[发明专利]一种Al-Yb-B导电铝合金及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种具有优良高温导电性能的铝合金及制备方法和应用，属于电工新材料技术领域。该铝合金包括：B:0.02～0.15wt％、Yb:0.05～0.20wt％，另外，还可添加适量的Sc、Zr、Si等元素。该合金的制备方法包括：取纯度为99.7％以上的工业纯铝锭重熔或者采用电解铝液，加入合金元素，精炼，炉前快速成分分析，保温静置，然后快速冷却铸造获得铝合金锭坯，最后进行热处理。本发明制备的铝合金具备较低的电阻温度系数和较高的高温导电率及残存率，部分还具备突出的耐热性能，可用于母线、电线、电缆或铝电解用阳极导杆。

技术领域

本发明涉及一种Al-Yb-B导电铝合金，尤其涉及一种具有优良高温导电性能的铝合金及制备方法和应用，属于电工新材料技术领域。

背景技术

当金属受到外加电场作用时，载流子在周期性排列的离子实或晶格原子形成的晶格场中发生定向运动，那些破坏了晶格场周期性的异常离子实或晶格原子，碰撞或阻碍定向运动的载流子而产生电阻和焦耳热。合金元素、杂质、晶体缺陷等均会导致晶格场周期性破坏，缩短导电电子的平均自由程，致使合金的电阻率升高，相应电导率降低。杂质对电导率的影响与杂质元素的种类、含量及在金属中存在的状态紧密相关，工业纯铝中的Ti、V、Cr、Mn等杂质元素对导电性影响较大，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晶格场的周期性，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。Zr和Sc为过渡族元素，会降低铝导体的导电性能，少量Zr原子和Sc原子固溶于铝基体中便会显著降低合金的电导率，但是，当Zr和Sc以L1₂结构的第二相存在时，会显著提高合金的耐热性，同时，对电导率的不良影响有所减弱。

电阻及焦耳热会致使导体材料产生较大的温升，通常，传输大电流的导体材料的服役温度可能达到150℃以上(低于200℃)。目前，主要采用20℃测得的电阻率或电导率表征导体材料的导电性能，但是，随着温度升高，电阻率一般会大幅增加，进而导致更大的温升，当温度变化导致相变时，晶格场发生突变，电阻率也会随之发生突变。工程上，常用电阻温度系数α来表征温度对电阻率的影响，某个温度T的电阻率ρ(T)＝ρ(T₀)[1+α(T～T₀)]，其中ρ(T₀)为某个参考温度T₀的电阻率。合金的电阻温度系数α越小，其在高温下保持的电导率越高，具有较高的电导率残存率，即具有良好的高温导电性能。

在输电线路建设和增容改造工程中，如果要增大杆塔距离或利用原有线路走廊，必须采用较小截面的导线传导更大的电流，导致较大的热效应和温升，因此，不仅要求导体材料在室温有较高的电导率，还要求其在高温有较高的电导率，某些应用场合还同时要求有较好的热稳定性，在服役温度保持有较高的强度，即耐热性能。电解铝的阳极导杆和阴极母线，在较高温度下服役，所用导电铝合金也必须在高温下有较高的电导率和热稳定性。

CN201610177708.3公开了一种加铁的轻质高导耐热铝导线，其中B0.04～0.10wt.％，Zr0.10～0.15wt.％，Fe0.10～0.20wt.％，La0.05～0.30wt.％，不可避免钛、钒、铬、锰的含量总和小于0.01wt.％，铝为余量，其在20℃的电导率大于62％IACS，短时耐热温度高达230℃，抗拉强度大于等于170MPa。该铝导线的室温电导率和强度均较高，但是该专利并未涉及高温导电性能。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种Al-Yb-B导电铝合金，具有优良的高温导电性能，随着温度升高，导电率下降的幅度较小，即在高温下具有较高的导电率及残存率。

本发明一种Al-Yb-B导电铝合金，包括下述组分：

B:0.02～0.15wt％；

Yb:0.05～0.20wt％；

Sc:0～0.10wt％；