一种铝合金、制备方法、其用途及相关设备与流程

1.本发明属于铝合金材料技术领域，具体涉及一种铝合金、制备方法、用于制备铜-铝合金连接端子的用途及其相关设备。


背景技术：

2.作为电力传输重要载体的电线电缆，是支撑其它行业发展的基础。目前，电力传输仍以铜芯导体电缆为主体，使用量占线缆行业总量的90％以上。但自然资源中盛产铝而铜匮乏，铜储量仅占全球的5％，随着工业持续发展，铜的应用日益广泛，铜材价格持续走高，导致电力用铜成本大幅增加，在“双碳”目标和电网降本增效的背景下，电力电缆行业“以铝代铜”的需求日益迫切，研究及应用铝芯电力电缆越来越受到关注。
3.电力电缆用铝合金导体，相比纯铝导体，可有效减少纯铝导体材料在受热和压力作用下的“蠕变”倾向，使得铝合金导体的电气连接具有与铜芯电缆导体相当的稳定可靠性。在保持纯铝导体电缆电气性能的同时，铝合金导体电缆具有更优良的机械性能。铝合金导体自身轻量、柔韧的特点，弥补了传统铜芯电缆存在记忆效应和高反弹等方面的不足，其较小的弯曲半径更利于运输和施工安装，节省电缆桥架和施工周期，特别在安装环境受限的狭小区域更加显著。
4.铝合金电力电缆的故障点一般发生在电缆附件处，尤其是中间接头及终端部位。除因复杂服役环境(如风、雨、盐雾)的影响造成的电缆故障外，电缆导体与连接端子间的匹配性差，电缆长时间运行及环境、工作温度等诸多因素也会导致电缆导体连接端子间的松动，造成接触不良或电阻增大，致使电缆过热而出现故障。目前，铝合金电力电缆通常采用铜铝过渡端子连接，使得铝合金电力电缆连接的可靠性难以充分保证，在过渡端子中使用纯铝端子虽然能获得良好的导电性和压接性能，但是纯铝导体材料在受热和压力作用下的“蠕变”倾向会导致纯铝端子发生不可逆的形变，继而导致连接性能下降甚至发生故障。作为过渡段的端子使用现有铝合金材料制作铜-铝合金连接端子虽然能够解决“蠕变”问题，但是现有铝合金不能满足连接端子对导电率、强度和延伸率的要求。
5.综上所述，需要提供一种技术方案来解决目前尚存的现有铝合金材料的性能不能满足制作铜-铝合金连接端子的问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的是解决现有铝合金材料的性能不能满足制作铜-铝合金连接端子的问题。
7.本发明的目的是采取下述技术方案来实现的：
8.一种铝合金，所述铝合金包括按质量百分比计的：
9.b：0.001～0.01％；si：0.005～0.04％；fe：0.1～0.3％；mg：0.005～0.03％；zn：0.02～0.03％；er：0.01～0.03％；sr：0.01～0.02％；cr+mn+v+ti≤0.006％，余量为铝和其它不可避免的微量杂质。
10.基于同一发明构思本发明还提供了一种铝合金的制备方法，所述方法包括如下步骤：
11.熔炼：加热纯铝锭完全熔化后加入al-b中间合金，经搅拌下进行硼化处理；后于750℃～760℃下，同时加入al-fe中间合金、al-zn中间合金、al-mg中间合金、al-er中间合金和al-sr中间合金，熔化后搅拌，静置处理后得到熔炼铝合金熔液；
12.精炼：将所述熔炼铝合金熔液的温度控制在750℃～760℃，于所述熔炼铝合金熔液底部通入氮气及精炼剂进行精炼得精炼铝合金熔液；
13.过滤及浇铸：将所述精炼铝合金熔液于730℃～750℃下经陶瓷过滤网过滤除杂后，浇铸于经预热的模具内冷却得所述铝合金。
14.优选的，所述搅拌包括多次搅拌，每次搅拌15～20min，每两次之间间隔10～15min。
15.优选的，所述al-b中间合金中，以质量百分数计，b为2.5～4％。
16.优选的，所述al-fe中间合金中，以质量百分数计，fe为10～20％。
17.优选的，所述al-zn中间合金中，以质量百分数计，zn为5～10％。
18.优选的，所述al-mg中间合金中，以质量百分数计，mg为2～3％。
19.优选的，所述al-er中间合金中，以质量百分数计，er为1～2％。
20.优选的，所述al-sr中间合金中，以质量百分数计，sr为1～2％。
21.优选的，所述精炼剂加入量为炉料总质量百分数计的0.2％～0.25％。
22.优选的，所述陶瓷过滤网的孔隙率为75％～80％，网孔目为70～80目。
23.优选的，对所述模具的预热温度为250℃～300℃。
24.基于同一发明构思本发明还提供了一种所述铝合金的用途，所述用途为制备电力电缆用铜-铝合金连接端子。
25.优选的，所述铜-铝合金连接端子的制作方法包括如下步骤：
26.挤压：将上述铝合金或经上述铝合金的制备方法制备的铝合金经挤压机热挤成铝合金棒，挤压温度为480℃～510℃，挤压速度为10～15mm/s，挤压成型后自然空气冷却；
27.旋转摩擦焊：将所述铝合金棒与纯铜型材进行旋转摩擦焊接，使所述纯铜型材挤入所述铝合金棒端面形成冶金态结合，得铜铝连接部件；
28.钻孔：对所述铜铝连接部件的铝合金棒钻孔，得电力电缆用铜-铝合金连接端子。
29.基于同一发明构思本发明还提供了一种生产所述铝合金的设备，所述设备包括：一个或多个处理器；所述处理器，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现所述铝合金的制备方法。
