一種稀土鋁鎂硅合金材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種稀土鋁鎂硅合金材料及其制備方法，該材料不僅可制備符合架空用的鋁鎂硅合金線的要求，而且可廣泛應用于對強度與導電要求都較高的通訊信號線、屏蔽線領域等。
【背景技術】
[0002]能源、安全、環(huán)保是關系到人類生存和發(fā)展的三大關鍵問題，鋁材具有密度小、比強度和比剛度高，耐腐蝕，美觀耐用，以成形，可表面處理，可回收再生，可節(jié)能儲能等一系列優(yōu)良性能，推廣應用鋁材是緩解上述三大問題的重要途徑。因此鋁材越來越受到人們的青睞，其應用已經(jīng)普及到國民經(jīng)濟各部門和人們生活各方面，在很多場合已經(jīng)代替了鋼材，銅材，木材和塑料，成為人類社會的一種重要基礎材料?，F(xiàn)有的鋁合金管材由于在強度、耐腐蝕和生產(chǎn)工藝的不足，生產(chǎn)工藝過于復雜繁瑣，生產(chǎn)成本過高，生產(chǎn)出來的管材各項性能不穩(wěn)定，不全面，經(jīng)常出現(xiàn)廢品。因此，必須優(yōu)化合金成分和生產(chǎn)工藝，降低成本，提高效率來獲得高強度，高耐腐等綜合性能良好的合金材料。
[0003]隨著鋁合金材料的發(fā)展，以鋁合金材料作為導體材料和加強材料的導線在國內(nèi)外業(yè)日趨應用廣泛，其代表種類為全鋁合金絞線、鋁合金芯鋁絞線，鋁合金通訊信號線、鋁合金屏蔽線等，傳統(tǒng)的鋁合金材料材料成分以及性能相對單一，生產(chǎn)工藝相對復雜繁瑣，生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高，各項性能不夠全面，有的以犧牲電阻追求強度，有的以犧牲加工性能追求強度，有的以犧牲強度追求電阻。近些年來鋁合金材料經(jīng)過成分改進和工藝的處理，使得鋁合金性能和生產(chǎn)工藝得到了改善，但并未能使得這些性能達到最佳以及最優(yōu)比配，有的只適合實驗室，不能應用企業(yè)大批量生產(chǎn)；有的顧此失彼；有的不顧成本、不計效率；因此還需進一步改進，開發(fā)出一種性能更優(yōu)異、更全面，成分配比最佳，工藝流程簡單，操作簡便，低成本，高效率的適用于企業(yè)大批量生產(chǎn)的經(jīng)濟實用的鋁合金材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明提供了一種高耐腐，高強度稀土鋁鎂硅合金材料。為了實現(xiàn)該技術目的采用如下技術方案:
[0005]一種稀土鋁鎂硅合金材料，其特征在于，該材料的化學成分及重量百分比為:
[0006]該材料的化學成分及重量百分比為:稀土元素RE 0.08?0.35%；Mg和Si的總量0.7 ?1.5%，Mg 和 Si 的質(zhì)量比為 1.5 ?1.8:1, Cu:0 ?0.46%, Cr:0 ?0.4%，Cu 與 Cr總重量小于0.75%，其他單個雜質(zhì)< 0.05%，雜質(zhì)總和< 0.15%，余量為鋁；其中所述稀土元素選自鑭，鈰，釔，鐠，釹，鉺中的一種或兩種以上的混合。在鋁合金中添加微量的稀土元素，可以顯著改善鋁合金的金相組織，細化晶粒，去除鋁合金中氣體和有害雜質(zhì)，消除鑄造疏松以及熱裂紋等缺陷，從而提高合金的強度，改善加工性能，改善合金的耐熱性，可塑性及抵抗變形力，提高硬度、耐腐蝕性能及著色，增加韌性，降低合金淬火敏感性，稀土在鋁合金中的添加量不宜過高，太高起到相反作用，太低又達不到最佳效果，因此添加量在合金中質(zhì)量百分比最佳選擇:0.1?0.35% ;鋁稀土中間合金由內(nèi)蒙古稀土研宄院提供。
[0007]本發(fā)明的稀土鋁鎂硅合金材料具有如下特性:
[0008]抗拉強度大，延伸率好，退火后，合金材料常溫、常壓態(tài)下，合金材料經(jīng)連鑄連軋成直徑9.5mm桿材時，測得抗拉強度150?220Mpa，延伸率大于10% (是否有個上限？)。在20°C下直流電阻率小于34.50η Ω.m(是否有個下限？)，拉制成圓鋁線時:測得抗拉強度大于290Mpa(是否有個上限？)，延伸率大于3.5% (是否有個上限？)，在20°C下直流電阻率小于32.84η Ω.m
