一种线缆用镀锡铝合金导体材料及其制备方法、应用与流程

1.本发明属于铝合金导电电缆制备技术领域，涉及一种线缆用镀锡铝合金及其制备方法、应用，尤其涉及一种线缆用镀锡铝合金导体材料及其制备方法、应用。


背景技术：

2.随着国内近十多年铝合金电缆技术的发展，铝合金电缆的制造工艺、产品性能、检测、安装施工等方面发展的日益成熟，其相配套的产品标准和设计标准也逐渐完备，为铝合金电缆在国内的快速发展提供了有力的保障。
3.尽管铝合金电缆发展迅猛，但现在市场上电缆绝大部分仍是以铜芯为导体材料。然而，随着铜资源日益紧张、濒临匮乏，全球铜价格暴涨，波动巨大，给用户企业和电缆制造企业带来较大的经营风险，由于中国铜电缆制造企业将近万家，竞争异常激烈，低价竞争成为常态，再加上铜价的大幅波动，给铜缆企业带来极大的生产风险，因而产品质量也难以保证，使用代替铜芯导体其他材料的导体需求越来越大。金属材料中铝导电效果好、质轻、价格低廉、资源丰富，同时，近年来人们环保意识的加强，强烈需要减轻重量以提高机械燃料利用率。因此，以铝芯电缆代替铜芯电缆已是必然所趋。
4.国内铝合金电缆在600v-35kv电力电缆领域应用已经超过十年，技术已经成熟，由于铝的化学性质活泼，在大气中可形成厚约0.005～0.015μm的氧化膜，该膜致密且太薄，起不到防护作用，特别是对于沿海地区盐碱度比较高，以及化工厂化合物和酸碱腐蚀较为严重的场所，现有铝合金电缆防腐性能远不能满足工业使用要求，这些涉及防腐要求较高的场所，都严禁使用铝芯电缆。
5.随着国家对新能源的大力发展，光伏发电、风力发电、新能源汽车对电线电缆的需求量剧增，铜材的需求量也呈现剧增趋势，铜价也随之暴涨，由于铜价暴涨导致工程造价成本大增，影响了新能源行业的快速发展，为了降低造价成本，对铝合金电缆的需求越来越大，铝合金电缆的技术向更深领域的发展，如今现有的铝合金电缆技术已经不能适应新能源等众多领域发展的需求，特别是无法解决连接方面的问题，比如光伏专用线方面，电缆导体与镀锡铜端子采用焊接连接方式，铝合金电缆无法实现焊接连接的方式，还比如新能源汽车方面，汽车线束大部分采用的都是焊接连接方式，铝合金开发成汽车线束同样受制于连接方式，阻碍了铝合金线缆的发展。
6.因此，如何开发以铝合金为基材的导体技术，并适合现有成熟连接方案，是铝合金电线电缆发展面临的新难题，本发明认为解决好铝合金导体材料的表面处理问题和连接问题，将推动铝合金导体材料在电线电缆领域向纵深方向发展，也是业内诸多一线研究人员亟待解决的问题之一。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种线缆用镀锡铝合金及其制备方法、应用。本发明提供的镀锡铝合金导体材料，通过表面镀锡处理后极大的提高了现有铝合
金导体材料的硬度、耐磨性、韧性，特别是耐腐蚀性能，无需铜铝过渡端子，可以与现有端子可直接连接安装，极大的提高连接的安全可靠性。镀锡铝合金导体材料具有可焊接性，可应用于光伏专用线、汽车线束、电气装备用线等，可与配套金具直接焊接连接；而且工艺简单，可控性强，现场可执行性高，适于工业化规模生产的推广和应用。
8.本发明提供了一种线缆用镀锡铝合金线材，所述铝合金，按质量百分比计，包括：
9.a：0.001％～2.0％；
10.所述a为fe、cu、mg、zn、b、ca、si、zr、mn、cr、ti、v和re中的一种或多种；
11.余量为al和杂质；
12.所述镀锡铝合金表面设置有镀锡层；
13.所述镀锡层，按质量百分比计，包括：
14.d：0.01％～50％；
15.余量为sn和杂质；
16.所述d为ni、zn、fe、mg、na、k、al、as和sb中的一种或多种；
17.所述镀锡层的厚度为0.1～500μm。
18.优选的，所述镀锡层中还包括质量含量为0.01％～50％的e；
19.所述e为cu、mn、ca、co、ga、cd、bi、ag、c和cl中的一种或多种；
20.所述镀锡铝合金包括铝合金基体、复合在基体上镀镍层以及复合在镀镍层上的镀锡层；
21.所述铝合金基体的横向尺寸为0.1～100mm。
22.优选的，所述镀锡层中还包括质量含量为0.01％～40％的f；
23.所述f为cr、pb、v、ti、o、si、s、p、n、b和h中的一种或多种；
24.所述镀锡铝合金线材具体为镀锡铝合金线材导体；
25.所述线材导体包括1类导体、2类导体、5类导体或6类导体。
26.优选的，所述的镀锡层还包含0.001wt％～10wt％的re；
27.所述镀锡铝合金中，镀锡层的质量含量为1％～40％；
28.所述镀锡铝合金中，镀镍层的厚度为100nm～10μm。
29.本发明提供了一种如上述技术方案任意一项所述的线缆用镀锡铝合金的制备方法，包括以下步骤：
30.1)将铝合金线材样坯经过前处理后，再进行浸锌和镀镍后，得到复合有镀镍层的铝合金线材；
31.2)将上述步骤得到的复合有镀镍层的铝合金线材经过镀锡后，再经过后处理，得到镀锡铝合金线材。
32.优选的，所述前处理步骤包括表面化学除油、热水洗、冷水洗、强碱浸蚀、水冲洗和出光中的一种或多种；
33.所述浸锌的处理液包括：
[0034][0035]
所述浸锌的时间为5～10min。
[0036]
优选的，所述镀镍的方式包括电镀亮镍；
[0037]
所述电镀亮镍的处理液包括：
[0038][0039][0040]
