導(dǎo)電率為百分之六十二耐熱鋁合金導(dǎo)體材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于架空輸電導(dǎo)線用導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種導(dǎo)電率為百分之六十二耐熱鋁合金導(dǎo)體材料及制備方法，適用于大容量輸電。
【背景技術(shù)】
[0002]在國家電網(wǎng)“西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)”形勢下，長距離、大容量、高電壓輸電線路越來越多，輸電損耗越來越受關(guān)注，節(jié)能導(dǎo)線越來越受重視。采用耐受較高電流密度的耐熱鋁合金導(dǎo)線提高輸送容量的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)桿塔、金具的強(qiáng)度要求較低，施工較容易。存在的問題是現(xiàn)有耐熱鋁合金導(dǎo)線的導(dǎo)電率為58% IACS和60% IACS,比硬鋁導(dǎo)線低I?3%IACS，增加了輸電損耗。如果將耐熱鋁合金導(dǎo)線的導(dǎo)電率提高至硬鋁導(dǎo)線水平，則可解決耐熱鋁合金導(dǎo)線輸電損耗大的問題，傳輸相同容量的電能其直徑比硬鋁導(dǎo)線的直徑小，可減輕隨風(fēng)舞動(dòng)，降低材料消耗，既提高安全性又帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是提供一種導(dǎo)電率為百分之六十二耐熱鋁合金導(dǎo)體材料及制備方法，即可在150°C下長期運(yùn)行的導(dǎo)電率大于62% IACS的耐熱鋁合金導(dǎo)體材料及其制備方法。
[0004]本發(fā)明提供一種大容量高導(dǎo)電耐熱鋁合金導(dǎo)體材料，該耐熱鋁合金導(dǎo)體材料包括鋁、鉺、釔和硼。各元素的質(zhì)量百分比分別為:鉺0.31?0.50%，釔0.20?0.40%，硼0.02?0.05%，且10彡鉺/硼質(zhì)量比彡15，雜質(zhì)硅彡0.06%，雜質(zhì)鐵彡0.20%，雜質(zhì)鉻、錳、釩、鈦之和< 0.012%，余量為鋁。
[0005]上述大容量高導(dǎo)電耐熱鋁合金導(dǎo)體材料，采用的制備工藝為:先將純度為99.7wt %以上的工業(yè)純鋁錠放在熔爐中熔化，鋁液溫度為720?750 °C，進(jìn)行爐前化學(xué)分析，控制雜質(zhì)硅含量< 0.06%，雜質(zhì)鐵含量< 0.20%，雜質(zhì)鉻、錳、釩、鈦之和(Cr+Mn+Ti+V) ( 0.012 %，然后在保溫爐溫度為740?760 °C時(shí)添加鋁-鉺合金、鋁-釔合金、鋁-硼合金，使元素鉺、釔、硼分別占熔體總質(zhì)量的0.31?0.50%,0.20?0.40%、0.02?0.05%，且控制10 <鉺/硼質(zhì)量比< 15，經(jīng)精煉除氣后再保溫30?45min，然后澆鑄成棒，乳制成桿，并對(duì)該鋁合金桿進(jìn)行300?350°C保溫I?1h的退火處理，拉拔成線，得到高導(dǎo)電耐熱鋁合金導(dǎo)體材料。
[0006]本發(fā)明所述的鋁-鉺合金、鋁-釔合金和鋁-硼合金，為采用精選Al 99.7工業(yè)純鋁與純度為99.9%的鉺、釔和化學(xué)純氟硼酸鉀制備的鋁-鉺、鋁-釔、鋁-硼中間合金。
[0007]本發(fā)明大容量高導(dǎo)電耐熱鋁合金導(dǎo)體材料中的鉺、釔、硼經(jīng)退火處理后析出的第二相，用來提高該導(dǎo)電鋁合金的耐熱性、導(dǎo)電性并保證強(qiáng)度要求。
[0008]本發(fā)明的有益效果為:使用本發(fā)明的材料制造大容量導(dǎo)線時(shí)，可以采用連鑄連軋方式生產(chǎn)，不需要對(duì)合金錠材或合金棒材進(jìn)行均勻化處理，也不需要對(duì)合金線材進(jìn)行時(shí)效處理。僅對(duì)鋁合金桿進(jìn)行300?350°C的退火處理，就可達(dá)到抗拉強(qiáng)度大于160MPa、延伸率大于2.0%、導(dǎo)電率大于62% IACS。在常溫力學(xué)性能和電學(xué)性能方面達(dá)到甚至超過LY9-L2高導(dǎo)電硬鋁導(dǎo)體材料，在耐熱性方面達(dá)到耐熱鋁合金導(dǎo)體材料的耐熱性要求，可以替代硬鋁導(dǎo)體材料，制備較小直徑的大容量輸電導(dǎo)線，減輕導(dǎo)線的隨風(fēng)舞動(dòng)。與60% IACS耐熱鋁合金導(dǎo)線相比，可減低線損3.0%，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
