一種環(huán)保型鋁合金導(dǎo)體及其制備方法和電力電纜的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及合金技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及環(huán)保型侶合金導(dǎo)體及其制備方法W及包含該 侶合金導(dǎo)體的電力電纜。
【背景技術(shù)】
[0002] 長期W來，人們對建筑用低壓電纜的選擇，通常是W銅為主。認為銅導(dǎo)體在電氣性 能及可靠程度上都高于其他導(dǎo)體，是用作電纜材料的不二選擇，銅忍電纜具有電阻率低、強 度高、載流量大等特點。隨著我國城鎮(zhèn)化的發(fā)展，城市配電網(wǎng)作為城市建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施， 電力電纜的需求量越來越大，銅忍電纜應(yīng)用量迅速增加，我國銅材料使用量已經(jīng)占到線纜 行業(yè)的90% W上，電力電纜在電網(wǎng)建設(shè)的成本中所占比重顯著提高。但銅作為地球上的一 種稀缺資源，尤其是在我們國家，礦藏量十分有限，銅礦石大量依賴進口，價格不斷攀高，電 纜成本越來越引起投資方的關(guān)注；同時，銅電纜在施工安裝中難度大，易盜、易老化等缺點； 再加上國內(nèi)廢棄銅的前處理和精煉缺少完善的"Ξ廢"處理及監(jiān)督，污染嚴重，我國環(huán)境付 出了沉重代價。因此，人們期望具有更合適的電纜來替換銅忍電纜。
[0003] 實踐證明，銅和侶是承載電流最合適的材料，是目前世界上電線電纜的最主要選 擇。我國侶±礦資源、電解侶產(chǎn)能過剩，侶成為電線電纜首選替代金屬，W侶代替銅受到了 研究者的關(guān)注。
[0004] 目前，國內(nèi)侶代銅方式上有侶、銅包侶、侶合金Ξ種。
[0005] 侶具有機械強度差、容易折斷；易腐蝕、需要經(jīng)常緊固螺絲；容易過載發(fā)熱，存在 安全隱患；表面極易形成氧化膜而增大接觸電阻等缺點，限制了侶忍電線電纜的應(yīng)用。
[0006] 銅包侶電纜是在侶忍線上均勻連續(xù)地包覆銅層，使接觸面上的銅、侶原子形成冶 金結(jié)合，構(gòu)成一種雙金屬層狀復(fù)合材料。銅包侶電纜充分發(fā)揮了銅的優(yōu)良導(dǎo)電性和侶重量 輕的特點，但抗拉強度依然較差，且制造工藝要求較高，廢舊電纜回收再利用難度大。
[0007] 侶合金電纜是在侶導(dǎo)體中加入了相關(guān)的微量元素，使其電阻率較純侶導(dǎo)體低，其 彎曲、抗壓蠕變和耐腐蝕等物理、機械性得到有效提高。相比較銅質(zhì)電纜，侶合金電纜在重 量、價格W及工程安裝等方面則具備銅纜無可比擬的優(yōu)越性。在相同電氣性能和更好機械 性能的前提下，侶合金電纜更具經(jīng)濟性和綠色環(huán)保等優(yōu)勢，且應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，是一種較好的 銅忍電纜替代品。因此，侶合金作為電纜導(dǎo)體成為了研究的熱點。
[0008] 在國際侶行業(yè)協(xié)會的侶合金牌號中，用作導(dǎo)體的侶合金主要有AA6000和AA8000 系列導(dǎo)體。AA6000 Al-Mg-Si (侶儀娃合金）系列導(dǎo)體主要用在高壓架空線和侶母排，運兩 類導(dǎo)體都是W硬態(tài)導(dǎo)體存在，接頭的連接W焊接為主。AA8000 A1 - Mg -化_ Fe(侶儀銅 鐵合金）系列是真正用在配電線路上的軟質(zhì)招合金?，F(xiàn)有技術(shù)中的侶合金導(dǎo)體材料在耐腐 蝕性能和機械性能等方面已經(jīng)較為優(yōu)異，但還有W下缺點： 1.抗疲勞性能差：在溫度，外力和自重的作用下，隨著時間的推移，將緩慢的產(chǎn)生不能 復(fù)原的永久變形的蠕變，對電纜危害極大，導(dǎo)致接觸點壓不緊，壓力減小使得接觸電阻迅速 增大，電流流過后，造成接頭處過熱，或者打火，進而造成安全隱患。