一種煤礦電纜用Al-Fe-Mg-Zr系鋁合金及鋁合金電纜的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種煤礦電纜用Al-Fe-Mg-Zr系鋁合金及鋁合金電纜,其中,鋁合金材料包括的組分及各組分的重量百分比如下:Fe:0.2-1.1%;Mg:0.01-0.4%;Zr:0.001-0.2%;Si:0-0.1%;B:0-0.2%;余量為Al和雜質(zhì);將上述鋁合金材料通過(guò)熔煉、鑄造、軋制工藝得到鋁合金桿,再經(jīng)拉制、束絞、軟化而成鋁合金線芯,再將導(dǎo)體線芯經(jīng)過(guò)擠包絕緣、成纜、擠包護(hù)套或鎧裝制成鋁合金電纜。提供一種煤礦電纜用Al-Fe-Mg-Zr系鋁合金,具有高強(qiáng)度、高導(dǎo)電率、彎曲性能良好等特性;由該鋁合金制成的鋁合金電纜能滿足煤礦領(lǐng)域中對(duì)電纜性能的要求。
【專利說(shuō)明】-種煤礦電纜用A卜Fe-Mg-Zr系鋁合金及鋁合金電纜
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及煤礦電纜【技術(shù)領(lǐng)域】,具體涉及一種煤礦電纜用Al-Fe-Mg-Zr系鋁合金 及鋁合金電纜。
【背景技術(shù)】
[0002] 煤礦用電纜由于使用的環(huán)境復(fù)雜、工作條件惡劣、且移動(dòng)頻繁,使用壽命不長(zhǎng),瓦 斯積聚的區(qū)域又十分危險(xiǎn),因此不僅對(duì)電纜本身安全性要求很高,而且對(duì)頻繁移動(dòng)場(chǎng)合用 電纜的耐磨性、抗外界拉力性能要求很高。因此,煤礦用電纜屬于電纜行業(yè)中技術(shù)含量較高 的產(chǎn)品。
[0003] 普通的電纜采用銅芯導(dǎo)線,隨著對(duì)銅資源的過(guò)度開(kāi)采,銅資源日益緊張,且瀕臨匱 乏,因此需要使用其他材料的導(dǎo)線代替銅芯導(dǎo)線,才能滿足市場(chǎng)的需求。金屬材料中,鋁具 有導(dǎo)電效果好、質(zhì)輕、價(jià)格低廉等特性,且近年來(lái),出于環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng),強(qiáng)烈需要減輕重量 以提高機(jī)械燃料利用率,因此,以鋁芯電纜代替銅芯電纜已是大勢(shì)所趨。現(xiàn)有技術(shù)中,已研 制出鋁芯電纜,然而普通鋁芯電纜存在機(jī)械性能和抗腐蝕性能較差等缺陷,不具備滿足煤 礦用電纜頻繁移動(dòng)的良好的彎曲性能;且根據(jù)煤礦用電纜的惡劣環(huán)境,對(duì)電纜導(dǎo)體的導(dǎo)電 率和機(jī)械強(qiáng)度有較高的要求,而現(xiàn)有普通的鋁芯電纜的導(dǎo)電率和機(jī)械強(qiáng)度性能不能滿足煤 礦用電纜的要求。因此,開(kāi)發(fā)出一種能滿足煤礦業(yè)中使用要求的鋁合金電纜具有十分廣闊 的市場(chǎng)前景。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明的目的是克服以上缺點(diǎn),提供一種煤礦電纜用Al-Fe-Mg-Zr系鋁合金及鋁 合金電纜,該鋁合金具有高強(qiáng)度、高導(dǎo)電率、彎曲性能良好等特性,由該鋁合金制成的鋁合 金電纜能滿足煤礦領(lǐng)域中對(duì)電纜性能的要求。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0006] 一種煤礦電纜用Al-Fe-Mg-Zr系鋁合金,包括的組分及各組分的重量百分比如 下:
[0007] Fe :0. 2-1. 1% ;
[0008] Mg :0. 01-0. 4% ;
[0009] Zr :0. 001-0. 2% ;
[0010] Si :0-0. 1% ;
[0011] B :0-0. 2% ;
[0012] 余量為A1和雜質(zhì);
[0013] 所述鋁合金的電阻率小于等于0. 028264Ω ·πιπι2/πι,電導(dǎo)率大于等于61% IACS,斷 裂伸長(zhǎng)率不低于1〇%,90度疲勞彎折次數(shù)大于等于30次。
[0014] 進(jìn)一步地,所述錯(cuò)合金還包括稀土元素,所述稀土元素的含量占錯(cuò)合金成分總重 量的 0. 1-0. 3%。
