一种高强高导铝合金导体材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及铝合金导体材料制备领域，更为具体地，涉及一种高强高导铝合金导体材料及其制备方法。


背景技术：

2.我国能源与电力负荷逆向分布，国家实施“西电东送，北电南送”战略。架空输电线路用导线作为电力输送的“血管”，是电网中用量最大、最关键的组成部分之一。随着特高压、远距离、大容量输电和清洁能源利用的发展，对架空导线的强度和导电率提出了更高的要求，要求铝合金材料具有强度高、导电性能优异。
3.cn108893660a公开了一种高导电率铝合金导线及其制备方法，该专利公布的熔炼工艺较为复杂，需高温真空熔炼，对设备要求较高，增加了铝合金导线的制造成本。cn110172621a公开了一种al-mg-si-cu铝合金导线制备工艺，其制备工艺周期较长。cn109295359b公开了一种高导电高强度的铝合金及其制备方法，该专利公布的铝合金材料的导电率大于54％iacs，断后伸长率大于5％，其导电率和断后伸长率较低。
4.为解决铝合金导电率低、断后伸长率低、制备工艺复杂等问题，本发明提出一种高强高导铝合金导体材料及其制备方法。


技术实现要素：

5.鉴于上述问题，本发明目的是提供一种高强高导铝合金导体材料及其制备方法，以解决现有的制备铝合金导体材料的工艺复杂、成本高以及铝合金材料导电率低等问题。
6.本发明提供一种高强高导铝合金导体材料，包括如下质量百分比的元素：
7.mg：0.70～0.95wt％、si:0.30～0.50wt％、sc：0.05～0.25wt％、er：0.05～0.25wt％、cu：0.01～0.15wt％、fe：0.01～0.15wt％、zr：0～0.25wt％，余量为al和不可避免杂质。
8.此外，优选方案是，所述不可避免杂质含量小于0.10％，其中，
9.所述不可避免杂质包括ti、v、mn、cr等。
10.本发明还提供一种高强高导铝合金导体材料的制备方法，其中，所述高强高导铝合金导体材料采用上述高强高导铝合金，所述制备方法包括如下步骤：
11.s110：按照所述高强高导铝合金导体材料的质量百分比的元素，分别称取铝锭、铝中间合金及镁锭。
12.s120：当温度达到680～720℃时，加入称取的铝锭、铝中间合金及镁锭；待原料熔化后，当温度达到730～750℃时，对所述熔体进行除渣、除气、精炼；然后升温至760～780℃后，静置20～60min、浇铸，得到合金铸锭；
13.s130：将所述合金铸锭保温后热挤压，得到合金棒材；挤压坯料保温温度为490～530℃，保温时间1～2h，挤压比20～40；
14.s140：将所述合金棒材在510～530℃下进行固溶处理，固溶处理时间为1～2h；
15.s150：将固溶处理后的合金棒材进行时效处理，得到高强高导铝合金导体材料，其中，时效温度为175～300℃，时效时间为6～12h。
16.此外，优选方案是，所述铝锭纯度大于99.99％，镁锭纯度大于99.99％。
17.此外，优选方案是，在s120对所述熔体进行精炼和除气的过程中，采用高纯氩气对所述熔体进行除气，其中，所述高纯氩气流量为2l/min～8l/min，时间为2～6min；
18.所述精炼剂为六氯乙烷，且所述六氯乙烷的用量为所述熔体质量的0.05％～0.50％。
19.此外，优选方案是，在s120升温至760～780℃后，静置、浇铸，浇铸至预热水冷模具中，模具预热温度为200～300℃，得到合金铸锭。
20.此外，优选方案是，对所述高强高导铝合金导体材料进行力学性能和导电率测试，其中，所述高强高导铝合金导体材料的抗拉强度≥150mpa，屈服强度≥110mpa，断后伸长率≥15％，导电率≥60％iacs。
21.从上面的技术方案可知，本发明提供的高强高导铝合金导体材料及其制备方法，通过在制备铝合金导体材料中加入sc和er，sc和er复合微合金化，提高铝合金的导电性和断后伸长率；通过采用熔铸、热挤压、固溶处理、时效处理工艺制备铝合金导体材料，工艺简单，设备要求低，能够降低生产成本。
22.为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
附图说明
23.通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