所述电镀亮镍的ph值为3.5～4.0；
[0041]
所述电镀亮镍的dk为6～8a/dm2；
[0042]
所述电镀亮镍的温度为40～45℃；
[0043]
所述电镀亮镍的时间为10～20min。
[0044]
优选的，所述镀镍的方式包括电镀暗镍；
[0045]
所述电镀暗镍的处理液包括：
[0046]
niso4·
6h2o300～350g/l；
[0047]
nacl40～45g/l；
[0048]
na2so485～95g/l；
[0049]
所述电镀暗镍的dk为8～10a/dm2；
[0050]
所述电镀暗镍的温度为35～40℃；
[0051]
所述电镀暗镍的时间为10～15min。
[0052]
优选的，所述镀锡的方式包括电镀锡；
[0053]
所述电镀锡的处理液包括：
[0054][0055]
所述电镀锡的dk为6～10a/dm2；
[0056]
所述电镀锡的温度为20～30℃；
[0057]
所述电镀锡的时间为5～40min。
[0058]
本发明还提供了上述技术方案任意一项所述的镀锡铝合金或上述技术方案任意一项所述的制备方法所制备的镀锡铝合金在线缆领域的应用。
[0059]
本发明提供了一种线缆用镀锡铝合金线材，所述铝合金，按质量百分比计，包括0.001％～2.0％的a；所述a为fe、cu、mg、zn、b、ca、si、zr、mn、cr、ti、v和re中的一种或多种；余量为al和杂质；所述镀锡铝合金表面设置有镀锡层；所述镀锡层，按质量百分比计，包括0.01％～50％的d；余量为sn和杂质；所述d为ni、zn、fe、mg、na、k、al、as和sb中的一种或多种；所述镀锡层的厚度为0.1～500μm。与现有技术相比，本发明研究认为，解决好铝合金材料的表面处理问题，使铝合金材料具有可焊接性，将推动铝合金电缆从电力电缆领域向线束领域快速发展。基于此，本发明提供了一种线缆用镀锡铝合金线材，该镀锡铝合金导体材料，具有极好的抗腐蚀性能，大大超过没有镀锡铝合金的防腐性能，根据gb 10124《金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法》进行气氛腐蚀试验以及电解质液腐蚀试验，试验周期720小时条件下，腐蚀速率≤0.03mm/a，在盐雾和盐水中具有很好的稳定性，解决了沿海地区盐碱度比较高、以及化工厂化合物和酸碱腐蚀较为严重不宜使用普通铝合金电缆的问题，采用镀锡铝合金导体材料制备的合金电缆，完全满足这些环境较为恶劣场所的需求。
[0060]
本发明提供的镀锡铝合金导体材料制备的合金电缆，可与铜端子直接连接，免去采用铜铝过渡端子连接带来的不稳定性以及与配套设施不必要的安装问题。本发明的镀锡铝合金电缆，可与铜端子直接压接，且根据国标gb/t9327《额定电压35kv(um＝40.5kv)及以下电力电缆导体用压接式和机械式连接金具试验方法和要求》，通过了1000次热循环实验，安装连接稳定可靠，而且还避免了接头部位导体暴露出现易腐蚀的风险，提高电缆的使用寿命。该镀锡铝合金导体材料，可用于新能源汽车、光伏发电、风力发电、电气装备用线或家电等各个领域，极大提高了现有铝合金材料的硬度、耐磨性、韧性，以及耐腐蚀性能，无需铜铝过渡端子，可以与现有铜端子直接连接安装，也可以与镀锡铜端子直接焊接连接，极大的提高连接的安全可靠性。
[0061]
本发明还提供了线缆用镀锡铝合金的制备方法，本发明在铝合金导体材料表面通过镀锡处理，极大提高了现有铝合金材料的硬度、耐磨性、韧性，有效的优化了铝合金作为导体材料的各项性能指标。本发明提供的镀锡铝合金工艺很好的解决了铝合金导体表面的镀锡的技术难题，通过预先浸锌，再在此基础上电镀镍，最后再电镀锡，成功在铝合金导体表面实现镀锡的工艺，在不影响铝合金导体原有电气性能和机械性能的前提下，解决了铝合金的防腐问题和与铜端子连接的问题。通过在铝合金表面实现镀锡技术，解决了铝的可焊接性问题，解决了在很多应用场所需要焊接而铝无法进行焊接的技术难题，可与电力金具直接焊接连接，可焊接性符合gb/t4910，可应用于光伏专用线、汽车线束、屏蔽线、电气装备用电线电缆等各领域，极大拓展了铝合金导体替代铜芯导体的应用场景。
[0062]
实验结果表明，本发明提供的镀锡铝合金导体材料具有较好的机械物理性能和电气性能，断裂伸长率大于等于10％，抗拉强度大于等于100mpa，导电率大于62％iacs。
附图说明
[0063]
图1为本发明制备的线缆用镀锡铝合金线材的断面微观图像；
[0064]
图2为本发明制备的线缆用镀锡铝合金线材的镀层微观结构图像。
具体实施方式
[0065]
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对发明权利要求的限制。
[0066]
本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
[0067]
本发明所有原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选采用工业纯或线缆铝合金材料制备领域常规的纯度要求。
[0068]
本发明所有原料，其牌号和简称均属于本领域常规牌号和简称，每个牌号和简称在其相关用途的领域内均是清楚明确的，本领域技术人员根据牌号、简称以及相应的用途，能够从市售中购买得到或常规方法制备得到。
[0069]