[0015] 更進(jìn)一步地,所述稀土元素包括Ce、La,所述Ce和La占稀土元素總量的至少 50%。
[0016] 進(jìn)一步地,所述鋁合金在溫度120°C、壓應(yīng)力120MPa條件下,1-100小時(shí)的平均蠕 變速度小于等于1X 1(Γ2 (% Λ)。
[0017] 一種煤礦用鋁合金電纜,所述鋁合金電纜的加工工藝包括如下步驟:
[0018] a、將上述鋁合金經(jīng)過(guò)熔煉、鑄造、乳制得到鋁合金桿;
[0019] b、將步驟a得到的鋁合金桿經(jīng)過(guò)拉制、束絞、軟化處理得到鋁合金導(dǎo)體線芯;
[0020] c、將步驟b得到的導(dǎo)體線芯經(jīng)過(guò)擠包絕緣、成纜、擠包護(hù)套或鎧裝制成鋁合金電 纜。
[0021] 進(jìn)一步地,所述鋁合金導(dǎo)體線芯由10-2000根直徑分別為0. 2-0. 5mm的單絲束絞 制成,所述單絲由所述鋁合金桿經(jīng)過(guò)拉制得到。
[0022] 進(jìn)一步地,所述鋁合金電纜適用于_40°C -90°C的礦井環(huán)境。
[0023] 進(jìn)一步地,所述鋁合金電纜適用于額定電壓8. 7/10kV及以下等級(jí)的煤礦用移動(dòng) 類(lèi)橡套軟電纜。
[0024] 進(jìn)一步地,所述鋁合金電纜在90°C長(zhǎng)期運(yùn)行情況下,載流量不低于相同截面銅電 纜的80%。
[0025] 進(jìn)一步地,所述鋁合金電纜經(jīng)過(guò)9000次抗彎曲試驗(yàn)后不短路、不斷路。
[0026] 本發(fā)明提供的煤礦電纜用Al-Fe-Mg-Zr系鋁合金及鋁合金電纜,具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0027] 1、本發(fā)明提供的煤礦用鋁合金,對(duì)鋁合金的元素進(jìn)行優(yōu)化,從而改善該鋁合金的 性能。本發(fā)明提供的煤礦用鋁合金,選用Al-Fe-Mg-Zr系列,通過(guò)加入Fe元素,可以改善合 金的機(jī)械強(qiáng)度和拉伸性能,F(xiàn)e還能明顯提高高溫抗蠕變性能,以及提高合金的抗疲勞性能; 在鋁合金中加入少量的Mg,可實(shí)現(xiàn)細(xì)化鑄造組織;Zr和A1形成ZrA13化合物,可阻礙再結(jié) 晶過(guò)程,細(xì)化再結(jié)晶晶粒,由于Zr對(duì)淬火敏感性的影響比鉻和錳的小,因此宜用鋯來(lái)代替 鉻和錳細(xì)化再結(jié)晶組織;此外,Zr還可顯著改性合金的抗疲勞彎曲性能,提高電纜的使用 壽命。
[0028] 本發(fā)明提供的煤礦用鋁合金,選擇在合金中添加少量的Si,Mg與Si作用,形成 MgSi強(qiáng)化相,提高再結(jié)晶溫度和改變時(shí)效行為,使制品的再結(jié)晶晶粒得以進(jìn)一步細(xì)化,強(qiáng) 度、韌性得以提高,塑性、耐蝕性得到改善,提高鋁合金的屈服強(qiáng)度及延伸率,避免鋁合金產(chǎn) 品的再加工,提高生產(chǎn)效率,降低生產(chǎn)成本。同時(shí),對(duì)Si的含量作了限定,因?yàn)檫^(guò)多的Si會(huì) 導(dǎo)致拉伸性能降低,影響到鋁合金電纜的加工性能,并且可能會(huì)降低導(dǎo)體的疲勞彎曲性能, 且過(guò)多的Si還會(huì)降低電性能。
[0029] 本發(fā)明還優(yōu)選加入一定量的B,可以改善加工性能,特別是單絲微拉和束絞方面的 加工性能。
[0030] 本發(fā)明提供的煤礦用鋁合金,還優(yōu)選添加一定量的稀土元素 RE,其中Ce、La占稀 土元素總含量的至少50%,稀土元素不僅可以顯著提高合金的電性能,還能起到提高合金 抗疲勞彎曲性能的效果,延長(zhǎng)了電纜的使用壽命。優(yōu)選Ce和La,是因?yàn)檫@兩種元素在本發(fā) 明中效果較其他稀土元素改善效果更明顯。
[0031] 本發(fā)明通過(guò)優(yōu)化選擇合金成分和合理調(diào)整合金成分的含量,制定合金配方,既可 以改善合金的性能,又不會(huì)因過(guò)多的量會(huì)惡化合金的性能,特別是電性能和延伸性能。本發(fā) 明提供的鋁合金材料,通過(guò)合理的合金成分配比來(lái)保障合金的性能。
