[发明专利]一种高导电率铝合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种导电铝合金的制造方法，具体说是一种适合于输变电设备制造的高导电率铝合金材料，属于有色金属材料领域。

技术背景

在电力行业，铝及其铝合金扮演着重要角色。由于输电材料、电力运行要求具有特殊性，对于高压输变电设备上的重要装置电力金具来说，对其电导率、强度和气密性均有较高的要求。国内更多集中于研究高纯度铝合金方向，通过尽量降低基体合金中杂质含量，(si≤1％)，以提高合金导电率。而国内铝土矿资源十分丰富，但是铝的品位较低，且伴有大量的硅元素。这使得高纯度电工铝熔炼难度大，制备工艺复杂，经济成本不合理。因此，为充分利用国产铝土矿中富含高硅的优势，在不降低硅含量的情况下，通过改变制备工艺、特殊元素的添加及合理热处理方式改善合金组织，以提高铝合金的导电性能(降低电阻率)，可相应减少能量损耗，改善电网的输送效率，使其满足电力工业的指标要求。

近几年，国内对于高硅铝合金导电性能方面进行了探索，研究表明，以固溶态存在的杂质对导体电阻率的影响比析出态的影响大，作为基本合金元素的硅在很大程度上决定了合金整体的电阻率，成为影响铝硅合金导电性的主要元素, 硅在基体中的存在形式、位置、类型对导电性的影响也极为重要。同时合金内的相界面，各相的形状、大小及分布状况，晶粒的大小，点阵畸变，尤其是晶粒内部异类原子的偏聚对电阻的影响不容忽视。

申请号为200810204595.7、名称为“一种高硅铝基合金及其制备方法”的专利采用喷射雾化制备铝合金粉末、高能球磨、挤压成型及多道冷轧的工艺流程，制备出高性能的铝基合金材料，其硅含量为5~60%，导电率为45%IACS。申请号为200810204594.2、名称为“高导电率高硅铝基合金及其制备方法”的专利采用喷射成型技术将雾化合金液滴喷射到接受体上成型，然后将坯件进行热挤压及多道冷轧工序获得高导电率铝基合金。但是，它存在如下缺点：（1）工艺流程复杂、周期长，生产效率低，使得规模化工业制备难度很大，而且制备的材料尺寸有限，限制了其应用领域，使得其优异性能无法得到充分发挥。（2）技术难度大，熔液在雾化转变成粉末时气场保护、雾化速度、冷却速度控制等技术要求高，否则将出现颗粒粗大、颗粒粘接成团等问题，直接降低合计的性能。（3）引入杂质，机械研磨过程中，由于金属原料、磨球、研磨桶之间长时间相互作用会引入杂质，降低合金的导电性能；（4）重复性差，合金性能直接决定于粉末颗粒尺寸，Si的弥散度及化合物分布的均匀度等，导致合金质量不稳定。

 陈丽芬、张旭宏、方小汉、田宝云发表了“高导电性铝硅合金的工艺试验及应用”论文，通过严格控制ZL101A合金中Si、Mg元素质量百分比，并将铸铝合金ZL101A-T6 热处理调整为 T7（固溶处理加稳定化处理），该工艺制备的铸铝件的组织疏松、铸件内易夹渣夹气，其力学性能损失大。因此，本专利通过加入质量分数为0.10~1.35%稀土元素、0.1~0.3%锆等对铝液进行处理，以净化铝液中氢、氮、硫、钒、锰等元素，减少晶粒内部杂质含量；通过两级时效处理降低合金孔隙率及硅在铝中的固溶量，晶格畸变减弱，细化晶粒，使得合金既具有良好力学性能，其电导率也显著提高。另外，本工艺制备的导电铝合金中硅含量更高，使合金液流动好，铸造性能更佳。

发明内容

本发明的目的是提供一种硅含量较高、机械强度高、耐磨性好，同时具有较高导电率的铸造铝基合金的制备方法，其适合于电力行业的输变电设备的制造。

本发明采用如下技术方案：

 一种高导电率铝基合金的制备方法，其特征在于，所述合金包含的合金元素及其质量百分比含量为，硅Si：4.5~13.5% ，镁Mg：0.1~1.5%；锆Zr：0.1~0.3%，稀土：0.10~1.35%，不可避免的杂质元素之和≤0.1%，余量为铝Al；

上述技术方案中，选用铝-硅合金作为铸锭原料，其硅含量范围在4.5~13.5%，可充分利用国内富含高硅的铝矿资源。合金中质量含量为0.1~1.5%的镁以铝镁中间合金的形式加入。稀土富含铈Ce、镧La，其中铈Ce的含量占稀土元素总质量百分比为40%~45%，镧La含量占稀土总质量百分比为25%~35%，其余含量为钇Y、钪Sc等稀土成分。稀土以铝稀土中间合金的形式加入。其他元素含量（铁、钛、锰、铬等之和≤0.1%），无法避免的杂质元素之和≤0.1%。

一种高导电率铝基合金的制备方法，按照下列步骤：