[0009]所述材料還包括如下重量百分比的化學成分:Cu:0.1?0.46%，Cr:0.02?0.4%，Cu與Cr總重量小于0.75%。
[0010]所述材料化學成分及重量百分比為:RE:0.1?0.35% ；S1:0.3?0.9 %，Mg:0.3?0.9%，其中鎂和硅的總量0.7?1.5%，這是用于制備電線電纜的合金桿坯主要合金的化學成分及含量。所述材料化學成分及重量百分比為:RE:0.1?0.35% ；S1:0.2?0.8%, Mg:0.35?1.2%，其中鎂和硅的總量0.7?1.5%，這是擠壓鋁合金管的桿坯主要合金的化學成分及含量。
[0011]另一方面，本發(fā)明還提供了一種稀土鋁鎂硅合金材料的制備方法，其包括如下步驟:熔煉、合金液配制、精煉及澆鑄；其中:
[0012]I)、熔煉:將鋁錠熔煉為鋁液，將鋁液導入保溫爐中，升溫至740?760°C，保溫并靜置;
[0013]2)、合金液配制:將步驟I)中保溫爐中的鋁液轉(zhuǎn)移到精煉爐內(nèi)，依次加入中間合金及鎂錠攪拌均勻，制成合金液并控制該合金液的化學成分及重量百分比為:稀土元素0.08?0.35% ;Mg和Si的總量0.7?1.5%，Mg和Si的質(zhì)量比為1.5?1.8:1，Cu:0?0.46%，Cr:0?0.4%，Cu與Cr總重量小于0.75%，其他單個雜質(zhì)彡0.05%，雜質(zhì)總和(0.15%，余量為鋁；
[0014]3)、精煉:由精煉爐底部向精煉爐內(nèi)噴入精煉劑和氮氣的混合物對步驟2)所獲得的合金液進行精煉，之后加入覆蓋劑對合金液進行覆蓋，并靜置；
[0015]4)、澆鑄:將步驟3)所獲得的合金液進行除氣、除渣和凈化，之后將合金液流入澆鑄機中進行澆鑄。
[0016]所述步驟2)的中間合金為鋁硅合金與稀土合金的組合，或鋁硅合金、鋁銅合金、鋁鉻合金與鋁稀土合金組合，其中所述合金液中Cu和Cr重量百分比控制為:Cu:0.1?0.46%, Cr:0.02 ?0.4%，Cu 與 Cr 總重量小于 0.75%。
[0017]優(yōu)選地，所述稀土元素選自鑭，鈰，釔，鐠，釹，鉺中的一種或兩種以上的混合。
[0018]優(yōu)選地，所述熔煉步驟包括:熔化后的鋁液經(jīng)過封閉的溜槽流入保溫爐內(nèi)，升溫至740?760°C，保溫并靜置20?40分鐘；和/或，所述合金液配制步驟，精煉爐內(nèi)的鋁液溫度在745?755°C時再加入鋁硅合金、鋁稀土合金、及鎂錠；或加入鋁硅合金、鋁銅合金、鋁絡合金、銷稀土合金、及鎂錠。
[0019]其中，所述鋁硅合金制備:將鋁錠或保溫爐底部鋁液與硅純度99.8%含量以上(優(yōu)選)的金屬硅熔制，然后澆鑄成錠；鋁銅合金的制備:將鋁錠或保溫爐底部鋁液與電解銅板熔制，然后澆鑄成錠；鋁鉻合金的制備:將鋁錠或保溫爐底部鋁液與鉻純度98%以上(優(yōu)選)的金屬鉻熔制，然后澆鑄成錠。
[0020]優(yōu)選地，所述精煉步驟為:將精煉劑與氮氣混合物由精煉爐底部噴入并在爐內(nèi)呈“井”運動；精煉分兩次進行，氮氣氣壓控制為:0.1?0.2MPa，每次精煉時間為15?30min，精煉溫度控制在715?725°C。
[0021]優(yōu)選地，精煉完畢后將690?710°C的合金液從精煉爐中流出進行澆鑄步驟，從精煉爐中流出的合金液經(jīng)封閉的帶有加熱功能的溜槽進入過濾設備中進行粗濾、精濾雙重過濾以達到除氣、除渣、凈化作用，之后合金液通過水平、密閉的澆鑄嘴流入澆鑄機中進行低溫澆鑄，澆鑄溫度為680?690°C，澆鑄速度為0.2?0.22米/分鐘，澆鑄時所用冷卻水溫度為20?35°C，冷水壓力為0.2?0.35MPa，冷卻水流量控制為80?100m3/h。
[0022]優(yōu)選地，所述制備方法還包括軋制步驟:鋁合金入軋溫度控制在:530?560°C，軋機電機速轉(zhuǎn)控制在490?510轉(zhuǎn)/分鐘，軋制的成型的鋁桿出軋速度:3?7.2米/秒，出軋溫度:300?330°C ;軋制過程中采用鋁及鋁合金連鑄連軋乳化液與水按要求配比進行對軋制設備以及合金錠進行潤滑和冷卻，所述乳化液與水的混合液中乳化液質(zhì)量含量為10?12%,混合液溫度為40?70°C，混合液流量為:60?80m3/h。