30.基于同一发明构思本发明还提供了一种处理器可读存储设备，所述可读存储设备存有控制程序，所述控制程序被执行时，实现所述铝合金的制备方法。
31.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
32.本发明提供一种铝合金，所述铝合金包括：b：0.001～0.01％；si：0.005～0.04％；fe：0.1～0.3％；mg：0.005～0.03％；zn：0.02～0.03％；er：0.01～0.03％；sr：0.01～0.02％；cr+mn+v+ti≤0.006％，余量为铝和其它不可避免的微量杂质。本发明还提供了所述铝合金的制备方法。
33.本发明通过改进现有的铝合金的组分含量以及降低铝导体中杂质含量的硼化处
理措施，提高了铝导体的导电性能；
34.通过加入al-fe中间合金在铸造时形成强化相al3fe，从而提高铝合金的机械强度；
35.通过加入al-zn中间合金及和al-mg中间合金，形成强化相mgzn2，对铝合金产生明显的强化作用，明显增加抗拉强度和屈服强度；
36.通过加入al-er中间合金实现在铝合金中加入适量的er元素，通过er元素与熔体中si、mn等元素发生化学反应，生成富铒相，富集在凝固界面前沿，阻碍组织长大，达到细化晶粒的效果；同时，铒元素与铝元素形成弥散的细小al3er沉淀相，具有较高的抗蠕变性，其扩散系数低，al3er沉淀相阻碍了铝合金在大塑性变形下的再结晶和高温下的位错运动，从而保证了合金强度的提升；此外，铒元素与铝合金中杂质元素si、mn等反应，使杂质元素从原子态转变为析出态，有助于提高铝合金的导电性能；
37.通过加入al-sr中间合金实现了在铝合金中加入适量的锶元素，可以对si、fe两种元素同时起到良好的变质效果，可以有效消除铝合金中铁相的有害作用，从而改善铝合金的强度和抗蠕变性，使其具有良好的综合力学性能；
38.本发明通过上述技术措施实现了对铝合金性能的显著优化，解决了现有铝合金材料的性能不能满足制作铜-铝合金连接端子的问题。
附图说明
39.图1为本发明实施例1的金相图；
40.图2为本发明实施例3的金相图；
41.图3为本发明实施例5的金相图。
具体实施方式
42.下面结合附图和具体实施例对技术方案做进一步说明，以助于理解本发明的内容。除另有说明除外，本发明的各组分的比例均以质量百分比计。
43.实施例1
44.本发明目的在于开发出一种用于电力行业中电缆连接端子用良好导电率、强度、延伸率及抗压蠕变性能的铝合金导体材料，解决现役电力电缆连接端子用铝合金导体材料电学、力学性能难以协同提升的技术难题。主要采用工业纯铝锭(al含量的质量百分数≥99.7％)为原料，通过优化控制硼(b)、铁(fe)、硅(si)、镁(mg)、锌(zn)、镧(la)、铒(er)合金化元素的含量，并通过制备工艺控制来调整铝合金的微观组织和力、电及抗压蠕变性能，开发出导电率≥61.5％iacs(20℃)，室温抗拉强度≥110.0mpa，延伸率≥20.0％，且在同等测试条件下(85mpa，90℃，100h)铝合金材料压蠕变量不大于纯铜压蠕变量的160.0％的电力电缆铜-铝合金连接端子用铝合金导体材料。
45.实施上述目的的具体技术措施：
46.一种电力电缆铜-铝合金连接端子用铝合金导体材料，成分体系包括al、b、si、fe、mg、zn、la、er、cr、mn、v、ti等合金元素，各组份的含量分别为：b：0.001～0.01％；si：0.005～0.04％；fe：0.1～0.3％；mg：0.005～0.03％；zn：0.02～0.03％；er：0.01～0.03％；sr：0.01～0.02％；(cr+mn+v+ti)≤0.006％，余量为铝和其它不可避免的微量杂质。
47.本发明提供的技术方案中，各合金元素的作用及机理如下：
48.b：降低杂质元素含量是提高铝导体导电率的主要手段。杂质元素如果以固溶状态存在，对铝导体导电性能的影响将更加明显。本发明通过硼化处理来实现降低铝导体中杂质含量，即在铝导体中加入一定量的b元素后，能够和过渡族杂质元素cr、mn、v、ti等主要杂质元素发生反应，使之由固溶态转变为化合态并沉积于熔体底部，从而提高铝导体的导电性能。
49.si：硅能提高铝合金的铸造性能及焊接流动性，还能使铝合金有较高的力学性能，由于其在合金中能形成一些化合物，使合金成为可热处理强化的。随着si含量升高，合金的导电率下降。这是由于提高合金中si含量，铝基体中游离si数量增加，si是半导体，较铝基体的电阻率高得多，因此si含量的过量增加会减少铝基体的有效导电截面积，降低合金的导电率，本发明控制硅含量来优化铝合金的导电性能和力学性能的平衡。
