CN102610293A - 具有高导电率和高强度的铝合金线及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有高导电率和高强度的铝合金线及其制造方法，所述铝合金线包含作为主要元素的铝(Al)，以及作为合金元素的0.3重量％～0.6重量％的铁(Fe)、0.3重量％～0.5重量％的铜(Cu)、0.03重量％～0.06重量％的镁(Mg)和0.01重量％～0.10重量％的硼(B)。

Description

具有高导电率和高强度的铝合金线及其制造方法

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年1月20日提交的韩国专利申请第10-2011-0005869号作为优先权，在此出于各种目的将该申请的全部公开内容引入本文作为参考。

技术领域

本发明涉及一种铝合金线，更具体地涉及一种具有导电体所需的高强度和高导电率的铝合金线，以及其制造方法。

背景技术

通常，铝合金线具有优异的导电率，并且重量轻，因此广泛用作高架或地下传输线，或用作建筑物电缆的导电体。

未合金化的纯铝(Al)的导电率为大约62％。然而，由于铝较软，为了用作电线，其需要与少量的合金元素形成合金以改善强度，尽管这会降低导电率。

铝合金线的技术趋势的界定为：在20世纪60年代为60TAL(耐热铝合金线)，具有60％IACS的导电率和150℃的连续工作温度；在20世纪80年代为XTAL(特种耐热铝合金线)，具有58％IACS的导电率和230℃的连续工作温度；在1985年为STAL或ZTAL(超级耐热铝合金线)，具有60％IACS的导电率和210℃的连续工作温度；在1993年为XTAL，具有58％IACS的导电率和230℃的连续工作温度。

当铝合金线的导电率高时，难以保证高温强度，而当高温强度高时，导电率又较低。由于连续工作温度下的高温强度和导电率之间的上述关系，需要优化加工硬化和热处理的条件以改善这两种要素。

在这种情况下，对Al-Zr合金线进行了积极的研究。已知的Al-Zr合金线包含：作为有效合金元素的0.07重量％～0.2重量％的镁(Mg)和0.02重量％～0.05重量％的锆(Zr)；作为其他合金元素的0.15重量％或更少的硅(Si)、1.0重量％的铁(Fe)、0.2重量％或更少的锌(Zn)，0.05重量％或更少的硼(B)和0.05重量％或更少的镓(Ga)；以及作为杂质的0.01重量％或更少的钛(Ti)、0.01重量％或更少的钒(V)、0.01重量％或更少的锰(Mn)和0.01重量％或更少的铬(Cr)。另外，还可以包含铜(Cu)，Cu的含量不多于[0.05+2(0.2-m)]重量％。这里，“m”是指Mg的含量。

具有上述组成的铝合金线经由下列步骤制造：铸造，拉拔，在225℃～275℃下进行1小时～24小时的热处理。

杂质会降低导电率。为提高导电率，Al-Zr合金线需要析出最大量的细小的ZrAl₃。而且，为提高连续工作温度，Al-Zr合金线应当消除在高温条件下可能发生的Al的原始结构置换或者再结晶。

然而，均匀和细小的ZrAl₃的析出涉及高温热处理所需的大量的加工和时间，这为大批量生产带来了困难。

同时，日本公报第05-70905号提出了一种制造铝合金线的方法，该铝合金线包含0.15重量％～0.4重量％的Zr、0.1重量％～0.5重量％的Fe、0.05重量％～0.2重量％的Si和0.005重量％～0.05重量％的Be，其中Si和Be的总含量为0.035重量％～0.11重量％。

然而，由于用于提高高温强度的Be是一种对于环境有害且受管制的物质，′905面临着环境问题。而且，使用Be会增加制造成本。此外，′905的制造过程复杂，必须在铸造和热加工之后经过两次冷加工和热处理。

发明内容

本发明设计用来解决上述问题，因此本发明的目的是提供一种铝合金线以及其制造方法，该铝合金线包含能够在热处理期间容易地析出的元素，以保证高导电率和高强度。

为了实现本发明的目的，依据本发明的一个方面，提供了一种铝合金线，其包含作为主要元素的Al，以及作为合金元素的0.3重量％～0.6重量％的Fe、0.3重量％～0.5重量％的Cu，0.03重量％～0.06重量％的Mg和0.01重量％～0.10重量％的B。

本发明的铝合金线具有61.6％IACS或更高的导电率，以及125MPa或更高的抗张强度。

优选地，Fe的含量可以为0.50重量％～0.60重量％，Cu的含量可以为0.3重量％～0.4重量％。

本发明的铝合金线可进一步包含0.01重量％或更少的Ti、0.01重量％或更少的V、0.01重量％或更少的Cr和0.01重量％或更少的Ni作为杂质，并且杂质的总含量可以优选为0.1重量％或更少。

依据本发明的另一个方面，提供了一种制造铝合金线的方法，包括(a)使用合金熔体铸造铝合金线材，该熔体包含作为主要元素的Al，以及作为合金元素的0.3重量％～0.6重量％的Fe、0.3重量％～0.5重量％的Cu、0.03重量％～0.06重量％的Mg和0.01重量％～0.10重量％的B，(b)对铸造的铝合金线材进行拉拔，并且(c)在250℃～400℃下对拉拔后的铝合金线材进行2小时～24小时的热处理。

