系稀土铝合金，旨在提供一种综合性能尤其是导电性能、力学性能和耐热性能均优异的耐热电缆用al-fe-mg-cu-re系稀土铝合金。

2、本发明提供一种al-fe-mg-cu-re系稀土铝合金，含有al，还含有质量百分比含量为0.1-1.6％的fe、质量百分比含量为0.01-0.6％的mg、质量百分比含量为0.01-0.5％的cu、质量百分比含量为0.001-0.2％的re、质量百分比含量为0-0.4％的sb、质量百分比含量为0-0.2％的sn、质量百分比含量为0-0.15％的si、质量百分比含量为0-0.15％的b、质量百分比含量为0-0.3％的cd、及质量百分比含量为0-0.4％的zn。

3、进一步地，满足以下条件的至少一种：

4、fe与mg的质量比为1-20：1；

5、fe与cu的质量比为1-25：1；

6、fe与si的质量比为1.5-40：1；

7、fe与re的质量比为1.5-100：1；

8、fe与b的质量比为2-100：1；

9、fe与sb的质量比为1-100：1；

10、fe与sn的质量比为4-200：1；

11、fe与cd的质量比为1-200：1；

12、fe与zn的质量比为1.5-55：1；

13、mg与cd的质量比为1-150：1；

14、cu与cd的质量比为1-120：1；

15、mg与sb的质量比为1-120：1；

16、re、b、及cd的质量比为0.4-50：0.2-40：1；

17、mg、cd、及si的质量比为1-6：0.01-4：1；

18、mg、sn、及si的质量比为1-6：0.01-3：1；

19、fe、mg、cu、及b的质量比为5-25：1-10：1-10：1。

20、进一步地，re为la、ce、pr、nd、er、sm、y、及gd中的至少一种，其中，re为ce、sm、及er时，ce、sm、及er的质量比为1-2：0.5-1.5：1；

21、re为la、y、及er时，la、y、及er的质量比为0.5-3：0.5-2：1；

22、re为pr、nd、及gd时，pr、nd、及gd的质量比为1-2：0.1-2.5：1；

23、re为la、ce时，la、ce的质量比为0.5-2：1。

24、进一步地，所述al-fe-mg-cu-re系稀土铝合金含有质量百分比含量为0.2-1.5％的fe、质量百分比含量为0.1-0.5％的mg、质量百分比含量为0.1-0.5％的cu、质量百分比含量为0.001-0.15％的re、质量百分比含量为0.001-0.25％的sb、质量百分比含量为0.001-0.15％的sn、质量百分比含量为0.001-0.08％的si、质量百分比含量为0.001-0.08％的b、质量百分比含量为0.001-0.2％的cd、及质量百分比含量为0.001-0.3％的zn。

25、进一步地，满足以下条件的至少一种：

26、所述al-fe-mg-cu-re系稀土铝合金还含有质量百分比含量为0-0.3％的mo；

27、所述al-fe-mg-cu-re系稀土铝合金还含有质量百分比含量为0-0.2％的nb；

28、所述al-fe-mg-cu-re系稀土铝合金还含有质量百分比含量为0-0.2％的in；

29、所述al-fe-mg-cu-re系稀土铝合金还含有质量百分比含量为0-0.3％的ni；

30、所述al-fe-mg-cu-re系稀土铝合金还含有质量百分比含量为0-0.2％的ag。

31、进一步地，满足以下条件的至少一种：

32、所述al-fe-mg-cu-re系稀土铝合金含有mo时，mg与mo的质量比为1-200：1，cu与mo的质量比为1-200：1；

33、所述al-fe-mg-cu-re系稀土铝合金含有nb时，fe与nb的质量比为1.5-500：1，cu与nb的质量比为0.5-400：1；

34、所述al-fe-mg-cu-re系稀土铝合金含有in时，mg与in的质量比为0.3-300：1，cu和in的质量比为0.2-250：1，in和b的质量比为0.1-40：1；

35、所述al-fe-mg-cu-re系稀土铝合金含有ni时，fe与ni的质量比为1-200：1，mg与ni的质量比为0.5-150：1，cu与ni的质量比为0.3-120：1；

36、所述al-fe-mg-cu-re系稀土铝合金含有ag时，mg与ag的质量比为2-200：1，cu与ag的质量比为2-150：1。

37、进一步地，所述al-fe-mg-cu-re系稀土铝合金含有质量百分比含量为0.2-1.5％的fe、质量百分比含量为0.1-0.5％的mg、质量百分比含量为0.1-0.5％的cu、质量百分比含量为0.001-0.15％的re、质量百分比含量为0.001-0.25％的sb、质量百分比含量为0.001-0.15％的sn、质量百分比含量为0.001-0.08％的si、质量百分比含量为0.001-0.08％的b、质量百分比含量为0.001-0.2％的cd、质量百分比含量为0.001-0.3％的zn、质量百分比含量为0.001-0.2％的mo、质量百分比含量为0.001-0.1％的nb、质量百分比含量为0.001-0.1％的in、质量百分比含量为0.001-0.2％的ni、及质量百分比含量为0.001-0.1％的ag。

