[发明专利]一种高强、高导电率、耐热铝合金导体材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电线电缆用的高强高导电率耐热铝合金导体材料，属于合金材料技术领域。

技术背景

高强耐热电工铝合金是具有较高抗拉强度，又有很好耐热性能的铝合金导体材料，制成导线后具有使用温度高、耐热性好、载流量大、抗拉强度较高、质量轻、弧垂特性好以及焊接性能、耐蚀性能优良等突出优点，因此在输电线路上使用高强耐热铝合金绞线能显著增加线路容量，且能够避免钢芯铝绞线所带来的腐蚀问题和磁滞损耗，已在国际上受到普遍关注。但是据IEC 62004标准，目前所用的强度在220MPa以上的高强耐热铝合金导线AT2的导电率仅55％IACS，而高导电率耐热铝合金强度不高，导电率大于60％IACS的两种耐热铝合金AT1和AT3强度只有170MPa左右。并没有一种铝合金导线材料既有高强度和耐热性，同时具有高导电率，限制了耐热铝合金导线作为增容导线的应用范围。

这是因为强度和导电率提高之间存在相互矛盾之处，提高强度必然要提高合金元素的含量或者提高加工变形量，而合金元素含量的提高和加工量的提高都将使电导率下降。同时，一般耐热合金导线中Zr的添加虽然能够提高合金的耐热性能，但是Zr含量较低的Al-Zr合金的时效强化效果较差，其对强度提高的作用并不明显；增加Zr元素的含量能够起到一定的析出强化作用，但合金的导电率显著下降。这意味着强度和耐热性的提高都将使电导率相应下降。因此要得到高强度、高耐热性能、高导电率三者结合的铝合金导体材料，则必须要找到一种新的导向合金成分及其制备方法，在添加很少量的合金元素的条件下就能析出大量均匀弥散分布、且具有热稳定性的强化相。

研究表明Er的添加能够增加合金的强度，而对电导率的影响却很小，而且Er、Zr的复合添加能够进一步提高合金从析出相的数量，从而提高合金的强度和耐热性能。中国专利CN102230113A公布了一种Al-Er-Zr合金导体，由于其成分配比的问题，其导电率和耐热性能较好，但是强度较低。本发明在纯铝中添加适量的Er、Zr微合金化元素，并通过合适的制备方法，以得到高强、高电导率、耐热铝合金导体材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有耐热铝合金导体材料技术的不足，通过Er、Zr复合微合金化的方法，寻找一种可以同时达到高强、高电导率、耐热的铝合金导体材料及其制备方法。

本发明所提供的高强、高导电率、耐热Al-Er-Zr合金导体材料，其特征在于，包括以下质量百分含量组份：Zr  0.2～0.3％；Er0.15～0.25％；杂质含量＜0.3％；余量为铝。

本发明上述高强、高导电率、耐热Al-Er-Zr合金导体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在熔炼铝的过程中加入AlEr和AlZr中间合金，熔炼温度为780±10℃，到达熔炼温度保温30分钟后浇铸；随后依次对铸锭进行均匀化处理、轧制、热处理，以获得高强、高电导率耐热铝合金导体。

本发明所提供的高强、高导电率、耐热Al-Er-Zr合金导体材料的制备方法中，均匀化处理优选温度为635±10℃，时间为20小时，处理结束后水淬。

本发明所提供的高强、高导电率、耐热Al-Er-Zr合金导体材料的制备方法中，优选轧制采用冷轧方式，变形量为70％；优选轧制后的热处理温度范围为200～300℃之间，时间为3小时。

本发明所提供的高强、高导电率、耐热Al-Er-Zr合金导体材料的制备方法中所用的纯铝杂质含量＜0.3％，所加入的AlEr和AlZr中间合金分别为Al6％Er和Al4％Zr中间合金。

本发明由于采用了上述成分配比的Er和Zr复合微合金化，通过上述的工艺过程可以析出大量弥散分布的析出相，同时变形组织能够大量保存，所以在保持合金的高电导率的同时(电导率在59.6～60％IACS之间)，能够同时具有较高的强度(硬度在维氏硬度62.5～66.5之间)和耐热性能(短时耐热375℃，长期耐热225℃)。本发明中采用合适的Zr添加量，并通过与Er的复合，使合金元素能够充分的析出，所以合金能够保持高电导率。同时大量弥散析出相能够起到强化和稳定组织的作用，使合金导体的强度和耐热性能都能得到极大的提高。同时由于采用Er、Zr复合和变形相结合的方式，可以使得热处理时间相比只含Zr的耐热铝合金导体极大的缩短，从而减低能耗，节约成本。

附图说明

图1：Al0.25Er0.2Zr不同温度下热处理3h后的硬度变化曲线；

图2：Al0.25Er0.3Zr不同温度下热处理3h后的硬度变化曲线；