本发明所用工艺，其简称均属于本领域常规简称，每个简称的具体步骤和常规参数在其相关领域内均是清楚明确的，本领域技术人员根据简称，能够以常规方法进行实现。
[0070]
本发明提供了一种线缆用镀锡铝合金线材，所述铝合金，按质量百分比计，包括：
[0071]
a：0.001％～2.0％；
[0072]
所述a为fe、cu、mg、zn、b、ca、si、zr、mn、cr、ti、v和re中的一种或多种；
[0073]
余量为al和杂质；
[0074]
所述镀锡铝合金表面设置有镀锡层；
[0075]
所述镀锡层，按质量百分比计，包括：
[0076]
d：0.01％～50％；
[0077]
余量为sn和杂质；
[0078]
所述d为ni、zn、fe、mg、na、k、al、as和sb中的一种或多种；
[0079]
所述镀锡层的厚度为0.1～500μm。
[0080]
在本发明中，所述a的加入量为0.001％～2.0％，或者为0.01％～1.0％，或者为0.1％～0.5％。
[0081]
在本发明中，所述a为fe、cu、mg、zn、b、ca、si、zr、mn、cr、ti、v和re中的一种或多种，或者为fe、cu、mg、zn、b、ca、si、zr、mn、cr、ti、v或re。
[0082]
在本发明中，所述d的加入量为0.01％～50％，或者为0.1％～30％，或者为1％～10％。
[0083]
在本发明中，所述d为ni、zn、fe、mg、na、k、al、as和sb中的一种或多种，或者为ni、zn、fe、mg、na、k、al、as或sb。
[0084]
在本发明中，所述镀锡层的厚度为0.1～500μm，或者为1～100μm，或者为5～50μm，或者为10～30μm，或者为10～20μm。
[0085]
在本发明中，所述镀锡层中还优选包括质量含量为0.01％～50％的e，更优选为0.1％～30％的e，更优选为1％～10％的e。
[0086]
在本发明中，所述e优选为cu、mn、ca、co、ga、cd、bi、ag、c和cl中的一种或多种，更优选为cu、mn、ca、co、ga、cd、bi、ag、c或cl。
[0087]
在本发明中，所述镀锡铝合金优选包括铝合金基体、复合在基体上镀镍层以及复合在镀镍层上的镀锡层。在本发明中，基于制备工艺，所述铝合金线材基体上先镀镍层后再镀锡层，具有镀锡层和镀镍层的结构。而从镀锡铝合金线材成品的电镜微观结构上，镀锡层和镀镍层之间没有明显的层边界结构，进而可以认为，本发明中的铝合金线材基体上具有整体镀层结构，或者镀锡层和镀镍层之间，还具有锡镍的混合层结构。
[0088]
参见图1，图1为本发明制备的线缆用镀锡铝合金线材的断面微观图像。
[0089]
参见图2，图2为本发明制备的线缆用镀锡铝合金线材的镀层微观结构图像。
[0090]
在本发明中，所述铝合金基体的横向尺寸优选为0.1～100mm，更优选为1～80mm，更优选为10～50mm。具体的，本发明中的横向尺寸指的是铝合金线材基体的粗细度，如圆柱线材的径向尺寸、带状导体宽度等。
[0091]
在本发明中，所述镀锡层中还优选包括质量含量为0.01％～40％的f，更优选为0.1％～30％的f，更优选为1％～20％的f，更优选为5％～10％的f。
[0092]
在本发明中，所述f优选为cr、pb、v、ti、o、si、s、p、n、b和h中的一种或多种，更优选为cr、pb、v、ti、o、si、s、p、n、b或h。
[0093]
在本发明中，所述镀锡铝合金线材具体优选为镀锡铝合金线材导体。
[0094]
在本发明中，所述线材导体优选包括1类导体、2类导体、5类导体或6类导体。
[0095]
在本发明中，所述的镀锡层还优选包含0.001wt％～10wt％的re，更优选为0.01wt％～6wt％的re，更优选为0.1wt％～2wt％的re。
[0096]
本发明采用了镀锡的方式形成镀锡层，但由于原料或工艺中不可避免的存在其他元素，或者由于检验方式的原因，导致结果存在其他元素，所以，本发明提供的镀锡层检测后，会存在一定的上述元素。
[0097]
在本发明中，所述镀锡铝合金中，镀锡层的质量含量优选为1％～40％，更优选为5％～30％，更优选为10％～20％。
[0098]
在本发明中，所述镀锡铝合金中，镀镍层的厚度优选为100nm～10μm，更优选为1μm～7μm，更优选为3μm～4μm。
[0099]
在本发明中，所述线材导体的形式优选包括条形导体、带状导体和管状导体中的一种或多种，更优选为条形导体、带状导体或管状导体。
[0100]
本发明提供了一种如上述技术方案任意一项所述的线缆用镀锡铝合金的制备方法，包括以下步骤：
[0101]
1)将铝合金线材样坯经过前处理后，再进行浸锌和镀镍后，得到复合有镀镍层的铝合金线材；
[0102]
2)将上述步骤得到的复合有镀镍层的铝合金线材经过镀锡后，再经过后处理，得到镀锡铝合金线材。
[0103]
本发明首先将铝合金线材样坯经过前处理后，再进行浸锌和镀镍后，得到复合有镀镍层的铝合金线材。
[0104]
在本发明中，所述前处理步骤优选包括表面化学除油、热水洗、冷水洗、强碱浸蚀、水冲洗和出光中的一种或多种，更优选为表面化学除油、热水洗、冷水洗、强碱浸蚀、水冲洗和出光中的多种。
[0105]
在本发明中，所述浸锌的处理液优选包括：
[0106][0107]