38、本发明还提供一种al-fe-mg-cu-re系稀土铝合金的制备方法，包括以下步骤：

39、对铝源进行第一次加热处理，得到铝液；

40、向所述铝液中加入fe、mg、cu、re、sb、sn、si、b、cd、及zn，进行第二次加热处理，获得合金液；

41、对所述合金液进行精炼处理和扒渣处理，进行成分及含量检测；

42、成分及含量检测合格后，对经所述精炼处理和扒渣处理后的合金液进行连铸连轧处理和拉拔处理，得到铝合金线；及

43、对所述铝合金线进行时效处理，得到al-fe-mg-cu-re系稀土铝合金，其中，所述al-fe-mg-cu-re系稀土铝合金含有al，还含有质量百分比含量为0.1-1.6％的fe、质量百分比含量为0.01-0.6％的mg、质量百分比含量为0.01-0.5％的cu、质量百分比含量为0.001-0.2％的re、质量百分比含量为0-0.4％的sb、质量百分比含量为0-0.2％的sn、质量百分比含量为0-0.15％的si、质量百分比含量为0-0.15％的b、质量百分比含量为0-0.3％的cd、及质量百分比含量为0-0.4％的zn。

44、进一步地，满足以下条件的至少一种：

45、所述al-fe-mg-cu-re系稀土铝合金的制备方法还包括向所述铝液中加入mo、nb、in、ni、及ag中至少一种的步骤；

46、所述时效处理为间断时效工艺，所述间断时效工艺包括以下步骤：进行一级高温时效处理，温度为160-250℃，时间为0.1-5h；进行二级低温时效处理，温度为20-60℃，时间为10-24h；进行三级高温时效处理，温度为160-350℃，时间为0.1-150h。