50.fe：铁是8系铝合金中的重要元素，它可以在铸造时形成强化相al3fe，从而提高铝合金强度。铝合金的晶粒尺寸和晶界宽度随着fe元素含量的不同而变化。当fe元素含量较少时晶粒尺寸较大，随着fe元素的增多合金晶粒尺寸逐渐减小，晶粒细化；当铁元素含量≥0.6％(质量百分数)后，随着fe元素含量进一步增加，铝合金的晶粒尺寸变化不大。随着fe含量的增多，铝合金导体组织中含fe相(以单质或以化合物形式存在)增多，主要分布在晶界上，阻碍晶体的移动，使晶粒滑移变得困难，对基体有弥散强化的作用。此外，fe元素的含量会影响铝合金的导电率，这是因为fe元素的固溶度较低，固溶于铝基体中的fe原子含量较少，随着fe含量的增多，fe与铝基体会生成细长条状的al9fe和al3fe等化合物，fe的固溶效果导致电子散射引起电阻增加，同时al-fe化合物的生成也会减少自由电子的数量，导致铝合金的电阻增大。因此，本发明通过优化控制fe元素的含量以保证铝合金良好的导电性能。
51.zn：锌单独加入铝中，在变形条件下对铝合金强度的提高十分有限，同时存在应力腐蚀开裂倾向，因而限制了它的应用。本发明在铝中同时加入适配的锌和镁，可形成强化相mgzn2，对铝合金产生明显的强化作用，可明显增加抗拉强度和屈服强度。
52.mg：镁在铝中的溶解度随温度下降而变小。镁对铝的强化是明显的，在适量的范围内，每增加1％镁，抗拉强度大约升高30mpa左右，同时有助于提高铝合金的加工性能。与适配锌元素同时添加，强化作用效果更佳。
53.er：铝合金中加入适量的er元素，通过与熔体中si、mn等元素发生化学反应，生成富铒相，富集在凝固界面前沿，阻碍组织长大，达到细化晶粒的效果。同时，铒元素与铝元素形成细小弥散的al3er沉淀相具有较高的抗蠕变性，其扩散系数低，al3er沉淀相阻碍了铝合金在大塑性变形下的再结晶和高温下的位错运动，从而保证了合金强度的提升。此外，铒元素与铝合金中杂质元素si、mn等反应，使杂质元素从原子态转变为析出态，有助于提高铝合金的导电性能。
54.sr：锶在铝合金中主要起变质作用，在铝合金中加入适量的锶元素，可以同时对si、fe两种元素起到良好的变质效果，可以有效消除铝合金中铁相的有害作用，从而改善铝合金的强度和抗蠕变性，使其具有良好的综合力学性能。
55.cr、mn、v、ti：这四种元素均为电工纯铝中的杂质元素。铝材中的cr、mn、v、ti杂质元素以固溶态存在时，很容易吸收材料内的自由电子而填充它们不完整的电子层，起导电
作用的自由电子数目减少会导致铝材电阻率增加。研究表明，每1％(cr+mn+v+ti)杂质元素对铝导体导电性能有害作用为每1％si元素有害作用的5倍。由此可以看出严格控制cr、mn、v、ti杂质元素的含量对保证铝导体的导电性能具有重要作用。
56.具体实施例如下：一种电力电缆铜-铝合金连接端子用铝合金导体材料，组分及其质量百分比为：
[0057][0058][0059]
上述电力电缆导体用铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
[0060]
1)熔炼：将纯度等于99.7％(质量百分数)的工业纯铝锭于750℃下熔化后加入中间合金；
[0061]
2)精炼：将步骤1)制得的铝合金液控制在750℃，于铝合金液的底部通入高纯氮气(纯度为99.99％)及精炼剂，通气时间15min后，搅拌15min后静置30min后扒渣；
[0062]
3)过滤及浇铸：将步骤2)制得的铝合金液于730℃下先经al2o3陶瓷过滤网过滤除杂后，浇铸于紫铜材质模具内，得铝合金铸锭；
[0063]
4)挤压：将步骤3)制得的铝合金铸锭经挤压机热挤压成ф30.0mm的铝合金棒材。
[0064]
具体的，步骤1)中所述中间合金的加入顺序为：在750℃时加入al-b中间合金，al-b中间合金完全熔化后对铝合金液进行电磁搅拌，每次搅拌15min，共3次，两次之间间隔15min；硼化处理结束静置20min后，将铝合金液温度控制在750℃后加入al-fe、al-mg、al-zn、al-er和al-sr中间合金，使用搅拌机对铝合金液进行电磁搅拌，每次搅拌15min，共3次，两次之间间隔15min；之后静置30min；
[0065]
具体的，步骤2)中所述精炼剂的加入量为炉料总量的0.2％。
[0066]
具体的，步骤3)中所述al2o3陶瓷过滤网的孔隙率为70％，网孔目为80目；所述的紫铜材质模具预热温度为250℃，预热时间为2.0h；所制得的铝合金铸锭的尺寸为ф100mm
×
300mm。
[0067]
具体的，步骤4)中所述的铝合金铸锭经挤压机于510℃进行热挤压，挤压速度是15mm/s。
[0068]
上述方案制备的电力电缆用铝合金导体材料的导电率为61.7％iacs(20℃)，室温抗拉强度为110.5mpa，延伸率为20.1％，同等测试条件(85mpa，90℃，100h)下铝合金压蠕变量与纯铜压蠕变量的比值为158.0％；金相图如图1所示。
[0069]
实施例2
[0070]
一种电力电缆铜-铝合金连接端子用铝合金导体材料，组分及其质量百分比为：
[0071][0072]
上述电力电缆导体用铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
[0073]
1)熔炼：将纯度等于99.7％(质量百分数)的工业纯铝锭于760℃下熔化后加入中间合金；
[0074]