其中所述naoh的含量优选为180～260g/l，更优选为190～250g/l，更优选为200～240g/l，更优选为210～230g/l。
[0108]
其中所述zno的含量优选为30～40g/l，更优选为32～38g/l，更优选为34～36g/l。
[0109]
其中所述酒石酸钾钠的含量优选为50～60g/l，更优选为52～58g/l，更优选为54～56g/l。
[0110]
其中所述feci3·
6h2o的含量优选为16～25g/l，更优选为18～23g/l，更优选为20～21g/l。
[0111]
其中所述nano3的含量优选为16～25g/l，更优选为18～23g/l，更优选为20～21g/l。
[0112]
在本发明中，所述浸锌的时间优选为5～10min，更优选为6～9min，更优选为7～8min。
[0113]
在本发明中，所述镀镍的方式优选包括电镀亮镍。
[0114]
在本发明中，所述电镀亮镍的处理液优选包括：
[0115][0116]
其中所述niso4·
6h2o的含量优选为400～450g/l，更优选为410～440g/l，更优选为420～430g/l。
[0117]
其中所述nicl2·
6h2o的含量优选为150～180g/l，更优选为155～175g/l，更优选为160～170g/l。
[0118]
其中所述h3bo4的含量优选为80～90g/l，更优选为82～88g/l，更优选为84～86g/l。
[0119]
其中所述糖精的含量优选为10～50g/l，更优选为15～45g/l，更优选为20～40g/l，更优选为25～35g/l。
[0120]
其中所述1.4-丁炔二醇的含量优选为6～8g/l，更优选为6.4～7.6g/l，更优选为6.8～7.2g/l。
[0121]
其中所述香豆素的含量优选为1～2g/l，更优选为1.2～1.8g/l，更优选为1.4～1.6g/l。
[0122]
其中所述十二烷基硫酸钠的含量优选为1～5g/l，更优选为1.5～4.5g/l，更优选为2～4g/l，更优选为2.5～3.5g/l。
[0123]
在本发明中，所述电镀亮镍的ph值优选为3.5～4.0，更优选为3.6～3.9，更优选为3.7～3.8。
[0124]
在本发明中，所述电镀亮镍的dk优选为6～8a/dm2，更优选为6.4～7.6a/dm2，更优选为6.8～7.2a/dm2。
[0125]
在本发明中，所述电镀亮镍的温度优选为40～45℃，更优选为41～44℃，更优选为42～43℃。
[0126]
在本发明中，所述电镀亮镍的时间优选为10～20min，更优选为12～18min，更优选为13～16min。
[0127]
在本发明中，所述镀镍的方式优选包括电镀暗镍。
[0128]
在本发明中，所述电镀暗镍的处理液优选包括：
[0129]
niso4·
6h2o300～350g/l；
[0130]
nacl40～45g/l；
[0131]
na2so485～95g/l；
[0132]
其中所述niso4·
6h2o的含量优选为300～350g/l，更优选为310～340g/l，更优选为320～330g/l。
[0133]
其中所述nacl的含量优选为40～45g/l，更优选为41～44g/l，更优选为42～43g/l。
[0134]
其中所述na2so4的含量优选为85～95g/l，更优选为87～93g/l，更优选为89～91g/l。
[0135]
在本发明中，所述电镀暗镍的dk优选为8～10a/dm2，更优选为8.4～9.6a/dm2，更优选为8.8～9.2a/dm2。
[0136]
在本发明中，所述电镀暗镍的温度优选为35～40℃，更优选为36～39℃，更优选为37～38℃。
[0137]
在本发明中，所述电镀暗镍的时间优选为10～15min，更优选为11～14min，更优选为12～13min。
[0138]
本发明最后将上述步骤得到的复合有镀镍层的铝合金线材经过镀锡后，再经过后处理，得到镀锡铝合金线材。
[0139]
在本发明中，所述镀锡的方式优选包括电镀锡。
[0140]
在本发明中，所述电镀锡的处理液优选包括：
[0141][0142]
其中，所述snso4的含量优选为140～170g/l，更优选为145～165g/l，更优选为150
～160g/l。
[0143]
其中，所述h2so4的含量优选为240～270g/l，更优选为245～265g/l，更优选为250～260g/l。
[0144]
其中，所述ss-820的含量优选为55～60ml/l，更优选为56～59ml/l，更优选为57～58ml/l。
[0145]
其中，所述ss-821的含量优选为5～10ml/l，更优选为6～9ml/ll，更优选为7～8ml/l。
[0146]
在本发明中，所述电镀锡的dk优选为6～10a/dm2，更优选为6.5～9.5a/dm2，更优选为7～9a/dm2，更优选为7.5～8.5a/dm2。
[0147]
在本发明中，所述电镀锡的温度优选为20～30℃，更优选为22～28℃，更优选为24～26℃。
[0148]
在本发明中，所述电镀锡的时间优选为5～40min，更优选为10～30min，更优选为12～20min，更优选为14～16min。
[0149]
本发明为完整和细化整体技术方案，更好的保证线缆用镀锡铝合金的结构和组成，进一步提高线缆用镀锡铝合金的性能，上述线缆用镀锡铝合金及其制备方法具体可以包括以下内容：
