专利名称：电缆用耐热型铝合金导体材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于电线电缆及其制造工艺技术领域，具体涉及电缆用耐热型铝合金导体 材料及其制备方法。
背景技术：
在输电领域，铝质轻、价廉，且导电性较好、比强度高、耐磨损性好，因而在电工领 域占据优势地位。在架空输电线路，尤其是超高压线路和大跨越线路上，铝合金电缆线一 直是架空输电电缆线的主体材料。目前所用的耐热型的铝合金导体虽用于架空导线，但是 对于电线电缆绝缘线芯用的导体没有耐热性的要求，一方面是由于铝合金导体在电线电缆 导体线芯方面应用不是很广，另一方面是由于开发电缆用耐热型铝合金的技术还没取得突 破，对耐热性方面要求不是很高，因而没有这方面的报道，随着铜资源的紧缺，以铝代铜是 电线电缆发展的趋势，具有多功能特性的铝合金导体线芯是电线电缆发展的必然要求。中 国专利申请CN101587757A公开了一种含稀土元素Y的铝合金电缆线及其制备方法，其在合 金中添加了稀土元素钇，但其只解决了电缆线强度和电导率之间的平衡，即在提高电导率 的同时具有良好的合金强度。虽然其提及添加稀土元素Y后能对线缆的热稳定性有所提 高，但在长期耐热条件下的强度残存率仍无法满足实际要求。
发明内容
发明目的本发明提供电缆用耐热型铝合金材料及其制备方法，由该方法制备得 到的铝合金材料不仅具有优异的导电性、拉伸性能、柔韧性能，还具有优异的耐热性，可用 于电线电缆绝缘线芯，特别适用于架空绝缘导体线芯。技术方案电缆用耐热型铝合金导体材料，该铝合金的组成及重量百分含量为 (数值范围包括端点值)0.3 1.Fe、0. 01 0. 3wt % 的 Cu、0. 01
Mg，0. 01 0.Zr，0. 01 0.Ca，0. 05 0. 8wt % 的稀土元素，稀土元素由
Sc、Y和Er中的一种或多种组成，Si ( 0. lwt%，其它杂质总含量彡0. 15wt%，其余为Al。电缆用耐热型铝合金导体材料，该铝合金的组成及重量百分含量为(数值范围 包括端点值)0· 3 1. Owt%的 Fe、0. 01 0.Cu、0. 01 0.Mg，0· 01 0. Zr，0. 01 0. 2wt%&Mo，0. 05 0. 8wt % 的稀土元素，稀土元素由 Sc、Y 和 Er 中的一种或多种组成，Si ≤ 0. Iwt%，其它杂质总含量≤0. 15wt%，其余为Al。电缆用耐热型铝合金导体材料，该铝合金的组成及重量百分含量为(数值范围 包括端点值)0· 3 1. Owt%的 Fe、0. 01 0.Cu、0. 01 0.Mg，0· 01 0. Zr，0. 01 0. 4wt % 的 Sb，0. 05 0. 8wt % 的稀土元素，稀土元素由 Sc、Y 和 Er 中的一种或多种组成，Si≤0. Iwt%，其它杂质总含量≤0. 15wt%，其余为Al。电缆用耐热型铝合金导体材料，该铝合金的组成及重量百分含量为(数值范围包 括端点值)0· 3 1. Owt % 的 Fe、0. 01 0. 3wt%^ Cu、0. 01 0. 3Wt% 的 Mg，Ca、Mo、Sb 中的两种或三种，总量为0. 01 0. 3wt %，0. 05 0. 8wt %的稀土元素，稀土元素由Sc、Y和Er中的一种或多种组成，Si ≤ 0. Iwt%，其它杂质总含量≤0. 15wt%，其余为Al。制备上述电缆用耐热铝合金导体材料的方法，制备步骤为在竖炉中加入铝锭，温 度升至710 760°C，使铝锭熔化，将温度升高至740 800°C，加入Fe、Cu、Mg、&和稀土元 素，以及Ca、Mo或Sb中的至少一种，使其完全熔融，并调节合金成分至设定范围；在720 780°C下保温30min，再加入0. 