銅材、侶合金的抗拉強 度分別是200至400、91至23?，F(xiàn)有侶合金導(dǎo)體的抗拉強度只有銅導(dǎo)體的一半。初性欠 佳，能承受的扭轉(zhuǎn)次數(shù)不夠多，在安裝時只要若干次一定角度的扭轉(zhuǎn)，導(dǎo)體就會產(chǎn)生裂紋， 裂口就會發(fā)熱、腐蝕，發(fā)生火災(zāi)。運些都決定了現(xiàn)有侶合金導(dǎo)體的抗疲勞性能差，容易出現(xiàn) 質(zhì)量問題，影響侶合金材料的使用壽命或帶來安全隱患。
[000引 2.導(dǎo)電性差，由于電阻率高，同截面的侶合金電纜允許的載流量小，使電纜的電壓 增大，在有限的電壓條件下電能達到的距離有限，供電覆蓋面積小，造成電纜電壓損失高。
[0010] 3.抗氧化性能差，表面極易被氧化，使接觸電阻增大發(fā)熱，引發(fā)事故。
[0011] 因此，侶合金電力電纜綜合性能仍較差，隨著電力材料的不斷發(fā)展，對侶合金材料 各方面的性能要求也越來越高，亟需耐高溫、導(dǎo)電率高、重量輕、抗拉強度高的新型侶合金 導(dǎo)體材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 一種環(huán)保型侶合金導(dǎo)體的制備方法，包括W下步驟： 1) 鑄造如下成分的侶合金鑄錠： Fe0.01 ~0.6 % Co 0.4 ~1.2% Ni 0. 2 ~1. 0% Mg0.01 ~0.3% Sr 0. 01 ~0. 3〇/〇 Ge0.01 ~0.05% Cu 0.005 ~0.28% Zr 0.01 ~0.5% Sn 0. 01 ~0. 3〇/〇 蒙脫± 0. 03 ~0. 15〇/〇 余量的侶； 2) 將步驟1)得到的侶合金鑄錠進行第一次固溶處理； 3) 將步驟2)得到侶合金鑄錠進行均勻化處理； 4) 將步驟3)得到的的侶合金鑄錠常規(guī)冷社得到侶合金桿材； 5) 將步驟4)得到的侶合金桿材進行第二次固溶處理； 6) 將步驟5)得到的侶合金桿材進行時效處理，得到侶合金導(dǎo)體。
[0013] 第一次固溶處理加熱溫度為670~770°C，保溫時間為5~lOh ;均勻化處理的溫度為 570~670°C，處理時間為10~2化，升溫速度為4~10°C/min;第二次固溶處理加熱溫度為 670~770°C，保溫時間為8~14h;所述時效處理溫度為室溫，處理時間為3~5d。
[0014] 本發(fā)明還提供了根據(jù)上述制備方法獲得的環(huán)保型侶合金導(dǎo)體W及一種環(huán)保型侶 合金電纜，包括線忍、絕緣層、屏蔽層和保護層，所述線忍為前述侶合金導(dǎo)體。
[0015] 所述侶合金電纜的制備方法本發(fā)明沒有特殊的限制，為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方 式即可。
[0016] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果為： (1)從抗疲勞性能方面來說，Sr的加入降低了Ξ組元A1-Co-Ni侶基體系的玻璃態(tài) 形成能力，得到的侶合金導(dǎo)體柔初，可w反復(fù)折疊或像繩子一樣反復(fù)纏繞，破壞性劇烈折疊 侶合金導(dǎo)體，最少需要36次才能出現(xiàn)裂痕。
[0017] (2)在侶合金導(dǎo)體的制造過程中兩次進行固溶處理步驟，有效增加了單位體積內(nèi) 微米級W下微粒的數(shù)量，能夠在折彎的過程中固定變形帶來的位移，使導(dǎo)體橫截面有更好 的完整性，可得到更高的伸長率和抗疲勞性能。
[001引（3)從電導(dǎo)率方面來說，開始少量Sr元素的加入形成了Al4Sr及AlzSr相，經(jīng)均勻 化處理之后合金中出現(xiàn)A1-Co-Sr相（τ相），合金的電導(dǎo)率隨著Sr含量的增加而提高， 同時，均勻化處理的溫度和時間的控制對A1-Co-Sr相的形成至關(guān)重要，是決定電導(dǎo)率提 局的關(guān)鍵要素之一。
