[发明专利]一种添加稀土元素Y和Sc的Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种添加稀土元素Y和Sc的Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金及其制备工艺。

背景技术

传输电力的架空线,除了需有必要的导电率传输电流和必要的强度来承受自重及风、冰所加的负荷以外,还应考虑到弹性模量、线性膨胀系数、蠕变屈服性能和抗腐蚀性等重要特性。对于电力线来说,铜被明显地选为导体材料,是因为它具有高导电率和较好的机械特性和抗腐蚀性。但是,通过对最重要的特性的测试显示,铝是用作架空线最合适的导体材料。

铝导体的导电率及强度分别为铜导体的61％和39％然而,由于它的密度小,铝导体的重量只有相同体积铜导体重量的30％,所以铝导体的导电率与重量之比及强度与重量之比,都优于相同重量的铜导体。因而,铝导休具有更好的强度和导电性或从另一方面说,在同样的导电性与强度的综合性能条件下,铝可以由比铜更轻的重量来获得。从经济观点来看,铝的密度比铜小。通常铝的价格要比铜便宜得多,更重要的是这些金属是以重量计价的声所以相同重量情况下铝比铜具有更好的经济性。因此在输电领域，铝导线得到较快发展和广泛运用。目前，世界各地的输电架空输电线路主要采用钢芯铝合金绞线（ACSR）。典型代表如美国1350E、1370E，日本58TACSR、60TACSR。即使是印度、孟加拉国等发展中国家，也有较大用量。20世纪50～60年代,法国、美国、日本和比利时等国家对铝合金导线进行了大量的试验,认为铝合金具有良好的导电性能、焊接性能、耐蚀性能、导电容量大、抗拉强度高、质量轻、弧垂特性好等一系列的优点，继而研发出高强度铝合金线（AAAC），这种铝合金导线具有抗拉强度大，重量轻，耐腐蚀，弧垂性能好等优点，在很多国家也被广泛采用。如日本在80年代应用铝合金导线达全部导线用量的40%,欧美也达到30%以上。　

我国从60年代开始研制和开发高强度铝合金线，但我国传统钢芯铝绞线导电率偏低，耐热性能相对较弱，线路的输电容量受到限制。据电力部门统计，国家电网损耗占电网传输电量的8.9%以上，地方电网可达20%，而且国内的铝合金导线在生产中常出现拉伸断裂问题。所以我国的铝合金导线占架空导线的比例很小，有着很大的发展潜力。因此研发高强度高电导的铝合金导线成为国内的研究热点之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种添加稀土元素Y和Sc的Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金及其制备工艺，以获得性能优异的Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金。

本发明的技术方案是：一种添加稀土元素Y和Sc的Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金的制备工艺，包含以下步骤：分别浇铸质量分数w（Y）=7.5%的Al-Y、Al-Sc中间合金、7.5%的Al-Y-Sc中间合金，然后铝锭原料加热升温到780℃~800℃，待熔化后，去除铝液表面的渣子，再加热到780℃~800℃后，用铝薄包裹好的中间合金Al-Y或Al-Sc添加到铝液中，加入后搅拌均匀，搅拌时间为3min~5min，后去除表面浮杂物，最后浇铸成型。

在保温的同时，需将模具在400℃进行预热。

Y的添加量为0.15-0.25，Sc的添加量为0.05-0.25。

本发明的有益效果：

1）添加适量的稀土Y和Sc均可以提高Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金的导电率，可能是稀土元素可以使Si、Fe由固溶态变为析出态。对于稀土Y，添加量需控制在w（Y）=0.10%~0.25%；对于稀土Sc，添加量需控制在w（Sc）=0.10%~0.20%，其中Sc的效果优于Y；

2）添加一定量的单一稀土Y和Sc，可以提高Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金的抗拉强度，且稀土Y效果强于Sc；

3）单独添加稀土Y时，w（Y）=0.20%时，Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金的综合性能最佳；单独添加稀土Sc时，w（Sc）=0.15%时Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金的综合性能最佳；

4）在Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金中添加稀土Y和Sc，其宏观组织中粗大的柱状晶变细变短，并且中心出现等轴晶；

5）添加稀土Y、Sc均可细化Al-Cu-Mg-Fe-Ni合金试样的晶粒，且稀土Y的细化效果强于稀土Sc。

附图说明

图1为稀土元素Y的加入量与导电率的关系曲线；

图2为稀土元素Sc的加入量与导电率的关系曲线；

图3为稀土元素Y的加入量与抗拉强度的关系曲线；

图4为稀土元素Sc的加入量与抗拉强度的关系曲线。