1 0. 3衬％的铝合金精炼剂(由佛山市南海区科发实业有 限公司生产)，进行除渣、除气，然后再浇铸成铝合金铸件；将铝合金铸件导入轧机，导入轧 机的温度为450 500°C，导出轧机成铝合金杆的终轧温度为280 300°C ；将铝合金杆进 行冷拉制加工成铝合金线，将拉制成的铝合金线进行多股绞合，制备成导体线芯；将所述的 铝合金导体进行退火处理，退火温度为340 380°C，时间为8 16h，停止对炉体加热，在 退火炉中让其自然冷却，24h后从炉中取出得到电缆用耐热型铝合金导体材料。有益效果1)本发明加入0.2 l.Owt^WFe，Fe可以提高铝基的抗蠕变性、抗张强度、屈 服极限以及耐热性能，同时还可以提高合金的提高塑性，特别是冷加工性能，经高温退火处 理，合金具备较高的延展性。用连铸连轧法生产，合金中有些Fe以A13Fe的形式析出，通过 高温退火处理，再自然冷却，Fe在铝基中的固溶更小，因而Fe对合金的电性能影响很小，在 1. 0衬％以下不会对电性能造成很大的影响。2)本发明中加入0. 01 0. 4衬％的Cu，对于提高合金的抗拉强度和屈服极限起到 较好的效果，有利于提高的合金的冷加工性能。合金中铜的含量超过0. 4wt%就会对合金的 导电性能影响较大，也会导致强度太大，降低了延展性能，所以应控制。3)本发明中加入0.01 0.4wt%&Mg，适量的Mg可以提高合金的耐热性，过多会 导致耐热性和导电性降低。适量的镁还可以起到提高合金的强度作用。4)本发明中加入0.01 0. 5wt%&Ca，Ca可以提高合金的耐热性能，且不会明显 降低导电率。5)本发明中加入Mo，适量的Mo可以有效的改善合金的耐热性，但Mo的含量超过 0. 2wt%会导致导电率下降。6)锑加入合金中，锑和铝形成高熔点化合物在合金凝固过程中呈弥散质点首先析 出，其质点的晶体结构可作为异质晶核，大量的弥散晶核促使晶粒得以细化，提高合金的屈 服极限，并提高合金的耐热性。7)稀土元素具有类似的性质，能与起到除气、除杂的作用，净化合金成分，细化晶 粒，提高合金的导电性能和机械性能。本发明加入0. 1 0. 8wt%的稀土元素，加入适量的 Y能提高合金的结晶温度，从而达到提高耐热性的目的，且不降低或少降低合金导电率。Er 具有与Y相似的性质，加入合金中同样可以起到改善导电率和耐热性的目的。Sc能与Al形 成AlJr析出物，Al3Zr分散于合金中，改善耐热性。8)本发明由上述合金元素组成的合金成分，经连铸连轧制成的铝合金杆，再经拉 制、绞合，并经退火等工序的加工处理，由此得到的铝合金导体线芯具有以下特点导电率 达到或超过60% IACS，延伸率达超过10%，耐热性较好，导体的长期运行温度可以提高到 150°C，长期耐热150°C时强度残存率不小于90%，柔韧性较优，便于弯曲。
具体实施例方式以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述，但不构成对本发明的限定。实施例11)在竖炉中加入纯度大于99. 70wt%的铝锭，温度升至710 760°C，使铝锭熔 化，将温度升高至740 800°C，依次加入0. 35wt %的Fe、0. 19wt %的Cu、0. 22wt %的Mg、 0. 12wt%&Zr、0. 15wt%&Ca、0. 18wt%的Y，使其完全熔融，并调节合金成分至设定范围， 合金元素都是以铝中间合金的形式加入；2)在720 780°C下保温30min，再加入0. Iwt %的精炼剂(由佛山市南海区科发 实业有限公司生产)，进行除渣、除气，然后再浇铸成铝合金铸件，浇铸温度3)将铝合金铸件导入轧机，导入轧机的温度为450 500°C，导出轧机成铝合金杆 的终轧温度为280 300°C ；4)将铝合金杆进行冷拉制加工成Φ 1. 