[发明专利]一种高强特耐热铝合金导线及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强特耐热铝合金导线及其制备方法，属于材料加工技术领域。

背景技术

随着我国社会经济快速发展，电力需求量也迅速增加，为了满足国家西电东送、南北互通、全国联网的战略部署，电线电缆作为电力行业的基础材料，其需求量与日俱增。目前，我国的高压架空输电线路导线普遍采用钢芯铝绞线，但是钢芯铝绞线的重量大、耐热性能差、载流量受到限制、电能损失大，不能满足电力发展的需要。耐热铝合金导线具有重量轻、弧垂小、耐热性好、载流量大等优点，该导线从20世纪50年代就开始在国际上使用，特别适合超高压线路和大跨越线路，在线路弧垂相同的情况下，可以增加铁塔的档距或者降低铁塔的高度来减少土地占用和线路建设成本，但是我国的耐热铝合金导线的使用率很低。目前，国内的耐热铝合金导线的主要问题是导电性能、耐热性能和力学性能等方面不能兼顾。

铝合金中添加Sc元素能够显著提高铝合金的高温强度和再结晶温度，因为Sc能够与Al形成稳定的Al₃Sc相，Al₃Sc相与铝基体的错配度较小，能够有效抑制晶粒长大，提高Al合金的高温强度；Al₃Sc相可以有效钉扎位错、亚晶界与晶界，在回复过程中能够阻碍再结晶形核核心的长大，从而有效阻碍再结晶的发生，提高再结晶温度。但是Sc价格昂贵，大幅度提高了合金导线的成本。Zr元素与Sc元素有很多相同的特征，通常将Sc、Zr复合添加到铝合金中，Zr能替换Al₃Sc相中的Sc原子，形成热稳定性更高的Al₃(Sc,Zr)相，且Al₃(Sc,Zr)相的强化效果优于Al₃Sc相，进一步提高了合金的再结晶温度和抗拉强度；而且Zr的价格相对Sc便宜很多，添加Zr来减少合金中Sc的含量，能够降低合金的成本。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种高强特耐热铝合金导线及其制备方法，设计了合金成分，通过连续流变挤压工艺制备铝合金杆，继而通过拉拔制备出高强特耐热铝合金导线。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高强特耐热铝合金导线，其化学成分及质量百分比为：Sc：0.01-0.18％，Zr：0.06-0.5％，其余是Al和不可避免的杂质元素，其中不可避免杂质元素中每种杂质元素含量不超过材料总质量的0.08％。

一种高强特耐热铝合金导线的制备方法，包括以下步骤：

(1)熔炼：采用电解铝水或者纯铝锭，将其加热到700-750℃，将中间合金加入熔体，待合金完全熔化后，将熔体温度升高至700-750℃，并保温5-10min，然后用精炼剂对熔体进行精炼，扒渣后对熔体通入氩气进行精炼5-15min，最后将熔体在700-750℃保温5-15min；

(2)连续流变挤压成形：在650-750℃将熔体浇注到连续流变挤压机的入口，制备出直径为5-20mm的铝合金导电杆；

(3)拉拔：采用硬质合金模对铝合金导电杆进行冷拔加工，得到直径为0.5-10mm高强特耐热铝合金导线。

作为优选，步骤(1)中所述电解铝水或者纯铝锭纯度不低于99.7％。

作为优选，步骤(1)中所述中间合金，为Al-Sc中间合金和Al-Zr中间合金。

作为优选，步骤(1)中所述精炼剂为铝合金精炼剂和C₂Cl₆。

作为优选，步骤(1)中所述通入氩气的压力为1.0-4.0MPa，流量为3.0-5.5L/min。

作为优选，步骤(2)中所述连续流变挤压的工艺参数为：挤压辊转速为20-100r/min，流变挤压成形浇注温度为650-750℃。

作为优选，步骤(3)中所述冷拔过程的拉拔速度为：0.1-1m/s。

本发明的有益效果为：

本发明与现有技术相比较，具有以下显著特点：

(1)在保证导线导电率的同时有效提高了导线的抗拉强度和延伸率，本发明制备的铝合金导线20℃等效导电率为60.2％IACS，抗拉强度为211MPa，伸长率为7.6％，显著优于现有耐热铝合金导线的性能；

(2)合金导线在230℃×1h后的强度残存率高于97％，400℃×1h后的强度残存率高于95％，长期运行温度能达到230℃以上，提高了导线的运行温度；

(3)本发明采用连续流变挤压制备铝合金杆，工艺流程短，成本低，产品性能好，易于实现工业化生产。

附图说明