2)精炼：将步骤1)制得的铝合金液控制在760℃，于铝合金液的底部通入高纯氮气(纯度为99.99％)及精炼剂，通气时间15min后，搅拌15min后静置30min后扒渣；
[0075]
3)过滤及浇铸：将步骤2)制得的铝合金液于750℃下先经al2o3陶瓷过滤网过滤除杂后，浇铸于紫铜材质模具内，得铝合金铸锭；
[0076]
4)挤压：将步骤3)制得的铝合金铸锭经挤压机热挤压成ф30.0mm的铝合金棒材。
[0077]
具体的，步骤1)中所述中间合金的加入顺序为：在750℃时加入al-b中间合金，al-b中间合金完全熔化后对铝合金液进行电磁搅拌，每次搅拌15min，共3次，两次之间间隔10min；硼化处理结束静置20min后，将铝合金液温度控制在750℃后加入al-fe、al-mg、al-zn、al-er和al-sr中间合金，使用搅拌机对铝合金液进行电磁搅拌，每次搅拌15min，共3次，两次之间间隔10min；之后静置30min；
[0078]
具体的，步骤2)中所述精炼剂的加入量为炉料总量的0.25％。
[0079]
具体的，步骤3)中所述al2o3陶瓷过滤网的孔隙率为70％，网孔目为80目；所述的紫铜材质模具预热温度为300℃，预热时间为1.5h；所制得的铝合金铸锭的尺寸为ф100mm
×
300mm。
[0080]
具体的，步骤4)中所述的铝合金铸锭经挤压机于500℃进行热挤压，挤压速度是13mm/s。
[0081]
上述方案制备的电力电缆用铝合金导体材料的导电率为61.6％iacs(20℃)，室温抗拉强度为111.2mpa，延伸率为21.2％，同等测试条件(85mpa，90℃，100h)下铝合金压蠕变量与纯铜压蠕变量的比值为157.2％。
[0082]
实施例3
[0083]
一种电力电缆铜-铝合金连接端子用铝合金导体材料，组分及其质量百分比为：
[0084][0085]
上述电力电缆导体用铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
[0086]
1)熔炼：将纯度等于99.7％(质量百分数)的工业纯铝锭于750℃下熔化后加入中间合金；
[0087]
2)精炼：将步骤1)制得的铝合金液控制在750℃，于铝合金液的底部通入高纯氮气(纯度为99.99％)及精炼剂，通气时间20min后，搅拌15min后静置30min后扒渣；
[0088]
3)过滤及浇铸：将步骤2)制得的铝合金液于740℃下先经al2o3陶瓷过滤网过滤除杂后，浇铸于紫铜材质模具内，得铝合金铸锭；
[0089]
4)挤压：将步骤3)制得的铝合金铸锭经挤压机热挤压成ф30.0mm的铝合金棒材。
[0090]
具体的，步骤1)中所述中间合金的加入顺序为：在750℃时加入al-b中间合金，al-b中间合金完全熔化后对铝合金液进行电磁搅拌，每次搅拌20min，共3次，两次之间间隔15min；硼化处理结束静置20min后，将铝合金液温度控制在740℃后加入al-fe、al-mg、al-zn、al-er和al-sr中间合金，使用搅拌机对铝合金液进行电磁搅拌，每次搅拌15min，共3次，两次之间间隔15min；之后静置30min；
[0091]
具体的，步骤2)中所述精炼剂的加入量为炉料总量的0.25％。
[0092]
具体的，步骤3)中所述al2o3陶瓷过滤网的孔隙率为75％，网孔目为70目；所述的紫铜材质模具预热温度为280℃，预热时间为2.0h；所制得的铝合金铸锭的尺寸为ф100mm
×
300mm。
[0093]
具体的，步骤4)中所述的铝合金铸锭经挤压机于500℃进行热挤压，挤压速度是12mm/s。
[0094]
上述方案制备的电力电缆用铝合金导体材料的导电率为61.6％iacs(20℃)，室温抗拉强度为112.0mpa，延伸率为22.0％，同等测试条件(85mpa，90℃，100h)下铝合金压蠕变量与纯铜压蠕变量的比值为157.0％；金相图如图2所示。
[0095]
实施例4
[0096]
一种电力电缆铜-铝合金连接端子用铝合金导体材料，组分及其质量百分比为：
[0097][0098]
上述电力电缆导体用铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
[0099]
1)熔炼：将纯度等于99.7％(质量百分数)的工业纯铝锭于760℃下熔化后加入中间合金；
[0100]
2)精炼：将步骤1)制得的铝合金液控制在760℃，于铝合金液的底部通入高纯氮气(纯度为99.99％)及精炼剂，通气时间15min后，搅拌20min后静置30min后扒渣；
[0101]
3)过滤及浇铸：将步骤2)制得的铝合金液于730℃下先经al2o3陶瓷过滤网过滤除杂后，浇铸于紫铜材质模具内，得铝合金铸锭；
[0102]
4)挤压：将步骤3)制得的铝合金铸锭经挤压机热挤压成ф30.0mm的铝合金棒材。
[0103]