5mm的铝合金线，将19根拉制成的铝合金线 进行绞合，制备成导体线芯；5)将所述的铝合金导体进行退火处理，退火温度为320 340°C，时间为10h，停止 对炉体加热，在退火炉中自然冷却，24h后从炉中取出。经测试，导电率为61% IACS，抗拉强度139Mpa，断裂伸长率21%，长期耐热150°C 时强度残存率为93%。实施例21)在竖炉中加入纯度大于99. 70wt%的铝锭，温度升至710 760°C，使铝锭熔 化，将温度升高至740 800°C，依次加入0. 45wt %的Fe、0. 09wt %的Cu、0. 12wt %的Mg、 0. 05衬％的&、0. llwt%&Ca、0. 08衬％的Sc，使其完全熔融，并调节合金成分至设定范 围，合金元素都是以铝中间合金的形式加入；2)在720 780°C下保温30min，再加入0. 3wt%的精炼剂，进行除渣、除气，然后
再浇铸成铝合金铸件，浇铸温度3)将铝合金铸件导入轧机，导入轧机的温度为450 500°C，导出轧机成铝合金杆 的终轧温度为280 300°C ；4)将铝合金杆进行冷拉制加工成Φ2. 5mm的铝合金线，将19根拉制成的铝合金线 进行绞合，制备成导体线芯；
0031]5)将所述的铝合金导体进行退火处理，退火温度为340 360°C，时间为8h，停止 对炉体加热，在退火炉中自然冷却，24h后从炉中取出。经测试，导电率为61. 3% IACS，抗拉强度149Mpa，断裂伸长率17%，长期耐热 150°C时强度残存率为93%。实施例31)在竖炉中加入纯度大于99. 70wt%的铝锭，温度升至710 760°C，使铝锭熔 化，将温度升高至 740 800°C，依次加入 0.Fe、0.Cu、0.Mg、 0. 08衬％的&、0. 09衬％的Ca、0. 43衬％的Er，使其完全熔融，并调节合金成分至设定范 围，合金元素都是以铝中间合金的形式加入；2)在720 780°C下保温30min，再加入0. 13wt%的精炼剂，进行除渣、除气，然后再浇铸成铝合金铸件，浇铸温度3)将铝合金铸件导入轧机，导入轧机的温度为450 500°C，导出轧机成铝合金杆 的终轧温度为280 300°C ；4)将铝合金杆进行冷拉制加工成Φ3. 5mm的铝合金线，将7根拉制成的铝合金线 进行绞合，制备成导体线芯；5)将所述的铝合金导体进行退火处理，退火温度为360 380°C，时间为14h，停止 对炉体加热，在退火炉中自然冷却，24h后从炉中取出。经测试，导电率为60. 6% IACS，抗拉强度155Mpa，断裂伸长率13%，长期耐热 150°C时强度残存率为94%。实施例41)在竖炉中加入纯度大于99. 70wt%的铝锭，温度升至710 760°C，使铝锭熔 化，将温度升高至 740 800°C，依次加入 0.Fe、0.Cu、0. 15wt%&Mg、 0. Zr、0. Ca、0. Sc、0. Y、0. Er，使其完全熔 融，并调节合金成分至设定范围，合金元素都是以铝中间合金的形式加入；2)在720 780°C下保温30min，再加入0. 15wt%的精炼剂，进行除渣、除气，然后 再浇铸成铝合金铸件，浇铸温度3)将铝合金铸件导入轧机，导入轧机的温度为450 500°C，导出轧机成铝合金杆 的终轧温度为280 300°C ；4)将铝合金杆进行冷拉制加工成Φ3. Omm的铝合金线，将7根拉制成的铝合金线 进行绞合，制备成导体线芯；5)将所述的铝合金导体进行退火处理，退火温度为360 380°C，时间为12h，停止 对炉体加热，在退火炉中自然冷却，24h后从炉中取出。