优选地，步骤(a)中合金熔体的温度可以为750℃～900℃。

在步骤(a)中，可添加0.01重量％或更少的Ti、0.01重量％或更少的V、0.01重量％或更少的Cr和0.01重量％或更少的Ni作为杂质。

优选地，步骤(a)中的铝合金线材可以具有8.0mm～15mm的直径。

有益效果

本发明的铝合金线不含污染环境的物质，这不同于传统的含Be铝合金线，因此具有环境和经济上的优越性。同时，本发明的铝合金线相对于传统的含Zr铝合金线具有更简便的工艺和更高的生产率，因此有利于大批量生产。

附图说明

附图说明了本公开的优选实施方式，并结合上文公开的内容，用于提供对本公开的技术主旨的进一步理解。然而，并不应将本公开解读为限于这些附图。

图1为图示了本发明优选实施方式的制造铝合金线的方法的流程图。

具体实施方式

以下，将参照附图对本发明的优选实施方式进行详细描述。在进行描述之前，首先要了解说明书和所附权利要求中使用的术语不应被解读为限于通常的和词典上的意思，而应当基于允许发明人为进行最佳说明而适当地定义术语的原则，依据对应于本发明的技术方面的意思和概念来进行理解。因此，本文提出的描述仅是用于说明目的的优选实例，并不意在限制本发明的范围，所以应当认识到在不偏离本发明的主旨和范围的情况下，可以对其做出其他等价形式或修改。

本发明的铝合金线可以包含作为主要元素的Al和作为有效的合金元素的Fe、Cu、Mg及B。

Fe可以在不降低导电率的情况下提高铝合金线的强度，这是因为在制造铝合金线时的热处理期间析出了大部分Fe。特别是，在制造铝合金线时的热处理期间Fe的析出抑制了晶粒的生长，因此防止了合金强度的降低。当Fe的含量为铝合金总重量的0.3重量％～0.6重量％时，这种效果可以非常显著。就此而言，当Fe的含量超过0.6重量％时，导电率明显下降，当Fe含量小于0.3重量％时，该强度提高效果不足。

在制造铝合金线时的热处理期间，Cu可以产生析出物，例如Al-CuAl₂，从而提高了铝合金线的强度。特别是，同Fe一样，在制造铝合金线时的热处理期间，Cu的析出也阻止晶粒的生长，因此防止了合金强度的降低。当Cu的含量为铝合金总重量的0.3重量％～0.5重量％时，这种效果可以非常显著。就此而言，当Cu的含量超过0.5重量％时，导电率明显下降，当Cu的含量小于0.3重量％时，难以预期该强度提高效果。而且，0.3重量％～0.5重量％的Cu可以增加铝合金线的腐蚀电位，从而提高耐腐蚀性。

Fe的含量越高，Cu导致导电率迅速下降的程度也越高。因此，当Fe的含量为0.5重量％或更高时，Cu的含量优选限于0.3重量％～0.4重量％。

Mg即使含量较少也可与Si形成化合物，因此可以在不降低导电率的情况下提高铝合金线的强度，同时还能改善柔韧性。在使用铝合金线时，Mg可以降低铝合金线与接线端子之间的接触电阻，从而降低电损耗。当Mg的含量为铝合金总重量的0.03重量％或更多时，这些效果可以非常显著。然而，过量的Mg会降低导电率。因此，Mg含量限于0.06重量％或更低。

在制造铝合金线时的热处理期间，B可以抑制晶粒粗化，并可以促进元素特别是以下杂质的析出，从而提高强度并防止导电率的下降。当B的含量为铝合金总重量的0.01重量％～0.10重量％时，这些效果可以非常显著。就此而言，当B的含量超过0.10重量％时，会产生金属间化合物，导致导电率的下降，当B的含量小于0.01重量％时，不足以使降低导电率的元素析出。

具有上述组成的铝合金线具有61.6％IACS或更高的导电率，以及125MPa或更高的抗张强度。

而且，本发明的铝合金线可进一步包含0.01重量％或更少的Ti、0.01重量％或更少的V、0.01重量％或更少的Cr和0.01重量％或更少的Ni作为杂质，并且杂质的总含量可以优选为0.1重量％或更少。当杂质总含量不在该范围中时，杂质会导致导电率迅速下降。

图1为图示了本发明优选实施方式的制造铝合金线的方法的流程图。参见图1，本发明优选实施方式的制造铝合金线的方法可以依次包括普罗佩兹工艺(连铸连轧)(S10)、拉拔(S20)、和热处理(S30)。

