[发明专利]一种铝合金导线及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种铝合金导线，各组分按重量百分比组成为：0.20‑0.60％的Fe，0.05‑0.15％的Cr，0.01‑0.10％的Zr，少于0.08％的Si，少于0.005％的Cu，少于0.001％的Mg，少于0.005％的Mn+Ti+V，少于0.10％的Zn，其余为铝及不可避免的杂质。所述铝合金导线的制备方法为：采用水平连铸工艺铸造铝合金线杆，经均匀化处理后通过交替拉伸工艺和成品退火处理工艺制备即得到本发明铝合金导线。本发明所制备的铝合金导线其单线抗拉强度为105‑120MPa，延伸率为20－35％，导电率为61.0－61.8％IACS，线束摇摆次数为500－700次，可用于替代铜芯汽车线束，具有十分明显的节约成本优势。

所属技术领域

本发明属于金属材料塑性加工技术领域，具体涉及到一种铝合金导线及其制备方法，及导线产品应用于汽车线束。

背景技术

近年来，随着汽车和电子工业的快速发展，导电材料的需求量不断增加。众所周知，铜是重要的战略物资，也一直是生产铜导体的重要原材料。铜导体的广泛使用和对铜导体的过度依赖，致使我国电子工业和电力行业用铜量占到总用铜量的60％以上。对于电子工业和电力行业来说，最明显的材料替代就是用铝导体代替铜导体。铜的比重是8.9g/cm³，铝的比重是2.7g/cm³，铜比铝重。也就是说，在导体规格相同的情况下，铜导体的重量是铝导体的3.3倍。但是，铝的导电率只有铜的61％，即在传输电流相同的情况下，铝导体的截面要比铜导体大61％。所以，从导体重量方面来说，要使两种导体具有相同的载流量，所需要的铜导体的重量大约是铝导体的2倍。另外，铜和铝的价格比大约是3.5倍左右，因此，等效铜导体的成本是铝导体的7倍。

传统地，铝合金主要应用于架空导线。由于它的比重是铜的1/3导电率为铜的2/3，从有效利用能量来说，轻量化铝合金导体是极为有效的，这种优势在汽车和电子工业是可以预见的。据美国德尔福公司(Delphi Aluminum Cable Systems)介绍，“与铜相比，德尔福铝导线可将车身线束总重降低47％，对一般汽车而言，可减少约1.8公斤(4磅)的车重。”。在现有电子装备情况下，通常按每台汽车耗铜15～22kg计算，预计我国未来汽车行业汽车线束将耗铜约20万吨以上。

因此，本领域急需要开发生产可替代纯铜的汽车线束芯用铝合金导线和生产工艺方法，以减轻汽车重量、提高燃油经济性并减少二氧化碳排放和降低汽车制造成本；另一方面，可以部分解决传统的电子、电力电工材料中过渡依赖铜资源的状况问题。

目前，铝合金盘圆杆料的生产工艺有立式半连续铸造－挤压法、连铸连轧法和水平连铸连拉法三种方法。

立式半连续铸造－挤压法制备铝合金线坯的工艺流程：配料→熔化→精炼→立式半连续铸造→铸锭均匀化→铸锭加热→热挤压→线坯。但这种工艺路线设备投资较大，工序多，占地面积大，工模具消耗和能耗较高，生产过程中的几何废料也高，产品成品率相对较低，更为重要的是常规挤压产品组织性能十分不均匀，这将严重地影响到最终产品的性能均匀性。

连铸连轧工艺是电线电缆行业生产铝和软铝合金线坯的主要方法，国内主要还是生产电线电缆行业生产铝线坯，有少量企业在开发铝合金盘圆杆料。连铸连轧法制备铝合金盘圆杆料的工艺流程：配料→熔化→精炼→连续铸造(边长为40～50mm菱形截面的坯料)→热连轧(13道次)→Ф9.8mm左右的线坯。这种工艺路线设备投资适中，产品单重大、成材率高(90％以上)、质量相对稳定。但控制浇注过程中进入氧化夹杂物和轧制过程中氧化膜和润滑油的进入是相当有难度的，这将严重地影响到最终产品的加工性能和成品率。