[0150]
一种线缆用镀锡铝合金，所述铝合金包括的组分及各组分的重量百分比如下：
[0151]
a：0.001～2.0％；
[0152]
所述a为fe、cu、mg、zn、b、ca、si、zr、mn、cr、ti、v、re中的至少一种元素；
[0153]
余量为al和杂质；
[0154]
铝合金导体表面镀一层厚度为≧0.1μm的锡，所述镀锡层的组分及各组分的重量百分比如下：
[0155]
d：0.01～50％；
[0156]
余量为sn和杂质；
[0157]
所述d为ni、zn、fe、mg、na、k、al、as、sb中的至少一种元素。
[0158]
具体的，所述的镀锡层还包含0.01～50重量％的e，所述e为cu、mn、ca、co、ga、cd、bi、ag、c、cl中的至少一种元素。
[0159]
具体的，所述的镀锡层还包含0.01～40重量％的f，所述f为cr、pb、v、ti、o、si、s、p、n、b、h中的至少一种元素。
[0160]
具体的，所述的镀锡层还包含0.001～10重量％的re。
[0161]
具体的，所述re包括ce、la、pr、nd、pm、sm、eu、y和sc中的一种或多种。
[0162]
具体的，所述的铝合金材料通过熔炼、铸造、轧制工序制成铝合金杆，再经拉制成铝合金线。
[0163]
具体的，所述的铝合金线材坯表面化学除油
→
热水洗
→
冷水洗
→
强碱浸蚀
→
水冲洗
→
出光
→
水冲洗
→
浸锌
→
水冲洗
→
电镀镍
→
水冲洗
→
电镀锡
→
水冲洗
→
烘干
→
检验
→
镀锡铝合金线坯。
[0164]
具体的，所述的浸锌工艺如下：
[0165]
naoh180～260g/l，zno30-40g/l，酒石酸钾钠50～60g/l，feci3·
6h2o16～25g/l，nano316～25g/l，温度：室温，时间5～10min。
[0166]
浸锌是本工艺的关健所在，浸锌层的好坏直接影响镀镍层的质量。浸锌的作用如下：
①
除去暴露的表面层，
②
使铝合金导体表面的相对电位变得高些。
[0167]
配制时先将zno调成糊状加入到氢氧化钠溶液中并不断搅拌，否则易形成zn(oh)2沉淀.加入3价fe离子可改善镀层与基体的结合力。加入的酒石酸钾钠可与3价fe离子形成配合物防止3价fe离子形成fe(oh)3沉淀。nano3可以促进氧化还原反应。由于zn和a1的电极电位接近，zn的沉积速度缓慢，浸积时间过短，沉积不上锌层；时间过长，锌层会再溶解.所以控制浸锌时间很重要，如果一次浸锌层质量不好，可用100ml/l的hno3溶液退除。
[0168]
由于现有技术无法解决在铝线材表面镀锡的问题，为了增强镀锡层与铝基体之间的结合力，本发明选择在铝合金表面预先镀一层镍，再在镍的基础上进行镀锡，就很容易实现，本发明可以选择镀亮镍工艺或是镀暗镍工艺。
[0169]
具体的，所述的电镀亮镍工艺如下：
[0170]
niso4·
6h2o 400～450g/l，nicl2·
6h2o 150～180g/l，h3bo
4 80～90g/l,糖精10～50g/l，1.4-丁炔二醇6～8g/l，香豆素1～2g/l，十二烷基硫酸钠1～5g/l，ph 3.5～4.0g/l，d
k 6～8a/dm2，温度40～45℃，时间10～20min。
[0171]
具体的，所述的电镀暗镍工艺如下：
[0172]
niso4·
6h2o 300～350g/l，nacl40～45g/l，na2so
4 85～95g/l，d
k 8～10a/dm2，温度35～40℃，时间10～15min。
[0173]
铝工件浸锌后要尽快镀镍，为防止浸锌层在镀镍液中溶解，要使铝基体带电进入镀镍溶液。电镀亮镍可直接镀出光亮的镀层，镀层细致，但镀层内应力大，不能镀得太厚，否则易起皮。
[0174]
电镀暗镍得到的镀层结晶细致，韧性好内应力较小，耐蚀性比亮镍好。
[0175]
具体的，所述的电镀锡工艺如下：
[0176]
snso
4 140～170g/l，h2so
4 240～270ml/l，ss-820 55～60ml/l(开缸用)。ss-821 5～l0ml/l(添加剂)，温度20～30℃，dk6～10a/dm2，时间为5～40min。
[0177]
操作过程中要求带电入槽，需要阴极移动镀后工件要清洗干净，镀锡时间视所需厚度而定。
[0178]
具体的，所述的镀锡铝合金材料，可以制作成1类或2类或5类或6类导体，导体形式可以是圆形、带材或型材。进一步的，通过上述工序制备的镀锡铝合金材料，可以进一步的加工制作成1类或2类或5类或6类导体线芯，可用于电力电缆导体线芯，也可用于电线产品的导体线芯，还可以用于编织屏蔽线。导体形式可以是圆形、带材或型材。
[0179]
进一步的，
[0180]
本发明公开的镀锡铝合金，其中，铝合金(铝合金基体)包括：
[0181]
a：0.001～2.0重量％；
[0182]
所述a为fe、cu、mg、zn、b、ca、si、zr、mn、cr、ti、v、re中的至少一种元素；
[0183]
余量为al和杂质；
[0184]
对于铝合金中的基体铝，可以采用工业用al99.70的纯铝，使本发明制备的铝合金具有原材料供应充足、成本低、采购方便等优势；同时铝基还可以采用精铝或高纯铝作为基体合金，该铝基比普通铝基材料具有更高的品质，加工的产品在电性能和机械性能方面更加优势。