经测试，导电率为60. 3% IACS，抗拉强度135Mpa，断裂伸长率21%，长期耐热 150°C时强度残存率为92%。实施例51)在竖炉中加入纯度大于99. 70wt%的铝锭，温度升至710 760°C，使铝锭熔 化，将温度升高至740 800°C，依次加入0. 60wt %的Fe、0. 15wt %的Cu、0. IOwt %的Mg、 0. Zr、0. 13wt%&Mo、0.Sc、0.Er，使其完全熔融，并调节合金 成分至设定范围，合金元素都是以铝中间合金的形式加入；2)在720 780°C下保温30min，再加入0. 20wt%的精炼剂，进行除渣、除气，然后
再浇铸成铝合金铸件，浇铸温度3)将铝合金铸件导入轧机，导入轧机的温度为450 500°C，导出轧机成铝合金杆 的终轧温度为280 300°C ；4)将铝合金杆进行冷拉制加工成Φ3. 5mm的铝合金线，将7根拉制成的铝合金线 进行绞合，制备成导体线芯；5)将所述的铝合金导体进行退火处理，退火温度为360 380°C，时间为14h，停止 对炉体加热，在退火炉中自然冷却，24h后从炉中取出。经测试，导电率为60. 8% IACS，抗拉强度125Mpa，断裂伸长率23%，长期耐热 150°C时强度残存率为95%。
实施例61)在竖炉中加入纯度大于99. 70wt%的铝锭，温度升至710 760°C，使铝锭熔 化，将温度升高至740 800°C，依次加入0. 42wt %的Fe、0. 12wt %的Cu、0. 05wt %的Mg、 0. 18wt%&&、0. 20wt%&Sb、0. 06wt%&Y、0. 08wt% 的 Er，使其完全熔融，并调节合金成 分至设定范围，合金元素都是以铝中间合金的形式加入；2)在720 780°C下保温30min，再加入0. 23wt%的精炼剂，进行除渣、除气，然后
再浇铸成铝合金铸件，浇铸温度3)将铝合金铸件导入轧机，导入轧机的温度为450 500°C，导出轧机成铝合金杆 的终轧温度为280 300°C ；4)将铝合金杆进行冷拉制加工成Φ3. 5mm的铝合金线，将7根拉制成的铝合金线 进行绞合，制备成导体线芯；5)将所述的铝合金导体进行退火处理，退火温度为350 370°C，时间为13h，停止 对炉体加热，在退火炉中自然冷却，24h后从炉中取出。经测试，导电率为61. 2% IACS，抗拉强度145Mpa，断裂伸长率18%，长期耐热 150°C时强度残存率为91%。实施例71)在竖炉中加入纯度大于99. 70wt%的铝锭，温度升至710 760°C，使铝锭熔 化，将温度升高至740 800°C，依次加入0. 52wt %的Fe、0. 15wt %的Cu、0. Ilwt %的Mg、 0. llwt%&Zr、0. 08wt%&Ca、0. 09wt 的 Mo、0. 07wt%&Sb、0. 06wt%&Y、0. 08wt%&Er， 使其完全熔融，并调节合金成分至设定范围，合金元素都是以铝中间合金的形式加入；2)在720 780°C下保温30min，再加入0. 26wt%的精炼剂，进行除渣、除气，然后 再浇铸成铝合金铸件，浇铸温度3)将铝合金铸件导入轧机，导入轧机的温度为450 500°C，导出轧机成铝合金杆 的终轧温度为280 300°C ；4)将铝合金杆进行冷拉制加工成Φ3. 5mm的铝合金线，将7根拉制成的铝合金线 进行绞合，制备成导体线芯；5)将所述的铝合金导体进行退火处理，退火温度为350 370°C，时间为9h，停止 对炉体加热，在退火炉中自然冷却，24h后从炉中取出。经测试，导电率为60. 4% IACS，抗拉强度149Mpa，断裂伸长率15%，长期耐热 150°C时强度残存率为93%。