24.图1为根据本发明实施例的高强高导铝合金导体材料的制备流程示意图。
25.图2为根据本发明实施例的高强高导铝合金导体材料的金相组织。
26.在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
27.在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。
28.针对前述提出的现有的制备铝合金导体材料的工艺复杂以及铝合金材料导电率低等问题，本发明提出了一种高强高导铝合金导体材料及其制备方法，采用熔炼铸造、热挤压、固溶处理、时效处理工艺制备铝合金导体材料，从而降低生产成本。
29.本发明提供的高强高导铝合金导体材料，包括如下质量百分比的元素：mg：0.70～0.95wt％、si：0.30～0.50wt％、sc：0.05～0.25wt％、er：0.05～0.25wt％、cu：0.01～0.15wt％、fe：0.01～0.15wt％、zr：0～0.25wt％，余量为al和不可避免杂质，其中，不可避免杂质含量小于0.10％，所述不可避免杂质包括ti、v、mn、cr等。
30.其中，图2示出了高强高导铝合金导体材料的金相组织。
31.以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
32.为了说明本发明提供的高强高导铝合金导体材料的制备方法，图1示出了根据本发明实施例的高强高导铝合金导体材料的制备流程。
33.如图1所示，本发明提供的高强高导铝合金导体材料的制备方法，高强高导铝合金导体材料采用如上述高强高导铝合金导体材料，所述制备方法包括：
34.s110：按照所述高强高导铝合金导体材料的质量百分比的元素，分别称取铝锭、铝中间合金及镁锭。
35.s120：加入原料，待原料完全熔化后，对所述熔体进行除渣、除气、精炼，升温，静置熔体，浇铸熔体到预热模具中，得到合金铸锭。
36.具体地，当温度达到680～720℃时，加入称取的铝锭、铝中间合金及镁锭；待原料完全熔化，温度达到730～750℃时，对所述熔体进行除渣、除气、精炼；当升温至760～780℃后，静置20～60min、浇铸，得到合金铸锭。
37.s130：将所述合金铸锭保温后热挤压，得到合金棒材；坯料保温温度490～530℃，保温1～2h，挤压比20～40。
38.s140：将所述合金棒材在510～530℃下进行固溶处理，固溶处理时间为1～2h；。
39.s150：将固溶处理后的合金棒材进行时效处理，得到高强高导铝合金导体材料，其中，时效温度为175～300℃，时效时间为6～12h。
40.上述步骤制备高强高导铝合金导体材料的具体步骤，制备高强高导铝合金导体材料按照如下质量百分比的元素：mg：0.70～0.95wt％、si:0.30～0.50wt％、sc：0.05～0.25wt％、er：0.05～0.25wt％、cu：0.01～0.15wt％、fe：0.01～0.15wt％、zr：0～0.25wt％，余量为al和不可避免杂质。
41.其中，6系铝合金可进行热处理强化，是目前制备高强高导铝合金导体的主体材料。
42.在本发明中的制备铝合金的材料中加入sc和er，这是由于sc和er是铝合金中非常有效的微合金化元素，形成l1型与基体共格的al3sc和al3er相，有效地细化铝合金组织。sc和er同时加入铝合金中，er和sc能相互置换形成核壳结构al3(er
1-x
sc
x
)相，该相稳定，不易粗化，稳定组织，同时al3(er
1-x
sc
x
)相点阵参数与铝基体更加接近，能与基体形成共格关系。另外，sc在铝基体中的扩散系数大于er在铝中的扩散系数，加入sc促进er的沉淀析出，促使更多的er原子自基体中析出，进一步提高铝合金的导电性，同时确保铝合金的断后伸长率。因此，在本发明中sc含量控制在0.05～0.25wt％，er含量控制在0.05～0.25wt％。
43.根据上述生成高强高导铝合金导体材料的方法，本发明根据如下的实施例作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容，不应视作对本发明的限制。
44.实施例1
45.(1)按照如下质量百分比的元素mg：0.80wt％、si：0.35wt％、sc：0.15wt％、er：0.15wt％、cu：0.05wt％、fe：0.05wt％，余量为al和不可避免杂质；分别称取铝锭、铝中间合金及镁锭；
