[发明专利]Al-Sc-Zr导电合金强化和导电性优化工艺

说明书

 

技术领域

本发明属于材料加工工艺，具体是一种Al-Sc-Zr导电合金强化和导电性优化工艺。主要应用领域为架空绞线，电力电缆，电力金具，变压器母线，汽车用导电合金，传统家用电器等需要超耐热、高强和高电导率铝合金以及高温抗蠕变铝合金等领域。

背景技术

众所周知，Sc是铝及其合金最好的变质剂[1,2]。在铝及其合金中加入微量Sc，热处理可显著提高合金再结晶温度、室温强度和高温抗蠕变性[3]。国际上对含Sc铝合金的力学性能进行了大量研究，主要是在各种牌号铝合金中加入微量Sc，并对其力学性能进行优化。发现Sc都能明显提高合金强度和热稳定性，这与Al₃Sc弥散沉淀相的形成有关[4,5]。在含Sc铝合金中加入微量Zr，由于Zr能置换Al₃Sc沉淀相中的Sc，形成Al₃(ScZr)沉淀相。相对于Al₃Sc沉淀相，Al₃(ScZr)沉淀相具有更高的热稳定性，形成的颗粒尺寸更小，具有更好的沉淀强化效果。为了深入阐明Al₃(ScZr)沉淀相对Al合金的沉淀强化效果，人们在纯Al加入微量Sc和Zr，并对其沉淀尺寸、分布及其演化规律进行了深入研究，发现Zr聚集在α-Al/Al₃(ScZr)界面处，当Sc含量较低时，沉淀相的长大主要受Zr原子的体扩散控制；而当Sc含量较高时，则受Sc原子的体扩散所控制[6,7]。

相对于Al-Sc-Zr合金的基础研究而言，其应用研究很少。2009年我们（本案申请人）发现：在纯Al中加入微量Sc和Zr，人工时效在显著提高合金力学性能的同时，合金导电性也得到显著改善，并首次提出Al-Sc-Zr合金在导电材料领域具有潜在应用价值[8-10]。我们通过组分优化，发现Al-0.2Sc-0.04Zr（重量百分比，下同）合金兼具最佳的室温抗拉强度（~150 MPa）和导电性（58-62%IACS，IACS：国际退火纯铜标准，依赖原料铝纯度）。结果表明：含微量Sc和Zr的Al-Sc-Zr合金除了在传统结构材料方面具有应用价值，在超耐热导电材料领域同样具有重要意义。

本专利申请拟在前期工作基础上，通过时效和冷轧复合处理，以期进一步提高Al-0.2Sc-0.04Zr合金的室温拉伸性能和导电性。

 

发明内容

本发明正是基于上述现有技术状况而提出的一种Al-Sc-Zr导电合金强化和导电性优化工艺，本发明通过对时效和冷轧条件的综合控制，在保持合金足够韧性的基础上，进一步提高Al-0.2Sc-0.04Zr合金室温拉伸性能和导电性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明的Al-Sc-Zr导电合金强化和导电性优化工艺，是由重量百分比为Al-0.2Sc-0.04Zr的合金组分制备，其具体工艺步骤如下：

（1）利用工业或高纯Al，Al-Sc和Al-Zr中间合金，采用熔配法制备合金；

（2）将所得合金在650^oC进行5-100小时（本发明实施例采用48小时）均匀化处理后水淬；

（3）将均匀后合金在330^oC进行189分钟人工时效；

（4）将时效后样品在室温进行不同程度的冷轧，即进行面积减缩比分别为79.6%和88.5%的冷轧。

（5）将冷轧后样品在330^oC进行60分钟人工时效，从而获得最佳强度和导电性。

本发明的步骤（1）中，原料纯Al，Al-Sc，Al-Zr和Al-B中间合金需用适当浓度为10-20%的NaOH腐蚀液去除表面氧化膜，并用清水清洗干净后晾干。此外若是在空气中进行熔炼，则必须充分搅拌，并利用惰性气体除气净化和拔渣。总之，该步骤中必需尽可能地避免杂质引入和气泡产生。

本发明的步骤（2）中，需在炉子达到均匀化温度后，方可放入样品。此外均匀化温度越高、均匀化时间越长，效果越好。