[发明专利]一种Al‑Si‑Fe‑RE‑B合金导体材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种Al‑Si‑Fe‑RE‑B合金导体材料及其制备方法，属于冶金材料领域。该铝合金包括下述按质量百分比的元素：Si：0.06～0.15wt％；Fe：0.05～0.10wt％；RE：0.10～0.30wt.％；B：0.05～0.15wt％，其中，Fe与Si两种元素的质量比Fe/Si小于1。制备的铝合金在铸态下的杨氏模量大于等于71GPa，抗拉强度大于等于75MPa，在20℃的电导率大于61％IACS，主要用于制造电解槽用母线、整流站与电解槽间的连接母线、建筑母线、变电站母线、电线和电缆等。

技术领域

本发明涉及一种铝合金导体材料，尤其涉及一种低成本且具有较高弹性模量和强度的Al-Si-Fe-RE-B合金导体材料及其制备方法，属于冶金材料技术领域。

背景技术

铝母线是用铝及其合金制成的截面积较大、能传送较大电流的导电体。铝电解用的阳极母线与软母线及阳极导杆相连，除了传导电流外，主要作用是支撑阳极导杆，要求有一定刚度和强度。构件的刚度取决于材料的弹性模量和构件尺寸，传统阳极铝母线采用工业纯铝，通过增大断面积来保证其刚度，因此被称为大母线，不仅增加了母线的用铝量，而且提高了抬母线操作的难度。近年来，预焙阳极电解槽朝着大型化、高效化、节能化、智能化、环保型方向发展，电流强度已由70年代的100kA发展到了660KA，电解槽的长度不断增加，铝母线的长度也相应增加，为了满足抗弯折的要求，不得不进一步提高母线的截面积。弹性模量取决于原子间结合力，主要受原子序数、键合方式、晶体结构及密排方向、温度及第二相的影响。同一周期的元素，E值随原子序数增加而增大，但是，其中过渡族金属的E值特别高，同一族的元素，E值随原子序数增加而减小。通常，共价键和离子键结合力强，弹性模量较高，而金属键的结合力较弱，弹性模量较低。合金元素大多降低有限固溶体合金的弹性模量，但若形成高熔点、高弹性模量的第二相质点，则可提高弹性模量，复相合金中，二相系统的总模量介于高模量和低模量之间。随着温度升高，原子间距增大，原子间结合力减弱，弹性模量相应降低。

现有技术中，CN105088035A公开了一种高导电中强度非热处理型铝合金导体材料，包括Mg0.10～0.20wt％、Cu0.20～0.30wt％、Fe0.15～0.30wt％、B0.05～0.10wt％，不可避免杂质硅含量小于0.05％，杂质钛、钒、铬、锰的含量总和小于0.01％，铝为余量，其导电率达到59.2％IACS，抗拉强度大于240MPa，延伸率大于2.0％。CN105821253A公开了一种加铁的轻质高导耐热铝导线，其中B0.04～0.10wt.％，Zr0.10～0.15wt.％，Fe0.10～0.20wt.％，La0.05～0.30wt.％，不可避免钛、钒、铬、锰的含量总和小于0.01wt.％，铝为余量，其在20℃的电导率大于62％IACS，短时耐热温度为230℃，抗拉强度大于等于170MPa。这两篇文献中涉及了铝导线的室温电导率和抗拉强度，但是其为加工态或加工后再时效的性能，且并未涉及有关弹性模量方面指标。

基于此，有待开发出一种铝合金导体材料，具有较高的弹性模量、一定的强度和电导率，满足特定应用场合如电解铝母线对合金性能的要求，同时还可用于建筑母线、变电站母线等。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种Al-Si-Fe-RE-B合金导体材料，相比工业纯铝，不仅具有较高的弹性模量，同时兼具较高的电导率和强度，满足特定条件下的使用要求。

本发明一种Al-Si-Fe-RE-B合金导体材料，由下述按质量百分比的元素组成：

Si：0.06～0.15wt％；

Fe：0.05～0.10wt％；

RE：0.10～0.30wt％；

B：0.05～0.15wt％；

其中，Fe与Si两种元素的质量比Fe/Si小于1。