在连铸连轧(S10)中，可以在750℃～900℃下使铝合金线的原料熔化以制得合金熔体，并可以将该合金熔体铸成铝合金线材。在此情况下，铝合金线的原料包含：作为主要元素的Al，作为合金元素的0.3重量％～0.6重量％的Fe、0.3重量％～0.5重量％的Cu、0.03重量％～0.06重量％的Mg和0.01重量％～0.10重量％的B，以及作为杂质的0.01重量％或更少的Ti、0.01重量％或更少的V、0.01重量％或更少的Cr和0.01重量％或更少的Ni。

合金熔体的温度范围是获得具有细小显微结构的铸成品的一个必要条件。当合金熔体温度超过900℃时，铸成品的显微结构发生粗化，导致冲击韧性降低，而当合金熔体温度低于750℃时，由于熔体的流动性较差，难以将熔体密实地注入铸造模具中。

连铸连轧可由连铸替代。

优选的，铝合金线材的直径为8.0mm～15mm，以适用于建筑物电缆，然而本发明并不限于此。

在拉拔(S20)中，铸造的铝合金线材可以经加工而减小横截面，从而制成具有标准尺寸的铝合金线。

在热处理(S30)中，可以在250℃～400℃下对经拉拔(S20)的铝合金线材进行2小时～24小时的热处理。在250℃～400℃的温度范围内，合金元素的析出量可以得到优化，以使导电率和强度最大化。当热处理温度低于250℃时，热处理效果不足；当热处理温度超过400℃时，合金结构变软，且强度迅速降低。另外，当热处理时间少于2小时时，热处理效果不足，当热处理时间超过24小时时，强度降低。

为了确定上述制成的铝合金线的性质，制成了具有不同含量的Fe、Cu、Mg和B的铝合金线。为此，通过对包含上述合金元素的750℃～900℃的合金熔体进行连铸连轧、随后用线材拉拔机进行拉拔并在250℃～400℃下进行热处理，制备了铝合金线材。

对实施例和比较例的铝合金线的元素分析列在下面的表1中。

表1

下面的表2示出了依据ASTM B557和ASTM B193标准测得的铝合金线的性质。具体地，依据ASTM B557标准，用紧线机将试样两端固定的同时，施加力来以1mm/s的速度拉伸该试样，测量该力，从而进行抗张强度测试，然后使用偏移法(offsetmethod)计算抗张强度。此外，依据ASTM B193标准，通过使用开尔文双臂电桥测量试样电阻来进行导电率测试，然后计算导电率。在此，按照ASTM B800标准中所详述的，使用开尔文双臂电桥或电位计来测量低于1Ω的电阻。

表2

通过表1和表2发现，与比较例相比，依据本发明实施例制造的铝合金线导电率为61.6％IACS或更高，抗张强度为125MPa或更高。

尽管上文已经描述了本发明，但应当认识到，详细描述和具体实施例尽管代表了本发明的优选实施方式，但是仅以说明的方式被给出，这是因为根据所述详细描述，本发明的主旨和范围内的各种变化和变形对于本领域技术人员而言将是显而易见的。

工业实用性

依据本发明，可以实现具有高导电率和高强度的铝合金线。

本发明的铝合金线在需要高强度的领域具有非常有用的用途，例如高架传输线或建筑物的电缆。

Claims (8)

1.一种铝合金线，所述铝合金线包含：

作为主要元素的铝(Al)；和

作为合金元素的0.3重量％～0.6重量％的铁(Fe)、0.3重量％～0.5重量％的铜(Cu)、0.03重量％～0.06重量％的镁(Mg)和0.01重量％～0.10重量％的硼(B)。

2.根据权利要求1所述的铝合金线，其中，所述铝合金线的导电率为61.6％IACS或更高，抗张强度为125MPa或更高。

3.根据权利要求1所述的铝合金线，其中，Fe的含量为0.50重量％～0.60重量％，Cu的含量为0.3重量％～0.4重量％。

4.根据权利要求1所述的铝合金线，其中，所述铝合金线包含作为杂质的0.01重量％或更少的钛(Ti)、0.01重量％或更少的钒(V)、0.01重量％或更少的铬(Cr)和0.01重量％或更少的镍(Ni)，且杂质总含量为0.1重量％或更少。

5.一种制造铝合金线的方法，该方法包括：

(a)使用合金熔体铸造铝合金线材，所述合金熔体包含作为主要元素的Al，以及作为合金元素的0.3重量％～0.6重量％的Fe、0.3重量％～0.5重量％的Cu、0.03重量％～0.06重量％的Mg和0.01重量％～0.10重量％的B；

(b)对铸造的铝合金线材进行拉拔；和

(c)在250℃～400℃下对拉拔后的铝合金线材进行2小时～24小时的热处理。

6.根据权利要求5所述的制造铝合金线的方法，其中，步骤(a)中的所述合金熔体的温度为750℃～900℃。

7.根据权利要求5所述的制造铝合金线的方法，其中，步骤(a)包括添加0.01重量％或更少的Ti、0.01重量％或更少的V、0.01重量％或更少的Cr和0.01重量％或更少的Ni作为杂质。

8.根据权利要求5所述的制造铝合金线的方法，其中，步骤(a)中铝合金线材的直径为8.0mm～15mm。

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