[发明专利]煤矿电缆用Al-Fe-Cu-Zr系铝合金及铝合金电缆

说明书

技术领域

本发明属于铝合金技术领域，具体涉及一种煤矿电缆用Al-Fe-Cu-Zr系铝合金及铝合金电缆。

背景技术

煤矿用电缆属于电缆行业技术含量较高产品。煤矿用电缆由于使用的环境复杂、工作条件恶劣、且移动频繁，使用寿命不长，瓦斯积聚的区域又十分危险，因此不仅对电缆本身安全性要求很高，而且对频繁移动场合用电缆的耐磨性、抗外界拉力性能要求很高。

现在市场上电缆绝大部分是以铜芯为导线。然而，随着铜资源日益紧张、濒临匮乏，使用代替铜芯导线其他材料的导线需求越来越大。金属材料中铝导电效果好、质轻、价格低廉；同时，近年来人们环保意识的加强，强烈需要减轻重量以提高机械燃料利用率。因此，以铝芯电缆代替铜芯电缆已是大势所趋。

然而，普通铝芯电缆存在机械性能和抗腐蚀性能较差的问题，不能够满足煤矿用电缆频繁移动的良好的弯曲性能的需求；也不能满足煤矿用电缆的恶劣环境对电缆导体的导电率和机械强度较高的要求。因此，开发出一种能满足煤矿业中使用要求的铝合金电缆具有十分广阔的市场前景。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提出一种煤矿电缆用Al-Fe-Cu-Zr系铝合金及铝合金电缆，该铝合金的具有高强度、高导电率、弯曲性能良好等特性，如导电率大于等于61％IACS，断裂伸长率大于等于10％，90度疲劳弯折次数大于等于30次；该铝合金制造的铝合金电缆经过9000次抗弯曲试验后不短路、不断路，满足煤矿领域中对电缆性能的要求。

本发明的技术方案是这样实现的：

煤矿电缆用Al-Fe-Cu-Zr系铝合金，所述铝合金包括的组分及各组分的重量百分比如下：

Fe：0.2～1.1％；

Cu：0.01～0.4％；

Zr：0.001～0.2％；

Si：0～0.1％；

B：0～0.2％；

选自Ca、Ni、Ti或Zn中的一种元素：0.001～0.15％；

余量为Al和杂质；

所述铝合金的电阻率小于等于0.028264Ω·mm²/m，导电率大于等于61％IACS,断裂伸长率大于等于10％，90度疲劳弯折次数大于等于30次。

进一步，所述铝合金还包括稀土元素，所述稀土元素的含量占铝合金成分总重量的0.1～0.3％。

进一步，所述稀土元素包括Ce和La，所述Ce和La的含量占稀土元素总量的至少50％。

进一步，所述铝合金在温度120℃、压应力120MPa条件下,1～100小时的平均蠕变速度小于等于1×10^-2(％/h)。

一种煤矿用铝合金电缆，所述铝合金电缆通过如下步骤制得：

a、将前面所述的铝合金经过熔炼、铸造、轧制得到铝合金杆；

b、将步骤a得到的铝合金杆经过拉制、束绞、软化处理得到铝合金导体线芯；

c、将步骤b得到的导体线芯经过挤包绝缘、成缆、挤包护套或铠装制成铝合金电缆。

进一步，步骤b所述铝合金导体线芯由10～2000根直径分别为0.2～0.5mm的单丝束绞制成，所述单丝束由所述铝合金杆经过拉制得到。

进一步，所述铝合金电缆适用于-40℃～90℃的矿井环境。

进一步，所述铝合金电缆适用于额定电压8.7/10kV及以下等级的煤矿用移动类橡套软电缆。

进一步，所述铝合金电缆在90℃长期运行情况下，载流量不低于相同截面铜电缆的80％。

进一步，所述铝合金电缆经过9000次抗弯曲试验后不短路、不断路。

进一步，本发明中煤矿用铝合金电缆所用的铝合金导体线芯的制备方法，包括以下步骤：

a、通过对熔融铝合金进行铸造得到铸造材料：按比例加入本发明中提到的铝合金成分，在700～800℃条件下进行熔炼工艺，然后在650～680℃条件下进行铸造，得到铸锭；

b、将步骤a得到的铸锭在460～550℃范围内固溶处理2～6h，然后在20～100℃的冷却水中快速淬火；

c、将步骤b得到的铸锭在150～250℃范围内时效处理6～10h，再升温至300～400℃，轧制成合金杆；

d、在280～300℃范围内，将步骤c轧制成的合金杆进行拉制处理，使截面积缩小至步骤c中合金杆截面积的50～60％，得到铝合金线；