[0185]
本发明中以铝为基体，添加了微量的铁，以实现对铝合金性能的提高，铁可以改善铝合金的机械强度和拉伸性能，可以提高铝的抗张强度、屈服性能、耐热性能和抗蠕变性能，同时还提高铝合金的塑性。铝基中还添加有微量的硅，可以提高铝合金的机械强度。添加微量的镁，可以提高铝合金的机械强度以及铝合金的材料的耐热性。添加微量的铜，可以提高铝合金的机械强度以及抗疲劳特性。添加微量的稀土，稀土在铝合金的加工过程中可以起到除去杂质和细化晶粒的作用，有效的改善铝合金的加工性能，并提升电性能，以及防腐性能。添加的的微量锰和铬可以提高铝合金的机械性能和耐热性。少了的锆，可以起到提高合金的耐热性能，以及加工特性。铝基中还添加有微量的硅，可以提高铝合金的机械强度。微量的硼，可以起到细化晶粒的作用，改善加工特性。添加微量的锆和钙，可以改善铝合金的耐热性能，提高合金的耐热特性。添加微量的锰和铬，可强化铝合金机械加工特性。添加微量的钒和钛，可以细化晶粒，起到提高合金的拉伸性能效果。
[0186]
本发明的镀锡铝合金材料通过熔炼、铸造、轧制工序制造成铝合金杆，再将铝合金杆制成铝合金线。
[0187]
在本发明铝合金线材的表面电镀一层厚度为≧0.1μm的锡，所述镀锡层包括：
[0188]
d：0.01～50重量％；
[0189]
余量为sn和杂质；
[0190]
从经济效益角度上讲，优选的，镀锡层厚度在10～20μm之间，从技术效果上厚度尽量越大越好，但为了同时满足经济和技术属性，厚度控制在10～20μm之间是较优选择。
[0191]
所述d为ni、zn、fe、mg、na、k、al、as、sb中的至少一种元素。
[0192]
所述的镀锡层还包含0.01～50重量％的e，所述e为cu、mn、ca、co、ga、cd、bi、ag、c、cl中的至少一种元素。
[0193]
所述的镀锡层还包含0.01～40重量％的f，所述f为cr、pb、v、ti、si、o、s、p、n、b、h中的至少一种元素。
[0194]
所述的镀锡层还包含0.001～10重量％的re。
[0195]
为了制备镀锡铝合金材料，本发明还提供了镀锡的工序流程，镀锡工序流程如下：所述的铝合金线材坯表面化学除油
→
热水洗
→
冷水洗
→
强碱浸蚀
→
水冲洗
→
出光
→
水冲洗
→
浸锌
→
水冲洗
→
电镀镍
→
水冲洗
→
电镀锡
→
水冲洗
→
烘干
→
检验
→
镀锡铝合金线坯。
[0196]
为了更详尽的阐述镀锡工序，本发明进一步的详尽了浸锌工艺，所述的浸锌工艺如下：
[0197]
naoh 180～260g/l，zno 30-40g/l，酒石酸钾钠50～60g/l，feci3·
6h2o 16～25g/l，nano
3 16～25g/l，温度：室温，时间5～10min。
[0198]
为了增强镀锡层与铝基体之间的结合力，本发明选择在铝合金表面预先镀一层镍，再在镍的基础上进行镀锡，就很容易实现，本发明可以选择镀亮镍工艺或是镀暗镍工艺。
[0199]
按照本发明，若采用电镀亮镍工序，所述的电镀亮镍工艺如下：
[0200]
niso4·
6h2o 400～450g/l，nicl2·
6h2o 150～180g/l，h3bo
4 80～90g/l,糖精10～50g/l，1.4-丁炔二醇6～8g/l，香豆素1～2g/l，十二烷基硫酸钠1～5g/l，ph 3.5～4.0g/l，d
k 6～8a/dm2，温度40～45℃，时间10～20min。
[0201]
按照本发明，若采用电镀暗镍工序，所述的电镀暗镍工艺如下：
[0202]
niso4·
6h2o 300～350g/l，nacl 40～45g/l，na2so
4 85～95g/l，d
k 8～10a/dm2，温度35～40℃，时间10～15min。
[0203]
铝工件浸锌后要尽快镀镍，为防止浸锌层在镀镍液中溶解，要使铝基体带电进入镀镍溶液。电镀亮镍可直接镀出光亮的镀层，镀层细致，但镀层内应力大，不能镀得太厚，否则易起皮。
[0204]
而采用电镀暗镍得到的镀层结晶细致，韧性好内应力较小，耐蚀性比亮镍好。
[0205]
按照本发明，所述的电镀锡工艺如下：
[0206]
snso
4 140～170g/l，h2so
4 240～270ml/l，ss-820 55～60ml/l(开缸用)。ss-821 5～l0ml/l(添加剂)，温度20～30℃，d
k 6～10a/dm2。
[0207]
操作过程中要求带电入槽，需要阴极移动镀后工件要清洗干净，镀锡时间视所需厚度而定。
[0208]
按照本发明，通过上述工序制备的镀锡铝合金材料，可以进一步的加工制作成1类、2类或5类或6类导体线芯，可用于电力电缆导体线芯，也可用于电线产品的导体线芯，还可以用于编织屏蔽线。导体形式可以是圆形、带材或型材。
[0209]
本发明提供了上述技术方案任意一项所述的镀锡铝合金或上述技术方案任意一项所述的制备方法所制备的镀锡铝合金在线缆领域的应用。
[0210]
具体的，所述线缆包括1类绞合线芯、2类绞合线芯、5类绞合线芯或6类导体绞合线芯。
[0211]
所述线缆包括电力电缆导体线芯。
[0212]
所述线缆包括电线产品的导体线芯；
[0213]
所述线缆包括编织屏蔽线。
[0214]