[0009]本發(fā)明主要通過加入鋁-鉺合金輔之于加入鋁-釔、鋁-硼合金，控制10 <鉺/硼質(zhì)量比< 15，并經(jīng)300?350°C退火來提高鋁合金的導(dǎo)電性、耐熱性，使之達(dá)到大于62%IACS的導(dǎo)電率要求，同時(shí)滿足可在150°C下長期運(yùn)行的耐熱性要求。本發(fā)明的高導(dǎo)電耐熱鋁合金可以取代硬鋁導(dǎo)體材料，在相同的輸送容量條件下，使導(dǎo)線的線徑更小，減輕隨風(fēng)舞動(dòng)，提高輸電線路的安全性，有效解決大容量輸電和新老線路的增容問題。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面的實(shí)施例可以使本專業(yè)技術(shù)人員更全面的理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。
[0011]實(shí)施例1
[0012]一種大容量高導(dǎo)電耐熱鋁合金導(dǎo)體材料，該高導(dǎo)電耐熱鋁合金導(dǎo)體材料主要由鋁、鉺、釔、硼組成。各種元素的質(zhì)量百分比為:鉺0.32%，釔0.21%，硼0.025%，雜質(zhì)元素硅0.06%，雜質(zhì)元素鐵0.20%，雜質(zhì)元素鉻、錳、釩、鈦之和為0.012%，其余為鋁。
[0013]上述大容量高導(dǎo)電耐熱鋁合金導(dǎo)體材料，采用的工藝制備為:先將純度為99.7被％的鋁錠放在熔爐中熔化，鋁液溫度為720°C，進(jìn)行爐前化學(xué)分析，雜質(zhì)元素硅為0.06%，雜質(zhì)元素鐵為0.20%，雜質(zhì)元素鉻、錳、釩、鈦之和(Cr+Mn+Ti+V)為0.012%，然后在保溫爐鋁液溫度為740°C時(shí)添加鋁-鉺合金，鋁-釔合金和鋁-硼中間合金，使元素鉺、釔、硼分別占熔體總質(zhì)量的0.32%,0.21%,0.025%。中間合金熔化后攪拌、精煉，再保溫30min，然后澆鑄、乳制成Φ9.5mm桿，對(duì)鋁桿在300°C退火3h，冷拔成Φ2.3mm導(dǎo)線，得大容量高導(dǎo)電耐熱鋁合金導(dǎo)體材料。
[0014]所制的大容量高導(dǎo)電率耐熱鋁合金導(dǎo)體材料，導(dǎo)電率62.2% IACS，抗拉強(qiáng)度184MPa，延伸率2.1%，耐熱性93.2%。
[0015]實(shí)施例2
[0016]一種大容量高導(dǎo)電耐熱鋁合金導(dǎo)體材料，該高導(dǎo)電耐熱鋁合金導(dǎo)體材料主要由鋁、鉺、釔、硼組成。各種元素的質(zhì)量百分比為:鉺0.35%，釔0.30%，硼0.035%，雜質(zhì)元素硅0.05%，雜質(zhì)元素鐵0.16%，雜質(zhì)元素鉻、錳、釩、鈦之和為0.011%，其余為鋁。
[0017]上述大容量高導(dǎo)電耐熱鋁合金導(dǎo)體材料，采用的工藝制備為:先將純度為99.7被％的鋁錠放在熔爐中熔化，鋁液溫度為730°C，進(jìn)行爐前化學(xué)分析，雜質(zhì)元素硅為0.05%，雜質(zhì)元素鐵為0.16%，雜質(zhì)元素鉻、錳、釩、鈦之和(Cr+Mn+Ti+V)為0.011%，然后在保溫爐鋁液溫度為750°C時(shí)添加鋁-鉺合金，鋁-釔合金和鋁-硼中間合金，使元素鉺、釔、硼分別占熔體總質(zhì)量的0.35%,0.30%,0.035%。中間合金熔化后攪拌、精煉，再保溫45min，然后澆鑄、乳制成Φ9.5mm桿，對(duì)鋁桿在350°C退火Ih，冷拔成Φ 3.2mm導(dǎo)線，得大容量高導(dǎo)電耐熱鋁合金導(dǎo)體材料。
[0018]所制的大容量高導(dǎo)電率耐熱鋁合金導(dǎo)體材料，導(dǎo)電率62.5% IACS，抗拉強(qiáng)度186MPa，延伸率2.3%,耐熱性94.1 %。
[0019]實(shí)施例3
[0020]一種大容量高導(dǎo)電耐熱鋁合金導(dǎo)體材料，該高導(dǎo)電耐熱鋁合金導(dǎo)體材料主要由銷、鉺、紀(jì)、硼組成。各種元素的質(zhì)量百分比為:鉺0.40%,? 0.20%，硼0.04%，雜質(zhì)元素硅為0.06%，雜質(zhì)元素鐵為0.18%，雜質(zhì)元素鉻、錳、釩、鈦之和為0.012%，其余為鋁。