具体的，步骤1)中所述中间合金的加入顺序为：在760℃时加入al-b中间合金，al-b中间合金完全熔化后对铝合金液进行电磁搅拌，每次搅拌15min，共3次，两次之间间隔10min；硼化处理结束静置20min后，将铝合金液温度控制在750℃后加入al-fe、al-mg、al-zn、al-er和al-sr中间合金，使用搅拌机对铝合金液进行电磁搅拌，每次搅拌15min，共3次，两次之间间隔10min；之后静置30min；
[0104]
具体的，步骤2)中所述精炼剂的加入量为炉料总量的0.23％。
[0105]
具体的，步骤3)中所述al2o3陶瓷过滤网的孔隙率为80％，网孔目为70目；所述的紫铜材质模具预热温度为250℃，预热时间为2.0h；所制得的铝合金铸锭的尺寸为ф100mm
×
300mm。
[0106]
具体的，步骤4)中所述的铝合金铸锭经挤压机于490℃进行热挤压，挤压速度是10mm/s。
[0107]
上述方案制备的电力电缆用铝合金导体材料的导电率为61.5％iacs(20℃)，室温抗拉强度为112.5mpa，延伸率为22.3％，同等测试条件(85mpa，90℃，100h)下铝合金压蠕变量与纯铜压蠕变量的比值为156.0％。
[0108]
实施例5
[0109]
一种电力电缆铜-铝合金连接端子用铝合金导体材料，组分及其质量百分比为：
[0110][0111][0112]
上述电力电缆导体用铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
[0113]
1)熔炼：将纯度等于99.7％(质量百分数)的工业纯铝锭于760℃下熔化后加入中间合金；
[0114]
2)精炼：将步骤1)制得的铝合金液控制在760℃，于铝合金液的底部通入高纯氮气(纯度为99.99％)及精炼剂，通气时间15min后，搅拌20min后静置30min后扒渣；
[0115]
3)过滤及浇铸：将步骤2)制得的铝合金液于750℃下先经al2o3陶瓷过滤网过滤除杂后，浇铸于紫铜材质模具内，得铝合金铸锭；
[0116]
4)挤压：将步骤3)制得的铝合金铸锭经挤压机热挤压成ф30.0mm的铝合金棒材。
[0117]
具体的，步骤1)中所述中间合金的加入顺序为：在760℃时加入al-b中间合金，al-b中间合金完全熔化后对铝合金液进行电磁搅拌，每次搅拌20min，共3次，两次之间间隔10min；硼化处理结束静置20min后，将铝合金液温度控制在760℃后加入al-fe、al-mg、al-zn、al-er和al-sr中间合金，使用搅拌机对铝合金液进行电磁搅拌，每次搅拌20min，共3次，两次之间间隔10min；之后静置30min；
[0118]
具体的，步骤2)中所述精炼剂的加入量为炉料总量的0.25％。
[0119]
具体的，步骤3)中所述al2o3陶瓷过滤网的孔隙率为75％，网孔目为70目；所述的紫铜材质模具预热温度为250℃，预热时间为2.0h；所制得的铝合金铸锭的尺寸为ф100mm
×
300mm。
[0120]
具体的，步骤4)中所述的铝合金铸锭经挤压机于480℃进行热挤压，挤压速度是10mm/s。
[0121]
上述方案制备的电力电缆用铝合金导体材料的导电率为61.5％iacs(20℃)，室温抗拉强度为113.2mpa，延伸率为22.8％，同等测试条件(85mpa，90℃，100h)下铝合金压蠕变量与纯铜压蠕变量的比值为155.5％；金相图如图3所示。
[0122]
根据上述实施例各制备的铝合金导体材料的成分如表1，根据上述实施例制备的铝合金导体材料的性能测试结果如表2。
[0123]
表1实施例制备的铝合金导体材料的成分表(wt％)
[0124]
组别bsifemgznersrcr+mn+v+ti实施例10.0060.0300.2200.0300.0200.0100.0200.005
实施例20.0070.0350.2400.0250.0230.0180.0180.005实施例30.0080.0380.2610.0200.0250.0200.0160.005实施例40.0080.0400.2800.0180.0260.0250.0150.006实施例50.0100.0400.3000.0160.0300.0300.0100.006
[0125]
表2实施例制备的铝合金导体材料的性能测试结果
[0126][0127]
通过表2可知，本发明的电力电缆导体用铝合金材料的综合性能具有明显的优势，特别是导电率≥61.5％iacs(20℃)，室温抗拉强度≥110.0mpa，延伸率≥20.0％，且在同等测试条件下(85mpa，90℃，100h)铝合金材料压蠕变量不大于纯铜压蠕变量的160.0％。
[0128]
实施例6
[0129]
一种电力电缆铜-铝合金连接端子用铝合金导体材料，组分及其质量百分比为：
[0130][0131][0132]
上述电力电缆导体用铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
[0133]
1)熔炼：将纯度等于99.7％(质量百分数)的工业纯铝锭于755℃下熔化后加入中间合金；
[0134]
2)精炼：将步骤1)制得的铝合金液控制在755℃，于铝合金液的底部通入高纯氮气(纯度为99.99％)及精炼剂，通气时间18min后，搅拌17min后静置30min后扒渣；