[0023]進一步地，所述制備方法所制得得稀土鋁鎂硅合金材料具有如下特性:
[0024]1.產(chǎn)品抗拉強度高，是普通鋁材料硬態(tài)狀態(tài)的2倍。導電率相同時，抗拉強度是銅線的1.5倍，且產(chǎn)品的導電性能高于國際電工委員會標準；
[0025]2.表面硬度高、耐磨性好，耐磨性能比普鋁材料提高約大于2倍以上；
[0026]3.抗腐蝕性能優(yōu)于銅及其他鋁合金材料，其抗疲勞強度比普通鋁材高出50%，使用壽命長；
[0027]4.產(chǎn)品耐高壓，具有穩(wěn)定的抵抗短路電流性能，抵抗短路電流性能僅次于銅；
[0028]5.具有優(yōu)良的延伸率，施工壓接簡單易行，加工及焊接性能好。該產(chǎn)品擠壓成鋁合金管易于擴口且無裂紋。鋁合金線拉制時直徑可拉至0.15mm以上；
[0029]6.電能利用率高，在交流電壓作用下，無磁滯損耗和渦流損耗現(xiàn)象。
[0030]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0031]1、制得的稀土鋁鎂硅合金材料具有優(yōu)良的抗腐蝕、抗疲勞性能:抗腐蝕性優(yōu)于銅，普鋁材料反復折彎易斷，而本發(fā)明的材料不易。
[0032]2、本發(fā)明的稀土鋁鎂硅合金材料在高溫情況下(此處高溫如何確定？)，電阻相對穩(wěn)定并且具有低的接觸電阻。
[0033]3、柔韌性、加工性能好，使用壽命長；可將其加工拉制至直徑為0.15mm ;普鋁材料使用壽命10年，而本發(fā)明的產(chǎn)品可達40年。
[0034]4.所選用中間合金均可自己生產(chǎn)，不僅保證了中間合金的質(zhì)量穩(wěn)定性，而且降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率。
[0035]5.本發(fā)明的稀土鋁鎂硅合金材料不僅可制備符合架空用的鋁鎂硅合金線的要求，而且工藝簡單、高效率、高性能、易加工，該桿材可拉拔至直徑為0.2mm的細絲，因此可廣泛應用于對強度與導電要求都較高的領域:如，通訊信號線、屏蔽線等。
[0036]6.該合金管的生產(chǎn)利用連續(xù)擠壓工藝不僅各項性能優(yōu)越，與傳統(tǒng)工藝相比，母材達到了 99.9%利用，而且不需要增加額外水淬處理，直接在線水淬。
【具體實施方式】
[0037]為了使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加明確，下面對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。
[0038]實施例1
[0039]本實施例的一種稀土鋁鎂硅合金材料，其按照如下步驟制備:
[0040](I).熔煉:將A199.70E的重熔電工鋁錠在熔煉速度為8噸/小時的沖天熔煉爐內(nèi)連續(xù)熔煉，熔化的鋁液經(jīng)過封閉的溜槽流入容量8噸的保溫爐(該保溫爐設有兩個放水口，1、第一個放水口低于爐膛底部5CM。2、第2個放水口高于爐膛底部5CM)內(nèi)升溫(升溫過程中利用覆蓋劑進行覆蓋，防止鋁液過多燒損，以及鋁液吸氫)并保溫靜置30分鐘:溫度保持在740?760V。溫度過低，金屬的活動性不活躍、溫度過高，金屬液體容易吸氫氣。該目的:利用各金屬及雜質(zhì)的比重不同，輕上浮、重下沉，進行簡單內(nèi)里凈化。
[0041](2)合金液配制:打開保溫爐的第2個放水口，將鋁液轉(zhuǎn)移到精煉爐內(nèi)，鋁液溫度在750度時，依次加入鋁硅合金AlSi20，鋁銅合金AlCu50，鋁鉻合金AlCr20、鋁稀土合金A1RE10，鎂錠，攪拌均勻，使得個元素充分合金化與均勻化。各化學組分的重量百分比控制在:稀土元素RE 0.08?0.35%;Mg和Si的總量0.7?1.5%，M