47、本发明还提供一种耐热电缆，其包括线芯和包覆所述线芯的绝缘层，所述线芯的材质为所述al-fe-mg-cu-re系稀土铝合金。

48、本发明技术方案中，所述al-fe-mg-cu-re系稀土铝合金含有质量百分比含量为0.1-1.6％的fe、质量百分比含量为0.01-0.6％的mg、质量百分比含量为0.01-0.5％的cu、质量百分比含量为0.001-0.2％的re、质量百分比含量为0-0.4％的sb、质量百分比含量为0-0.2％的sn、质量百分比含量为0-0.15％的si、质量百分比含量为0-0.15％的b、质量百分比含量为0-0.3％的cd、及质量百分比含量为0-0.4％的zn。在上述质量百分比含量下的元素可提高铝合金的性能，具体的，fe可提高铝合金的力学性能和耐热性能；mg可提高铝合金的力学性能、导电性能、耐热性能和抗疲劳性能；cu可提高铝合金的力学性能、耐热性能、延伸率和抗疲劳性能；re可提高铝合金的延伸率、力学性能、导电性能和耐热性能；sb可提高铝合金的力学性能、导电性能、及抗腐蚀性能；sn可提高铝合金的力学性能、导电性能、及抗腐蚀性能；si可提高铝合金的力学性能和导电性能；b可提高铝合金的延伸率、力学性能和导电性能；cd可提高铝合金的延伸率和力学性能；zn可提高铝合金的延伸率和力学性能。上述元素单独添加至铝基体中时，对铝合金的性能如导电性能和力学性能等的提高有限，具体而言，上述元素单独添加且含量较小时难有效地提高铝合金的性能；上述元素单独添加且含量较高时可能会对铝合金的某些性能有负面影响。本发明将上述元素一并加入至铝基体中，各元素相互配合来提高铝合金的综合性能，即使其中某一或某些元素的含量较低或较高，仍可大幅提高铝合金的综合性能。第一方面，将fe、mg、cu、re、sb、sn、si、b、cd、及zn一并加入至铝基体中时，fe可与al、re、si、mg、b、cu、cd反应生成al3fe、alfere、alfesi、alfemgsi、alfesib、alfesicu、fe3al2cd、mg2(sicdrefe)等第二相；mg可与al、fe、si、cu、zn、sb、sn、re、cd反应生成alfemgsi、(cumg)al2、mg2si、mg2zn、mg2sb、mg2sn、mg2(sicdrefe)、mg3(sbcd)2、mg2(sncd)等第二相；cu可与al、fe、si、mg、cd反应生成cual2、alfesicu、(cumg)al2、(cucd)al2等第二相；sn可与al、mg、cd反应生成al9sn7、al6sn5、al5sn2、al3sn4、mg2sn、mg2(sncd)等第二相；cd可与al、cu、mg、re、fe、si、sn、sb反应生成al3cd、al2cd3、(cucd)al2、real2cd3、fe3al2cd、mg2(sicdrefe)、mg2(sncd)、mg3(sbcd)2等第二相；上述元素一并加入至铝基体中时，这些元素相互反应来降低彼此在铝基体中的固溶度，提高析出相体积分数，进而降低某些元素对铝合金性能尤其是导电性能的不利影响；上述元素中的至少一种元素的含量可大于现有技术中的含量，如fe的加入量(可达到1.6％)可大于现有技术中fe的加入量(不大于1％)，mg的加入量(可达到0.6％)可大于现有技术中mg的加入量(不大于0.3％)，cu的加入量(可达到0.5％)可大于现有技术中cu的加入量(通常为0.18-0.25％)，sb的加入量(可达到0.3％)可大于现有技术中sb的加入量(不大于0.08％)，sn的加入量(可达到0.2％)可大于现有技术中sn的加入量(不大于0.08％)，si的加入量(可达到0.15％)可大于现有技术中si的加入量(不大于0.08％)，b的加入量(可达到0.15％)可大于现有技术中b的加入量(不大于0.08％)，cd的加入量(可达到0.3％)可大于现有技术中cd的加入量(不大于0.1％)，zn的加入量(可达到0.4％)可大于现有技术中zn的加入量(不大于0.04％)，由于fe、mg、cu、re、sb、sn、si、b、cd、及zn之间可相互反应相互作用促进元素的脱溶及析出，以降低彼此在铝基体中的固溶度，促进析出相的体积分数，来提升铝合金的综合性能(如力学性能、导电性能、和耐热性能)，较粗大的第二相在大变形应力和特殊热处理工艺的共同作用下，在基体内细化，进而降低这些元素在含量较高时对铝合金性能的不利影响，此外，合金元素的相互溶入适当的第二相中，同样提高铝合金的综合性能，如此，可将fe、mg、cu、re、sb、sn、si、b、cd、及zn中至少一种元素的含量设置为大于现有技术中的含量，一方面利用这些元素对铝合金的性能进行提升，还可使这些元素尤其是含量较高元素尽可能地与其他元素反应生成第二相来避免这些元素尤其是含量较高元素过多地固溶于铝基体中而对铝合金的性能带来不利影响。第二方面，fe、mg、cu、re、sb、sn、si、b、cd、及zn中至少部分元素的作用相重合，如这些元素基本上都可提高铝合金的力学性能，大部分元素(如sn、re、b、sb等)都可提高铝合金的导电性能，某些元素(如b、re、zn、cd、cu等)可提高铝合金的延伸率，某些元素(如fe、re、mg、cu等)可提高铝合金的耐热性能，即使上述元素中的某一或某些元素的含量较低时，也无需担心较少含量的添加难以对铝合金性能进行有效地提升。第三方面，上述元素中的某些元素可消除其他元素的不利影响，如b可与过渡金属杂质发生硼化反应来降低过渡金属杂质对铝合金性能(如导电性能)的不利影响；re可变质单质si，b和zn可消除单质si，即，re、b、及zn可共同降低或消除si和杂质元素对铝合金的性能(如导电性能)不利影响；re可将长条状β-fe相转化为圆球状α-fe相，b可将针片状的fe相转化为小短片状、多面体状或汉字状的fe相，即，re、b可共同降低或消除fe对铝合金性能(如导电性能和延伸率)不利影响。第四方面，sn可促进mg2si相的析出，还可以析出mg2sn相，re可促进cual2、(cumg)al2相的析出，cd可促进并加快mg2si和cual2等相的析出，zn也可促进mg2si、al2cu等相的析出，即，sn、re、cd、及zn均可促进第二相的析出，来降低上述元素在铝基体中的固溶度。第五方面，si、re、b、cd还可细化晶粒，进一步提高铝合金的力学性能。综上，本发明将fe、mg、cu、re、sb、sn、si、b、cd、及zn一并加入至铝基体中，这些元素作为一个整体相互作用相互影响，即使某一或某些元素的含量较低或较高，也可大幅提高铝合金的综合性能。具体地，本发明的al-fe-mg-cu-re系稀土铝合金的抗拉强度大于国标中硬态al-fe系铝合金的抗拉强度，延伸率大于软态al-fe系铝合金的延伸率，且导电性能大于61％iacs。如此，本发明的al-fe-mg-cu-re系稀土铝合金具有较佳的综合性能，可防止在铝基体加入过多过杂元素而带来的成本增加、工艺复杂、及性能调节盲目等缺陷。