本发明上述内容提供了一种线缆用镀锡铝合金导体材料及其制备方法、应用。本发明提供的线缆用镀锡铝合金线材，具有极好的抗腐蚀性能，大大超过没有镀锡铝合金的防腐性能，根据gb 10124《金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法》进行气氛腐蚀试验以及电解质液腐蚀试验，试验周期720小时条件下，腐蚀速率≤0.03mm/a，在盐雾和盐水中具有很好的稳定性，解决了沿海地区盐碱度比较高、以及化工厂化合物和酸碱腐蚀较为严重不宜使用普通铝合金电缆的问题，采用镀锡铝合金导体材料制备的合金电缆，完全满足这些环境较为恶劣场所的需求。
[0215]
本发明提供的镀锡铝合金导体材料制备的合金电缆，可与铜端子直接连接，免去采用铜铝过渡端子连接带来的不稳定性以及与配套设施不必要的安装问题。本发明的镀锡铝合金电缆，可与铜端子直接压接，且根据国标gb/t9327《额定电压35kv(um＝40.5kv)及以下电力电缆导体用压接式和机械式连接金具试验方法和要求》，通过了1000次热循环实验，安装连接稳定可靠，而且还避免了接头部位导体暴露出现易腐蚀的风险，提高电缆的使用寿命。该镀锡铝合金导体材料，可用于新能源汽车、光伏发电、风力发电、电气装备用线或家电等各个领域，极大提高了现有铝合金材料的硬度、耐磨性、韧性，以及耐腐蚀性能，无需铜铝过渡端子，可以与现有铜端子直接连接安装，也可以与镀锡铜端子直接焊接连接，极大的提高连接的安全可靠性。
[0216]
本发明还提供了线缆用镀锡铝合金的制备方法，本发明在铝合金导体材料表面通过镀锡处理，极大提高了现有铝合金材料的硬度、耐磨性、韧性，有效的优化了铝合金作为
导体材料的各项性能指标。本发明提供的镀锡铝合金工艺很好的解决了铝合金导体表面的镀锡的技术难题，通过预先浸锌，再在此基础上电镀镍，最后再电镀锡，成功在铝合金导体表面实现镀锡的工艺，在不影响铝合金导体原有电气性能和机械性能的前提下，解决了铝合金的防腐问题和与铜端子连接的问题。通过在铝合金表面实现镀锡技术，解决了铝的可焊接性问题，解决了在很多应用场所需要焊接而铝无法进行焊接的技术难题，可与电力金具直接焊接连接，可焊接性符合gb/t4910，可应用于光伏专用线、汽车线束、屏蔽线、电气装备用电线电缆等各领域，极大拓展了铝合金导体替代铜芯导体的应用场景。
[0217]
实验结果表明，本发明提供的镀锡铝合金导体材料具有较好的机械物理性能和电气性能，断裂伸长率大于等于10％，抗拉强度大于等于100mpa，导电率大于62％iacs。
[0218]
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种线缆用镀锡铝合金及其制备方法、应用进行详细描述，但是应当理解，这些实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制，本发明的保护范围也不限于下述的实施例。
[0219]
实施例1
[0220]
(1)将铝锭、其他铝-金属合金锭投入熔炉中，通过熔炼、铸造、轧制工序制造成铝合金杆，再将铝合金杆制成铝合金线，合金成分列于表1；
[0221]
参见表1，表1为本发明实施例制备的铝合金的成分表(wt％)。
[0222]
(2)将步骤(1)中得到的铝合金线材的表面电镀一层厚度为0.1μm的锡，铝合金线材表面的镀锡工序流程如下：
[0223]
铝合金线材坯表面化学除油
→
热水洗
→
冷水洗
→
强碱浸蚀
→
水冲洗
→
出光
→
水冲洗
→
浸锌
→
水冲洗
→
镀亮镍
→
水冲洗
→
电镀锡
→
水冲洗
→
烘干
→
检验
→
镀锡铝合金线坯。镀锡层的成分列于表2；
[0224]
参见表2，表2为本发明实施例制备的镀锡铝合金的镀锡层的成分表(wt％)。
[0225]
(3)步骤(2)中的浸锌工艺条件如下：
[0226]
naoh 260g/l，zno 40g/l，酒石酸钾钠60g/l，feci3·
6h2o 25g/l，nano325g/l，室温条件下，时间10min；
[0227]
(4)步骤(2)中电镀亮镍工艺如下：
[0228]
niso4·
6h2o 400g/l，nicl2·
6h2o 150g/l，h3bo
4 80g/l,糖精10g/l，1.4-丁炔二醇6g/l，香豆素1g/l，十二烷基硫酸钠1g/l，ph 3.5g/l，d
k 6a/dm2，温度40℃，时间20min；
[0229]
(5)步骤(2)中电镀锡工艺如下：
[0230]
snso
4 140g/l，h2so
4 240ml/l，ss-820 55ml/l(开缸用)。ss-821 5ml/l(添加剂)，温度20℃，d
k 6a/dm2，时间5min。其他成分以氯化物的形式添加。
[0231]
将按照上述方法制备的铝合金及镀锡工艺后的铝合金性能进行测试，结果参见表3。
[0232]
参见表3，表3为本发明实施例制备的镀锡铝合金的性能测试数据表。
[0233]
实施例2
[0234]
(1)将铝锭、其他铝-金属合金锭投入熔炉中，通过熔炼、铸造、轧制工序制造成铝合金杆，再将铝合金杆制成铝合金线，合金成分列于表1；
[0235]
(2)将步骤(1)中得到的铝合金线材的表面电镀一层厚度为1μm的锡，铝合金线材
表面的镀锡工序流程如下：
[0236]
铝合金线材坯表面化学除油
→
热水洗
→
冷水洗
→
强碱浸蚀
→
水冲洗
→
出光
→
水冲洗
→
浸锌
→
水冲洗
→
镀亮镍
