[发明专利]一种非热处理型中强度铝合金导体材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电工材料技术领域，具体涉及一种非热处理型中强度铝合金导体材料及其制备方法，用于架空输电线路的非热处理型中强度铝合金导线用导体材料。

背景技术

目前，随着风电和太阳能发电的并网传输以及架空输电线路向长距离、超高压、特高压发展，电网的节能和坚强成为人们关注的热点。为了降低输电线路上的能耗，国家电网公司出台相关节能导线企业标准并率先在新建线路上开展了高导电率钢芯铝绞线和中强度全铝合金导线示范。中强度铝合金导线以其线损低，耐蚀性好、拉重比大，接续简便、施工强度低受到欢迎。中强度铝合金导线用的单丝有两种类型：需热处理的Al-Mg-Si(6101、SI-26等)单丝和不需热处理的Al-Mg(5005)、Al-Cu-Mg(1120，ductalex，MS-Al)、Al-Fe-Mg(CK76，KAl)和Al-Fe-Cu(stabiloy)单丝。目前，在我国投入使用的中强度全铝合金导线多为时效处理的Al-Mg-Si单丝绞制而成，这主要是Al-Mg-Si单丝经时效处理后不仅抗拉强度≥240MPa，导电率≥58.5％(IACS)，而且其还具有较高的伸长率，伸长率≥3.5％，非热处理型中强度铝合金导线的单丝，尽管也能满足抗拉强度和导电率的要求，但由于伸长率低而影响其在输电线路上应用。由于非热处理型中强度铝合金导线的制造不需要热处理，在导线制造过程中不仅能耗低，而且效率高。鉴于此，我国线缆工作者一直没有放弃开发非热处理型中强度铝合金导线，如中国专利CN103545010A、CN102634695A和CN103996427A。专利CN103545010A开发的非热处理中强度铝合金单丝尽管导电率达到59％(IACS)，抗拉强度超过240MPa，但没有报道其单丝的伸长率。专利CN102634695A通过调整成分获得了导电率不小于60％(IACS)，抗拉强度超过240MPa，伸长率不小于2.5％的单丝。专利CN103996427A为了获得高导电率，高伸长率的单丝，对铝杆进行退火处理，但该铝合金单丝伸长率也仅大于等于2.5％。

导线导电率的提高关系着输电线路的节能，而导线伸长率的提高直接关系着输电线路的坚强。如何提高非热处理型中强度铝合金单丝的导电性和伸长率一直是线缆工作者研究的热点。

发明内容

本发明的目的就是提供一种非热处理型中强度铝合金导体材料及其制备方法，不需热处理就可实现抗拉强度不小于240MPa，导电率不小于59.2％IACS，伸长率不小于3.0％的的中强度铝合金导线用导体材料。

本发明由铝、铁、铜、镁、钇、镧、硼等合金元素及不可避免的杂质元素组成，各种元素的质量百分含量为：铁0.35～0.50％、铜0.10～0.25％、镁0.01～0.04％、硼0.001～0.002％、稀土(镧或钇)0.02～0.04％，以及杂质元素硅≤0.11％、(铬+锰+钒+钛)≤0.015％，其它每种杂质元素含量≤0.03％，量余为铝。

本发明的导体材料制备过程为将杂质质量百分比为Si≤0.11％、Fe≤0.30％、Cu≤0.05％、Mg≤0.04％、(Cr+Mn+V+Ti)≤0.015％，其余每种杂质元素≤0.03％的铝锭放入已加温至740～760℃的熔铝炉中熔化成铝液并将铝液温度恒定在730～750℃。然后以Al-Fe、Al-Mg、Al-Cu和Al-Y-B或Al-La-B中间合金形式加入合金元素，将铝液的成分调整为含0.35～0.50％Fe、0.10～0.25％Cu、0.01～0.04％Mg、0.001～0.002％B、0.02～0.04％RE(La或Y)的铝合金。对铝合金液进行搅拌、精炼并静置25～30min后取样分析，调整好铝合金的化学成分，浇铸成铸锭，轧制成杆并拉拔成所需规格的单丝。该铝合金在制备锭材、杆材和线材的过程中不需要进行热处理。

本发明主要通过含铁第二相和铜、镁原子富集区与位错交互作用，提高铝合金材料的加工硬化率来提高强度，通过铁、铜、镁、稀土镧或钇以及硼的配合提高铝合金的导电率和伸长率。使用本发明的材料制造中强度铝合金导线时，可采用连铸连轧方式生产，不需要对该铝合金锭材或棒材进行均匀化处理，也不需要对该合金线材进行时效处理。使用本发明制造的中强度铝合金导线，可以增大档距，降低输电损耗。本发明为架空输电导线用材领域提供一种新型材料。采用本发明材料制造中强度铝合金导线，可解决因热处理而产生的连续生产瓶颈问题。节省热处理耗电，耗时，降低成本，经济效益显著。

具体实施方式