[0135]
3)过滤及浇铸：将步骤2)制得的铝合金液于745℃下先经al2o3陶瓷过滤网过滤除杂后，浇铸于紫铜材质模具内，得铝合金铸锭；
[0136]
4)挤压：将步骤3)制得的铝合金铸锭经挤压机热挤压成ф30.0mm的铝合金棒材。
[0137]
具体的，步骤1)中所述中间合金的加入顺序为：在755℃时加入al-b中间合金，al-b中间合金完全熔化后对铝合金液进行电磁搅拌，每次搅拌18min，共3次，两次之间间隔12min；硼化处理结束静置20min后，将铝合金液温度控制在755℃后加入al-fe、al-mg、al-zn、al-er和al-sr中间合金，使用搅拌机对铝合金液进行电磁搅拌，每次搅拌18min，共3次，两次之间间隔12min；之后静置30min；
[0138]
具体的，步骤2)中所述精炼剂的加入量为炉料总量的0.21％。
[0139]
具体的，步骤3)中所述al2o3陶瓷过滤网的孔隙率为77％，网孔目为74目；所述的紫铜材质模具预热温度为260℃，预热时间为2.0h；所制得的铝合金铸锭的尺寸为ф100mm
×
300mm。
[0140]
具体的，步骤4)中所述的铝合金铸锭经挤压机于485℃进行热挤压，挤压速度是11mm/s。
[0141]
本实施例制备的电力电缆用铝合金导体材料的导电率为62.2％iacs(20℃)，室温抗拉强度为100.8mpa，延伸率为18.0％，同等测试条件(85mpa，90℃，100h)下铝合金压蠕变量与纯铜压蠕变量的比值为198.6％。
[0142]
未述及的必要技术内容与实施例1相同或为现有技术，故不再赘述。
[0143]
实施例7
[0144]
基于同一种发明构思，本发明还提供了一种电力电缆铜-铝合金连接端子用铝合金导体材料的制备方法，其步骤为：
[0145]
1)冶炼：将工业纯铝锭(al含量的质量百分数≥99.7％)加入中频感应熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度保持在750℃～760℃；待工业纯铝锭完全熔化后，升温至750℃～760℃保温，加入al-b中间合金(b含量的质量百分数为2.5％)进行硼化处理，al-b中间合金完全熔化后对铝合金液进行电磁搅拌，每次搅拌15～20min，共3次，两次之间间隔10min；硼化处理后静置20min，于750℃～760℃同时加入al-fe中间合金(fe含量的质量百分数为20％)、al-zn中间合金(zn含量的质量百分数为10％)、al-mg中间合金(mg含量的质量百分数为3％)、al-er中间合金(er含量的质量百分数为1％)、al-sr中间合金(sr含量的质量百分数为2％)。待中间合金完全熔化后对铝合金液进行电磁搅拌，每次搅拌15～20min，共3次，两次之间间隔10min，之后静置30min；
[0146]
2)精炼：将步骤1)制得的铝合金液温度控制在750℃～760℃范围，于铝合金液底部通入高纯氮气(纯度为99.99％)及精炼剂，通气时间15～20min后，搅拌15～20min后静置30min后扒渣；精炼剂加入量约为炉料总量的0.2％～0.25％；
[0147]
3)过滤及浇铸：将步骤2)制得的铝合金液于730℃～750℃温度下先经al2o3陶瓷过滤网过滤除杂，过滤网的孔隙率为70％～75％，网孔目在70～80目；铝合金液经过滤后浇铸于经250℃～300℃预热1.5h～2.0h后的紫铜材质模具内，制备出尺寸为ф100mm
×
300mm的圆柱形铝合金铸锭；
[0148]
4)挤压：将步骤3)制得的圆柱形铝合金铸锭，经挤压机将其热挤成ф30mm的铝合金棒材，挤压温度为480℃～510℃，挤压速度为10～15mm/s，挤压完成后自然空气冷却。
[0149]
5)旋转摩擦焊：将步骤4)制得的铝合金棒，与购得的t2纯铜型材进行旋转摩擦焊接。摩擦焊接前，先用机床对铝合金棒、纯铜型材的端面进行车削，去除待焊接部分的氧化膜；之后采用旋转摩擦焊对铝合金棒与铜头进行焊接，使铜头挤入铝合金棒端面2～3mm深
度，接触表面形成冶金态结合；
[0150]
6)钻孔：对步骤5)制得的铜铝连接部件的铝合金棒进行钻孔，从而最终制得铝合金电力电缆用铜-铝合金连接端子。
[0151]
本发明提供的制备方法中加入al-b中间合金静置30min扒渣后，再加入al-fe中间合金、al-zn中间合金、al-mg中间合金、al-sr中间合金、al-er中间合金。
[0152]
本发明提供的制备方法步骤1)中，待工业纯铝锭于750℃～760℃温度下完全熔化后，于750℃～760℃后加入al-b中间合金静置30min后扒渣，之后于750℃～760℃温度下同时加入al-fe中间合金、al-zn中间合金、al-mg中间合金、al-sr中间合金、al-er中间合金；中间合金加入完全熔化后对铝合金液进行电磁搅拌，每次搅拌15～20min，共3次，两次之间间隔10～15min。
[0153]
本发明提供的制备方法步骤4)中，将浇铸制得的铝合金铸锭于480℃～510℃下热挤压成ф30mm的铝合金棒材，挤压速度10～15mm/s。