[0019](4)從抗氧化性能方面來說，Co-Ni-Sr侶合金導(dǎo)體加入了Ge元素，經(jīng)第 二次固溶處理及時效處理后，A^Ni-(?相在蒙脫±有效成分的幫助下遷移至表面形成一 層類似于玻璃態(tài)保護膜的Ξ維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可有效防止合金被氧化。
[0020] (5)娃化鐵仁娃化鐵）增加了侶合金的抗氧化性和導(dǎo)電性。
[0021] (6)娃酸侶也可增加侶合金的抗氧化性和導(dǎo)電性，也可增加侶合金的耐候性和硬 度。
【具體實施方式】
[0022] 為了進一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明提供的侶合金及其制備方法進 行詳細說明，本發(fā)明的保護范圍不受W下實施例的限制。侶合金導(dǎo)體材料的組分及含量實 施例中表所示。
[0023] 實施例1 表1侶合金導(dǎo)體材料的組分及含量
(1) 按照上表所列金屬元素質(zhì)量所示，將983. 35g侶錠投入烙爐中，充氮條件下加熱烙 化，700°C保溫； (2) 按上表所示量，在烙融態(tài)的侶液中加入化、Co、Ni、Mg、Sr、Ge、化、Zr、Sn等金屬， 攬拌0.化使其均勻，而后靜止并于700°C下保溫0.化； (3) 在合金烙體中加入精煉劑3g，并攬拌均勻，再靜置保溫30min，烙體精煉在密封環(huán) 境中操作；精煉后打渣、靜置、調(diào)溫至650°C，合金液傾倒出爐，再經(jīng)除氣、除渣處理后，進入 鑄造機進行鑄造，得到侶合金鑄錠； (4) 將侶合金鑄錠加熱到670°C，保溫時間為化，W進行第一次固溶處理，所用冷卻介 質(zhì)為清水； (5) 將步驟（4)得到的侶合金鑄錠加熱，升溫溫度為8°C/min,升至570°C條件下對其 保溫，保溫時間1Oh; (6) 對步驟（4)得到的侶合金鑄錠進行常規(guī)冷社，得到侶合金桿材； (7) 將侶合金桿材加熱到670°C，保溫時間為化，W進行第二次固溶處理，所用冷卻介 質(zhì)為清水； (8) 將經(jīng)過固溶處理得到的侶合金桿材在室溫下進行時效處理，處理時間為3d，即得侶 合金導(dǎo)體(侶合金電纜)。
[0024]實施例2 表2侶合金導(dǎo)體材料的組分及含量
(1) 按照上表所列金屬元素質(zhì)量所示，將975. 4g侶錠投入烙爐中，充氮條件下加熱烙 化，700°C保溫； (2) 按上表所示量，在烙融態(tài)的侶液中加入化、〔〇、化、]\%、51'、蒙脫±、66、化、21'、5]1 等金屬，攬拌0.化使其均勻，而后靜止并于700°C下保溫比； (3) 在合金烙體中加入精煉劑3g，并攬拌均勻，再靜置保溫30min，烙體精煉在密封環(huán) 境中操作；精煉后打渣、靜置、調(diào)溫至650°C，合金液傾倒出爐，再經(jīng)除氣、除渣處理后，進 入鑄造機進行鑄造，得到侶合金鑄錠； (4) 將侶合金鑄錠加熱到670°C，保溫時間為lOh，W進行第一次固溶處理，所用冷卻介 質(zhì)為清水； (5) 將步驟（3)得到的侶合金鑄錠加熱，升溫溫度為4°C/min,升至670°C條件下對其 保溫，保溫時間1Oh; (6) 對步驟（4)得到的侶合金鑄錠進行常規(guī)冷社，得到侶合金桿材； (7) 將侶合金桿材加熱到700°C，保溫時間為lOh，W進行第二次固溶處理，所用冷卻介 質(zhì)為清水； (8) 將經(jīng)過固溶處理得到的侶合金桿材在室溫下進行時效處理，處理時間為3d，即得侶 合金導(dǎo)體(侶合金電纜)。
[00幼 實施例3 表3侶合金導(dǎo)體材料的組分及含量
(1) 按照上表所列金屬元素質(zhì)量所示，將973. 8g侶錠及3gSn投入烙爐中，充氮條件下 加熱烙化，700°C保溫； (2) 按上表所示量