权利要求
电缆用耐热型铝合金导体材料，其特征在于该铝合金的组成及重量百分含量为0.3～1.0wt％的Fe、0.01～0.3wt％的Cu、0.01～0.3wt％的Mg，0.01～0.2wt％的Zr，0.01～0.4wt％的Ca，0.05～0.8wt％的稀土元素，稀土元素由Sc、Y和Er中的一种或多种组成，Si≤0.1wt％，其它杂质总含量≤0.15wt％，其余为Al。
2.电缆用耐热型铝合金导体材料，其特征在于该铝合金的组成及重量百分含量为 0. 3 1. Owt %的 Fe、0. 01 0.Cu、0. 01 0.Mg，0. 01 0.Zr， 0. 01 0. 2wt%&Mo，0. 05 0. 8wt %的稀土元素，稀土元素由Sc、Y和Er中的一种或多 种组成，Si ( 0. Iwt%，其它杂质总含量彡0. 15wt%，其余为Al。
3.电缆用耐热型铝合金导体材料，其特征在于该铝合金的组成及重量百分含量为 0. 3 1. Owt % ^ Fe、0. 01 0. 3wt % ^ Cu、0. 01 0. 3wt^Mg，0. 01 0. 2wt % ^ Zr, 0. 01 0.Sb，0. 05 0. 8wt%的稀土元素，稀土元素由Sc、Y和Er中的一种或多 种组成，Si ( 0. Iwt%，其它杂质总含量彡0. 15wt%，其余为Al。
4.电缆用耐热型铝合金导体材料，其特征在于该铝合金的组成及重量百分含量为 0. 3 1. Owt%的 Fe、0. 01 0.Cu、0. 01 0.Mg，Ca、Mo、Sb 中的两种或 三种，总量为0. 01 0. 3wt%,0. 05 0. 8wt%的稀土元素，稀土元素由Sc、Y和Er中的一 种或多种组成，Si ( 0. Iwt%，其它杂质总含量彡0. 15wt%，其余为Al。
5.制备上述任一权利要求所述的电缆用耐热铝合金导体材料的方法，其特征在于制备 步骤为a.在竖炉中加入铝锭，温度升至710 760°C，使铝锭熔化，将温度升高至740 800°C，加入Fe、Cu、Mg、Zr和稀土元素，以及Ca、Mo或Sb中的至少一种，使其完全熔融，并 调节合金成分至设定范围；b.在720 780°C下保温30min，再加入铝合金精炼剂，进行除渣、除气，然后再浇铸成 铝合金铸件；c.将铝合金铸件导入轧机，导入轧机的温度为450 500°C，导出轧机成铝合金杆的终 轧温度为280 300 0C ；d.将铝合金杆进行冷拉制加工成铝合金线，将拉制成的铝合金线进行多股绞合，制备 成导体线芯；e.将所述的铝合金导体进行退火处理，退火温度为340 380°C，时间为8 16h，停止 对炉体加热，在退火炉中让其自然冷却，24h后从炉中取出得到电缆用耐热型铝合金导体材 料。
全文摘要
电缆用耐热型铝合金导体材料及其制备方法，该铝合金的组成及重量百分含量为0.3～1.0wt％的Fe、0.01～0.3wt％的Cu、0.01～0.3wt％的Mg，Ca、Mo、Sb中的一种、两种或三种，总量为0.01～0.3wt％，0.05～0.8wt％的稀土元素，稀土元素由Sc、Y和Er中的一种或多种组成，Si≤0.1wt％，其它杂质总含量≤0.15wt％，其余为Al。该铝合金材料不仅具有优异的导电性、拉伸性能、柔韧性能，还具有优异的耐热性，可用于电线电缆绝缘线芯，特别适用于架空绝缘导体线芯。
文档编号H01B1/02GK101948971SQ20101028676
公开日2011年1月19日 申请日期2010年9月16日 优先权日2010年9月16日
发明者林泽民 申请人:安徽亚南电缆厂