[0032] 本發(fā)明提供的煤礦用鋁合金材料,通過(guò)熔煉、鑄造、固溶與時(shí)效處理、乳制工藝后, 得到的鋁合金的電阻率小于等于0. 028264Ω · mm2/m,電導(dǎo)率大于等于61% IACS,斷裂伸 長(zhǎng)率不低于10%,溫度120°C、120MPa壓應(yīng)力條件下,1-100小時(shí)的平均蠕變速度小于等于 1 X ΚΓ2 (% /h),90度疲勞彎折次數(shù)大于等于30次,且單絲直徑最小可拉到0. 2mm。
[0033] 2、本發(fā)明提供的煤礦用鋁合金電纜,由本發(fā)明提供的鋁合金制成,得到的煤礦用 鋁合金電纜不僅具有很好的導(dǎo)電性能、拉伸性能、抗蠕變性能和抗疲勞性能,特別是抗彎曲 性能也達(dá)到了煤礦用銅芯的技術(shù)要求;同時(shí),煤礦用鋁合金電纜由于柔韌性好,且重量較銅 輕很多,因而作為煤礦用軟電纜使用起來(lái)更加方便,有效的降低了煤礦用電纜的成本,提高 了工作效率,具有非常好技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。本發(fā)明提供的煤礦用鋁合金電纜,適用于煤礦用移 動(dòng)類(lèi)橡套軟電纜、額定電壓8. 7/10kV及以下煤礦用橡套軟電纜,在90°C長(zhǎng)期運(yùn)行條件下, 載流量不低于相同截面銅電纜的80% ;且本發(fā)明提供的煤礦用鋁合金電纜經(jīng)9000次抗彎 曲試驗(yàn)后不短路、不斷路,其中,9000次抗彎曲試驗(yàn)按MT818. 1規(guī)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實(shí)施 例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范 圍。
[0035] 本發(fā)明中,煤礦用鋁合金電纜所用的鋁合金導(dǎo)體線芯的制備方法,包括以下步 驟:
[0036] a、通過(guò)對(duì)熔融鋁合金進(jìn)行鑄造得到鑄造材料:按比例加入本發(fā)明中提到的鋁合金 成分,在700-80(TC條件下進(jìn)行熔煉工藝,然后在650-680°C條件下進(jìn)行鑄造,得到鑄錠;
[0037] b、將步驟a得到的鑄錠在460_550°C范圍內(nèi)固溶處理2_6h,然后在20-KKTC的冷 卻水中快速淬火;
[0038] c、將步驟b得到的鑄錠在150-250°C范圍內(nèi)時(shí)效處理6-10h,再升溫至300-400°C, 乳制成合金桿;
[0039] d、在280_300°C范圍內(nèi),將步驟c軋制成的合金桿進(jìn)行拉制處理,使截面積縮小至 步驟c中合金桿截面積的50-60%,得到鋁合金線;
[0040] e、在形成鋁合金核的溫度條件下,將步驟d得到的鋁合金線再次進(jìn)行拉制處理, 使截面積縮小至步驟d中鋁合金線截面積的70-100%,得到鋁合金導(dǎo)體單絲;
[0041] f、將若干根步驟e得到的鋁合金導(dǎo)體單絲絞合,在230-320°C條件下進(jìn)行第一次 熱處理3-6h,然后在300-400°C條件下將再次熱處理8-14h,得到鋁合金導(dǎo)體線芯。
[0042] 上述鋁合金導(dǎo)體線芯的制備方法中,鑄造步驟中,加熱應(yīng)當(dāng)緩慢,再加入多種合金 錠時(shí),應(yīng)在300°C以下裝爐,以保證鑄件加熱均勻,在盡可能高的溫度下(接近于共晶的熔 點(diǎn))通過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的固容熱處理使合金元素與第二相溶于基體,由于微量合金元素(B、Si、 RE)的融入,使基體成為亞飽和狀態(tài),通過(guò)固容處理可以大幅提高合金的強(qiáng)度和塑性,改善 合金的耐腐蝕性能;在固溶后快速冷卻(從鑄件吊起到鑄件完全浸入冷卻介質(zhì)中時(shí)間不 宜超過(guò)15s,以使鑄件淬火均勻)提高鑄件的拉伸性能和柔韌性;在時(shí)效開(kāi)始階段,基體飽 和度很大,鑄件的硬度會(huì)大幅提高,隨著時(shí)效時(shí)間的增加,基體和析出物之間的濃度達(dá)到平 衡,此時(shí)析出物析出開(kāi)始變慢,此時(shí)在經(jīng)過(guò)較短的保溫時(shí)間,可以抑制晶粒生長(zhǎng),從而得到 較少粗精的鋁合金,由此獲得優(yōu)良的力學(xué)性能即較高的強(qiáng)度,良好的塑性和韌性;步驟f中 兩次退火處理可以最大限度的鋁合金絞線的內(nèi)應(yīng)力,穩(wěn)定合金線的電學(xué)性能,穩(wěn)定尺寸減 少變形,大大提高合金線的拉伸性和彎曲性。