46.熔铸过程如下：当温度达到700℃时加入工业纯铝99.99％、铝中间合金及99.99％镁锭；升温至740℃进行精炼和除气。采用高纯氩气对熔体进行除气，高纯氩气流量为5l/min，时间为3min，精炼剂加入量为总合金质量的0.50wt％；升温至760℃，静置30分钟后浇
铸至水冷模具中；
47.(2)将步骤(1)中制备得的合金铸锭挤压成合金棒材，合金铸锭在520℃保温2小时后热挤压，挤压比为36，空冷，矫直棒材；
48.(3)将步骤(2)中得到合金棒材在520℃下固溶处理1小时，水冷。
49.(4)将步骤(3)中固溶处理后的棒材进行时效处理；时效温度275℃，时效时间8小时，水冷。
50.(5)将步骤(4)得到的棒材进行导电率和力学性能测试。
51.铝合金导体材料的力学性能为：抗拉强度为163mpa，屈服强度110mpa，断后伸长率23％，导电率为60.38％iacs。
52.实施例2
53.(1)按照如下质量百分比的元素mg：0.90wt％、si：0.45wt％、sc：0.17wt％、er：0.2wt％、cu：0.1wt％、fe：0.10wt％、zr：0.05wt％，余量为al和不可避免杂质；分别称取铝锭、铝中间合金及镁锭；
54.熔炼过程如下：当温度达到700℃时加入工业纯铝99.99％、铝中间合金及99.99％镁锭；升温至740℃进行精炼和除气，采用高纯氩气对熔体进行除气，高纯氩气流量为5l/min，时间为3min，精炼剂加入量为总合金质量的0.50wt％；升温至760℃，静置40分钟后浇铸至水冷模具中；
55.(2)将步骤(1)中制备得的合金铸锭挤压成合金棒材，合金铸锭在510℃保温2小时后热挤压，挤压比为25，空冷，矫直棒材；
56.(3)将步骤(2)中得到合金棒材在520℃下固溶处理1小时，水冷；
57.(4)将步骤(3)中固溶处理后的棒材进行时效处理；时效温度250℃，时效时间8小时，水冷；
58.(5)将步骤(4)得到的棒材进行力学性能和导电率测试。
59.铝合金导体材料的力学性能为：抗拉强度为180mpa，屈服强度125mpa，断后伸长率19.0％，导电率为60.12％iacs。
60.实施例3
61.(1)按照如下质量百分比的元素mg：0.75wt％、si：0.40wt％、sc：0.20wt％、er：0.20wt％、cu：0.05wt％、fe：0.10wt％、zr：0.05wt％，余量为al和不可避免杂质；分别称取铝锭、铝中间合金及镁锭；
62.熔炼过程如下：当温度达到700℃时加入纯铝99.99％、铝中间合金及99.99％镁锭；升温至740℃进行精炼和除气，采用高纯氩气对熔体进行除气，高纯氩气的流量为6l/min，时间为4min，精炼剂加入量为合金总质量的0.50wt％；升温至760℃，静置50分钟后浇铸至水冷模具中；
63.(2)将步骤(1)中制备得的合金铸锭挤压成合金棒材，合金铸锭在520℃保温2小时后热挤压，挤压比为40，空冷，矫直棒材；
64.(3)将步骤(2)中得到合金棒材在520℃下固溶处理1.2小时，水冷；
65.(4)将步骤(3)中固溶处理后的棒材进行时效处理；时效温度300℃，时效时间8小时，水冷；
66.(5)将步骤(4)得到的棒材进行力学性能和导电率测试。
67.铝合金导体材料的力学性能为：抗拉强度为155mpa，屈服强度112mpa，断后伸长率19.7％，导电率为61.64％iacs。
68.通过上述实施方式可以看出，本发明提供的高强高导铝合金导体材料及其制备方法，通过在制备铝合金导体材料中加入sc和er，sc和er复合微合金化，提高铝合金的导电率和断后伸长率；并且通过采用熔铸、热挤压、固溶处理、时效处理工艺制备铝合金导体材料，此工艺过程简单，设备要求低，能够降低生产成本。
69.如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明提出的高强高导铝合金导体材料及其制备方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的高强高导铝合金导体材料及其制备方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。