[0021]上述大容量高導(dǎo)電耐熱鋁合金導(dǎo)體材料，可采用如下工藝制備:先將純度為99.7被％的鋁錠放在熔爐中熔化，鋁液溫度為735°C，進(jìn)行爐前化學(xué)分析，雜質(zhì)元素硅為0.06%，雜質(zhì)元素鐵為0.18%，雜質(zhì)元素鉻、錳、釩、鈦之和(Cr+Mn+Ti+V)為0.012%，然后在保溫爐鋁液溫度為740°C時(shí)添加鋁鉺合金，鋁釔合金和鋁硼中間合金，使元素鉺、釔、硼分別占熔體總質(zhì)量的0.40%,0.20%,0.04%。中間合金熔化后攪拌、精煉，再保溫35min，然后澆鑄、乳制成Φ9.5mm桿，對(duì)鋁桿在350°C退火5h，冷拔成Φ 3.9mm導(dǎo)線，得大容量高導(dǎo)電耐熱鋁合金導(dǎo)體材料。
[0022]所制的大容量高導(dǎo)電率耐熱鋁合金導(dǎo)體材料，導(dǎo)電率62.4% IACS，抗拉強(qiáng)度182MPa，延伸率2.2%，耐熱性95.0%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種導(dǎo)電率為百分之六十二耐熱鋁合金導(dǎo)體材料，其特征在于:包括鋁、鉺、釔和硼，各種元素的質(zhì)量百分比為:鉺0.31?0.50 %，釔0.20?0.40 %，硼0.02?0.05 %，且10彡鉺/硼質(zhì)量比彡15，雜質(zhì)硅彡0.06%，雜質(zhì)鐵彡0.20%，雜質(zhì)鉻、錳、釩、鈦之和(0.012%，余量為鋁。
2.—種權(quán)利要求1所述的耐熱鋁合金導(dǎo)體材料的制備方法，其特征在于:工藝步驟及控制的技術(shù)參數(shù)如下: (1)將純度為99.7wt%以上的工業(yè)純鋁錠放在熔爐中熔化，鋁液溫度為720?750 °C，進(jìn)行爐前化學(xué)分析，控制雜質(zhì)硅含量< 0.06%,雜質(zhì)鐵含量< 0.20%,雜質(zhì)(Cr+Mn+Ti+V)彡 0.012% ； (2)在保溫爐溫度為740?760°C時(shí)添加鋁-鉺合金、鋁-釔合金、鋁-硼合金，使元素鉺、釔、硼分別占熔體總質(zhì)量的0.31?0.50%,0.20?0.40%,0.02?0.05%，且10彡鉺/硼質(zhì)量比彡15; (3)經(jīng)精煉除氣后再保溫30?45min，然后澆鑄成棒，軋制成桿，并對(duì)鋁合金桿進(jìn)行300?350°C保溫I?1h的退火處理，拉拔成線，得到高導(dǎo)電耐熱鋁合金導(dǎo)體材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:所述的鋁-鉺合金、鋁-釔合金和鋁-硼合金，為采用Al 99.7工業(yè)純鋁與純度為99.9%的鉺、釔和化學(xué)純氟硼酸鉀制備的鋁-鉺、鋁-釔、鋁-硼中間合金。
【專利摘要】導(dǎo)電率為百分之六十二耐熱鋁合金導(dǎo)體材料及制備方法，屬于架空輸電導(dǎo)線用導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域。材料包括鋁、鉺、釔和硼，各種元素的質(zhì)量百分比為：鉺0.31～0.50％，釔0.20～0.40％，硼0.02～0.05％，且10≤鉺/硼質(zhì)量比≤15，雜質(zhì)硅≤0.06％，雜質(zhì)鐵≤0.20％，雜質(zhì)鉻、錳、釩、鈦之和≤0.012％，余量為鋁。本發(fā)明的鋁合金導(dǎo)體材料，采用熔煉、鑄造、冷熱加工制備所需規(guī)格的導(dǎo)線。本發(fā)明鋁合金導(dǎo)體材料的抗拉強(qiáng)度≥160MPa、延伸率≥2.0％、導(dǎo)電率≥62％IACS。常溫力學(xué)性能和電學(xué)性能方面達(dá)到甚至超過LY9-L2高導(dǎo)電硬鋁導(dǎo)體材料，在耐熱性方面達(dá)到耐熱鋁合金導(dǎo)體材料的耐熱性要求，與60％IACS耐熱鋁合金導(dǎo)線相比，可減低線損3％，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
【IPC分類】H01B13-00, C22F1-04, C22C1-03, H01B1-02, C22C21-00
【公開號(hào)】CN104561674
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410857026
【發(fā)明人】侯世香, 劉東雨, 王迪, 韋艷妮, 許國正, 韓鈺, 嚴(yán)康驊
【申請(qǐng)人】華北電力大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2014年12月31日