[0043] 以下將針對(duì)本發(fā)明提供的鋁合金及鋁合金電纜的技術(shù)方案分別進(jìn)行詳細(xì)闡述:
[0044] 實(shí)施例1
[0045] 一種煤礦電纜用Al-Fe-Mg-Zr系鋁合金,組分及各組分的重量百分比如下(總重 量:ιτ):
[0046]
【權(quán)利要求】
1. 一種煤礦電纜用Al-Fe-Mg-Zr系鋁合金,其特征在于,所述鋁合金包括的組分及各 組分的重量百分比如下: Fe :0. 2-1. 1% ; Mg :0. 01-0. 4% ; Zr :0. 001-0. 2% ; Si :0-0. 1% ; B :0-0. 2% ; 余量為A1和雜質(zhì); 所述鋁合金的電阻率小于等于〇.〇28264〇*臟2/111,電導(dǎo)率大于等于61(%^^5,斷裂 伸長(zhǎng)率不低于1〇%,90度疲勞彎折次數(shù)大于等于30次。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金,其特征在于,所述鋁合金還包括稀土元素,所述稀土 元素的含量占錯(cuò)合金成分總重量的〇. l-o. 3%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋁合金,其特征在于,所述稀土元素包括Ce、La,所述Ce和La 占稀土元素總量的至少50%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的鋁合金,其特征在于,所述鋁合金在溫度 120°C、壓應(yīng)力120MPa條件下,1-100小時(shí)的平均蠕變速度小于等于1Χ1(Γ 2(% /h)。
5. -種煤礦用鋁合金電纜,其特征在于,所述鋁合金電纜的加工工藝包括如下步驟: a、 將權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的鋁合金經(jīng)過(guò)熔煉、鑄造、乳制得到鋁合金桿; b、 將步驟a得到的鋁合金桿經(jīng)過(guò)拉制、束絞、軟化處理得到鋁合金導(dǎo)體線芯; c、 將步驟b得到的導(dǎo)體線芯經(jīng)過(guò)擠包絕緣、成纜、擠包護(hù)套或鎧裝制成鋁合金電纜。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤礦用鋁合金電纜,其特征在于,所述鋁合金導(dǎo)體線芯由 10-2000根直徑分別為0. 2-0. 5mm的單絲束絞制成,所述單絲由所述鋁合金桿經(jīng)過(guò)拉制得 到。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤礦用鋁合金電纜,其特征在于,所述鋁合金電纜適用 于-40°C -90°C的礦井環(huán)境。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤礦用鋁合金電纜,其特征在于,所述鋁合金電纜適用于額 定電壓8. 7/10kV及以下等級(jí)的煤礦用移動(dòng)類(lèi)橡套軟電纜。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤礦用鋁合金電纜,其特征在于,所述鋁合金電纜在90°C長(zhǎng) 期運(yùn)行情況下,載流量不低于相同截面銅電纜的80 %。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤礦用鋁合金電纜,其特征在于,所述鋁合金電纜經(jīng)過(guò)9000 次抗彎曲試驗(yàn)后不短路、不斷路。
【文檔編號(hào)】H01B13/00GK104299671SQ201410469573
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
【發(fā)明者】林澤民 申請(qǐng)人:安徽欣意電纜有限公司