[0154]
本发明提供的电力电缆铜-铝合金连接端子用铝合金棒材的导电率≥61.5％iacs(20℃)，室温抗拉强度≥110.0mpa，延伸率≥20.0％，且在同等测试条件下(85mpa，90℃，100h)铝合金材料压蠕变量不大于纯铜压蠕变量的160.0％。
[0155]
本发明由于在铝基体中添加了b、fe、mg、zn、sr、er合金化元素，既能够降低铝基体中杂质含量提高导电性能，又通过热处理时效析出相改善铝合金的拉伸性能和抗压蠕变性能，从而保证铝合金材料具有良好的导电率和力学性能。其工艺特点在于：先将工业纯铝锭(al含量的质量百分数≥99.7％)于750℃～760℃温度下在中频感应炉中进行熔炼，当工业纯铝锭完全熔化后于750℃～760℃温度下加入al-b中间合金硼化处理，然后于750℃～760℃温度下一并加入al-fe中间合金、al-zn中间合金、al-mg中间合金、al-sr中间合金、al-er中间合金。使用搅拌机对加入中间合金的铝合金液进行电磁搅拌，使微合金化元素充分均匀化；采用精炼剂对铝液进行除氢、除渣精炼，静置30min后进行扒渣；采用al2o3陶瓷过滤网过滤除杂后进行铝合金液浇铸，采用经250℃～300℃预热1.5h～2.0h后的紫铜材质模具浇铸成ф100mm
×
300mm圆柱形铝合金铸锭；采用热挤压的方式将铝合金铸锭于480℃～510℃下热挤压成ф30.0mm的铝合金棒材。
[0156]
本发明由于在铝基体中添加了适量的b、fe、mg、zn、er、sr合金化元素，在保证铝合金导电率的同时也保证了铝合金具有良好的拉伸性能和抗压蠕变性能，由此制备出导电率≥61.5％iacs(20℃)，室温抗拉强度≥110.0mpa，延伸率≥20.0％，且在同等测试条件下(85mpa，90℃，100h)铝合金材料压蠕变量不大于纯铜压蠕变量的160.0％的电力电缆铜-铝合金连接端子用铝合金导体材料。
[0157]
实施例8
[0158]
本发明还提供一种如实施例1-6任一所述的铝合金或采用如实施例1-7任一所述方法制备的铝合金的用途，所述用途为制备电力电缆用铜-铝合金连接端子，所述连接端子中的一或多个端子使用如实施例1-6任一所述的铝合金或采用如实施例1-7任一所述方法制备的铝合金制作。
[0159]
所述铜-铝合金连接端子的制作方法包括如下步骤：
[0160]
挤压：将如实施例1-6所述的铝合金或采用如实施例1-7任一所述方法制备的铝合金经挤压机热挤成铝合金棒，挤压温度为480℃～510℃，挤压速度为10～15mm/s，挤压成型
后自然空气冷却；
[0161]
旋转摩擦焊：将所述铝合金棒与纯铜型材进行旋转摩擦焊接，使所述纯铜型材挤入所述铝合金棒端面形成冶金态结合，得铜铝连接部件；
[0162]
钻孔：对所述铜铝连接部件的铝合金棒钻孔，得电力电缆用铜-铝合金连接端子。
[0163]
实施例9
[0164]
基于同一种发明构思，本发明还提供了一种生产如实施例1-6任一所述铝合金或者实施如实施例1-7任一所述方法的设备，所述设备包括：一个或多个处理器；所述处理器，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如实施例1或7中所述的一种铝合金的制备方法。该设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor、dsp)、专用集成电路(application specificintegrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行计算机存储介质内一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能，以实现上述实施例1-7任一所述的一种铝合金的制备方法的步骤，以生产如实施例1-6任一所述的铝合金。
[0165]
实施例10
[0166]
基于同一种发明构思，本发明还提供了一种处理器可读存储设备，所述可读存储设备存有控制程序，所述控制程序被执行时，实现如实施例1-7任一所述的一种铝合金的制备方法。具体为处理器可读存储介质(memory)，所述处理器可读存储介质是计算机设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的处理器可读存储介质既可以包括计算机设备中的内置存储介质，当然也可以包括计算机设备所支持的扩展存储介质。处理器可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的处理器可读存储介质可以是高速ram存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可由处理器加载并执行处理器可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例1-7任一所述的一种铝合金的制备方法的步骤。
[0167]
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的权利要求范围之内。

