[发明专利]一种轻质高导耐热铝导线及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种轻质高导耐热铝导线及其制备方法，属于电工材料技术领域。

技术背景

根据能源互联的战略部署，我国电网将实现“西电东送，南北互供、全国联网”，输电线路距离远、输电容量大、自然环境复杂，为了降低输送线损、减少线路建设成本、节约紧张的走廊资源，对输电导线提出了更高的要求，既要有高电导率，又要有良好的耐热性能和抗弧垂特性。因此，研发一种具有高导电率、良好的耐热性能、密度小的铝导线，成为业内亟需解决的技术难题。

金属中的自由电子在外加电场作用下发生定向运动形成电流，而晶格场周期性的异常点(或不规则点)会阻碍电子的定向运动并对电子波产生散射作用。金属材料的导电性跟自由电子的平均自由程(相邻异常点间距的平均值)紧密相关，自由电子的平均自由程越小，材料电导率越低。金属中的杂质元素、固溶原子以及晶体缺陷都会导致晶格场局部偏离其周期性位置，缩短自由电子的平均自由程，从而导致金属电导率的降低。杂质对电导率的影响与杂质元素的种类、含量、在金属中存在的状态紧密相关，工业纯铝中不可避免的杂质元素Ti、V、Cr、Mn等对导电性影响较大，特别是较高含量的杂质元素固溶于铝基体时，会大幅降低铝导体的电导率。固溶原子导致晶格畸变而破坏金属库仑势场的周期性，并成为对导电电子的散射中心，固溶原子摩尔浓度越大，相邻散射中心间的距离越小，电子的平均自由程越小，电导率越低，以Zr为例，少量Zr原子固溶于铝基体中便会显著降低合金的电导率。纯度为99.99％的高纯Al在20℃的电导率高达64.94％IACS，密度为2.7g/cm³，但强度仅为80～100MPa，再结晶温度为150℃左右。添加0.6～0.9wt.％Mg、0.5～0.9wt.％Si、0.5wt.％Fe、0.1wt.％Cu、0.1wt.％Zn的6021合金是常用的高强度电工铝合金，抗拉强度可达到295～325MPa，但是，其20℃时的导电率仅为52.5～55％IACS。

旨在提高铝导体耐热性和强度的微合金化，特别是当合金组分及配比设计不当时，会对导电性能产生非常不利的影响，研发轻质高导耐热铝导线的技术难点是在导电性、耐热性、比强度之间寻求最佳平衡点。通常，导电率和耐热性呈此消彼长的关系，现有公开的技术方案中往往存在着顾此失彼的情况，导电率高的技术方案，耐热性不理想，耐热性好的技术方案，导电率不够理想。公开号为CN102230113A的专利，公开的成分为0.06～0.15wt.％Zr，0.15～0.30wt.％Er，0.1～0.2wt.％Fe，通过Zr、Er、Fe的微合金化，采用连铸连轧工艺，制备出的铝电线，导电率只有59.5～60.5％IACS，短时耐热温度为210℃，长期耐热温度为180℃，抗拉强度为157MPa，没有公开合金的密度参数。公开号为CN103498083A的专利，公开的成分为0.01～0.2wt.％Er，0～0.3％wt.Zr，0～0.2wt.％B，从其实施例记载的参数来看，含有Er、Zr、B的实施例的导电率仅为60％IACS，而只含Er、Zr元素中的一种或两种的实施例的导电率只有58％IACS，且没有公开合金密度、强度、耐热性能参数及连铸连轧的工艺参数。

因此，通过优化合金组分及制备工艺，在不降低电导率的前提下，提高铝导线的耐热性和比强度，制备轻质、高导、耐热铝导线是本领域长期以来的追求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种组分配比合理、合金化元素少、工艺简单且灵活、生产成本低的轻质高导耐热铝导线及制备方法。本发明通过微量添加对导电率 损害较小的合金元素，产生净化、变质、细化和弥散强化作用，相对99.99％的高纯铝，在电导率下降很少的前提下，大幅提高导线的耐热性和比强度，从而满足大容量远距离输电线路的轻质、高导、耐热的服役要求。

本发明一种轻质高导耐热铝导线，包括下述组分按质量百分比组成：

B：0.035～0.06wt.％；

Zr：0.1～0.2wt.％；

Er：0.2～0.4wt.％(但不包含0.2wt％)；

Ti、V、Cr、Mn杂质元素总含量小于等于0.01wt.％，其余为Al；

其中，Zr、Er按质量比Zr：Er＝1：1.5～2.5添加，优选Zr、Er按质量比Zr：Er＝1：1.5～2添加。

本发明一种轻质高导耐热铝导线的制备方法，包括下述步骤：