技术特征：
1.一种铝合金，其特征在于，所述铝合金包括按质量百分比计的：b：0.001～0.01％；si：0.005～0.04％；fe：0.1～0.3％；mg：0.005～0.03％；zn：0.02～0.03％；er：0.01～0.03％；sr：0.01～0.02％；cr+mn+v+ti≤0.006％，余量为铝和其它不可避免的微量杂质。2.如权利要求1所述的一种铝合金的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：熔炼：加热纯铝锭完全熔化后加入al-b中间合金，经搅拌进行硼化处理；后于750℃～760℃下，同时加入al-fe中间合金、al-zn中间合金、al-mg中间合金、al-er中间合金和al-sr中间合金，熔化后搅拌，静置处理后得到熔炼铝合金熔液；精炼：将所述熔炼铝合金熔液的温度控制在750℃～760℃，于所述熔炼铝合金熔液底部通入氮气及精炼剂进行精炼得精炼铝合金熔液；过滤及浇铸：将所述精炼铝合金熔液于730℃～750℃下经陶瓷过滤网过滤除杂后，浇铸于经预热的模具内冷却得所述铝合金。3.如权利要求2所述的一种铝合金的制备方法，其特征在于，所述搅拌包括多次搅拌，每次搅拌15～20min，每两次之间间隔10～15min。4.如权利要求2所述的一种铝合金的制备方法，其特征在于，所述al-b中间合金中，以质量百分数计，b为2.5～4％。5.如权利要求2所述的一种铝合金的制备方法，其特征在于，所述al-fe中间合金中，以质量百分数计，fe为10～20％。6.如权利要求2所述的一种铝合金的制备方法，其特征在于，所述al-zn中间合金中，以质量百分数计，zn为5～10％。7.如权利要求2所述的一种铝合金的制备方法，其特征在于，所述al-mg中间合金中，以质量百分数计，mg为2～3％。8.如权利要求2所述的一种铝合金的制备方法，其特征在于，所述al-er中间合金中，以质量百分数计，er为1～2％。9.如权利要求2所述的一种铝合金的制备方法，其特征在于，所述al-sr中间合金中，以质量百分数计，sr为1～2％。10.如权利要求2所述的一种铝合金的制备方法，其特征在于，所述精炼剂加入量为炉料总质量百分数计的0.2％～0.25％。11.如权利要求2所述的一种铝合金的制备方法，其特征在于，所述陶瓷过滤网的孔隙率为75％～80％，网孔目为70～80目。12.如权利要求2所述的一种铝合金的制备方法，其特征在于，对所述模具的预热温度为250℃～300℃。13.如权利要求1所述铝合金或采用权利要求2-12任一所述方法制备的铝合金的一种用途，所述用途为制备电力电缆用铜-铝合金连接端子。14.如权利要求13所述的用途，其特征在于，所述铜-铝合金连接端子的制作方法包括如下步骤：挤压：将如权利要求1所述的铝合金或采用权利要求2-12任一所述方法制备的铝合金经挤压机热挤成铝合金棒，挤压温度为480℃～510℃，挤压速度为10～15mm/s，挤压成型后自然空气冷却；
旋转摩擦焊：将所述铝合金棒与纯铜型材进行旋转摩擦焊接，使所述纯铜型材挤入所述铝合金棒端面形成冶金态结合，得铜铝连接部件；钻孔：对所述铜铝连接部件的铝合金棒钻孔，得电力电缆用铜-铝合金连接端子。15.一种生产如权利要求1所述的铝合金的设备，其特征在于，所述设备包括：一个或多个处理器；所述处理器，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如权利要求2-12中任一所述的铝合金的制备方法。16.一种处理器可读存储设备，其特征在于，所述可读存储设备存有控制程序，所述控制程序被执行时，实现如权利要求2-12中任一所述的铝合金的制备方法。

技术总结
本发明提供一种铝合金、制备方法、其用途及相关设备。所述铝合金包括：按质量百分比计的下述组分：B：0.001～0.01％；Si：0.005～0.04％；Fe：0.1～0.3％；Mg：0.005～0.03％；Zn：0.02～0.03％；Er：0.01～0.03％；Sr：0.01～0.02％；Cr+Mn+V+Ti≤0.006％，余量为铝和其它不可避免的微量杂质。本发明提供的技术方案通过硼化处理降低铝合金导体中杂质含量，进而提高导体的导电性能；通过加入Al-Fe中间合金提高铝合金的机械强度；通过加入Al-Zn中间合金及和Al-Mg中间合金以形成强化相MgZn2，明显增加抗拉强度和屈服强度；通过加入Al-Er中间合金实现铒元素与铝元素形成弥散的细小Al3Er沉淀相，提高抗蠕变性和导电性能；通过加入Al-Sr中间合金使得铝合金具有良好的综合力学性能。中间合金使得铝合金具有良好的综合力学性能。中间合金使得铝合金具有良好的综合力学性能。


技术研发人员：祝志祥 韩钰 丁一 陈保安 杨长龙 周明瑜 潘学东 李梦琳 迟铖 吕旭明 朱元成 隋合轼 马洪峰 聂瑾 徐中凯 段有重 郑薇 徐若愚 高健峰 庞震 张强 赵丽丽 赵蕊
受保护的技术使用者：国网辽宁省电力有限公司营口供电公司 全球能源互联网欧洲研究院 国家电网有限公司
技术研发日：2023.04.28
技术公布日：2023/8/24