→
水冲洗
→
电镀锡
→
水冲洗
→
烘干
→
检验
→
镀锡铝合金线坯。镀锡层的成分列于表2；
[0237]
(3)步骤(2)中的浸锌工艺条件如下：
[0238]
naoh 180g/l，zno 30g/l，酒石酸钾钠50g/l，feci3·
6h2o 16g/l，nano
3 16g/l，室温条件下，时间5min；
[0239]
(4)步骤(2)中电镀亮镍工艺如下：
[0240]
niso4·
6h2o 450g/l，nicl2·
6h2o 180g/l，h3bo
4 90g/l,糖精50g/l，1.4-丁炔二醇8g/l，香豆素2g/l，十二烷基硫酸钠5g/l，ph 4.0g/l，d
k 8a/dm2，温度45℃，时间10min；
[0241]
(5)步骤(2)中电镀锡工艺如下：
[0242]
snso
4 170g/l，h2so
4 270ml/l，ss-820 60ml/l(开缸用)。ss-821 l0ml/l(添加剂)，温度30℃，d
k 10a/dm2，时间8min。其他成分以氯化物的形式添加。
[0243]
将按照上述方法制备的铝合金及镀锡工艺后的铝合金性能进行测试，结果参见表3。
[0244]
实施例3
[0245]
(1)将铝锭、其他铝-金属合金锭投入熔炉中，通过熔炼、铸造、轧制工序制造成铝合金杆，再将铝合金杆制成铝合金线，合金成分列于表1；
[0246]
(2)将步骤(1)中得到的铝合金线材的表面电镀一层厚度为10μm的锡，铝合金线材表面的镀锡工序流程如下：
[0247]
铝合金线材坯表面化学除油
→
热水洗
→
冷水洗
→
强碱浸蚀
→
水冲洗
→
出光
→
水冲洗
→
浸锌
→
水冲洗
→
镀亮镍
→
水冲洗
→
电镀锡
→
水冲洗
→
烘干
→
检验
→
镀锡铝合金线坯。镀锡层的成分列于表2；
[0248]
(3)步骤(2)中的浸锌工艺条件如下：
[0249]
naoh 220/l，zno 35g/l，酒石酸钾钠55g/l，feci3·
6h2o 20g/l，nano
3 20g/l，室温条件下，时间7min；
[0250]
(4)步骤(2)中电镀亮镍工艺如下：
[0251]
niso4·
6h2o 420g/l，nicl2·
6h2o 165g/l，h3bo
4 85g/l,糖精30g/l，1.4-丁炔二醇7g/l，香豆素1.5g/l，十二烷基硫酸钠3g/l，ph 3.7g/l，d
k 7a/dm2，温度43℃，时间12min；
[0252]
(5)步骤(2)中电镀锡工艺如下：
[0253]
snso
4 150g/l，h2so
4 250ml/l，ss-820 57ml/l(开缸用)。ss-821 7ml/l(添加剂)，温度25℃，d
k 8a/dm2，时间10min。其他成分以氯化物的形式添加。
[0254]
将按照上述方法制备的铝合金及镀锡工艺后的铝合金性能进行测试，结果参见表3。
[0255]
实施例4
[0256]
(1)将铝锭、其他铝-金属合金锭投入熔炉中，通过熔炼、铸造、轧制工序制造成铝合金杆，再将铝合金杆制成铝合金线，合金成分列于表1；
[0257]
(2)将步骤(1)中得到的铝合金线材的表面电镀一层厚度为50μm的锡，铝合金线材表面的镀锡工序流程如下：
[0258]
铝合金线材坯表面化学除油
→
热水洗
→
冷水洗
→
强碱浸蚀
→
水冲洗
→
出光
→
水冲洗
→
浸锌
→
水冲洗
→
镀亮镍
→
水冲洗
→
电镀锡
→
水冲洗
→
烘干
→
检验
→
镀锡铝合金线坯。镀锡层的成分列于表2；
[0259]
(3)步骤(2)中的浸锌工艺条件如下：
[0260]
naoh 195g/l，zno 33g/l，酒石酸钾钠 53g/l，feci3·
6h2o 19g/l，nano
3 19g/l， 室温条件下，时间7min；
[0261]
(4)步骤(2)中电镀亮镍工艺如下：
[0262]
niso4·
6h2o 410g/l，nicl2·
6h2o 160g/l，h3bo
4 82g/l，糖精20g/l，1.4-丁炔二醇7g/l，香豆素1.4g/l，十二烷基硫酸钠2g/l，ph 3.6g/l，d
k 8a/dm2，温度40℃，时间14min；
[0263]
(5)步骤(2)中电镀锡工艺如下：
[0264]
snso
4 145g/l，h2so
4 245ml/l，ss-820 56ml/l(开缸用)。ss-821 8ml/l(添加剂)，温度28℃，d
k 7a/dm2，时间12min。其他成分以氯化物的形式添加。
[0265]
将按照上述方法制备的铝合金及镀锡工艺后的铝合金性能进行测试，结果参见表3。
[0266]
实施例5
[0267]
(1)将铝锭、其他铝-金属合金锭投入熔炉中，通过熔炼、铸造、轧制工序制造成铝合金杆，再将铝合金杆制成铝合金线，合金成分列于表1；
[0268]
(2)将步骤(1)中得到的铝合金线材的表面电镀一层厚度为100μm的锡，铝合金线材表面的镀锡工序流程如下：
[0269]
铝合金线材坯表面化学除油
→
热水洗
→
冷水洗
→
强碱浸蚀
→
水冲洗
→
出光
→
水冲洗
→
浸锌
→
水冲洗
→
镀亮镍
→
水冲洗
→
电镀锡
→
水冲洗
→
烘干
→
检验
→
镀锡铝合金线坯。镀锡层的成分列于表2；
[0270]
(3)步骤(2)中的浸锌工艺条件如下：
[0271]
naoh 190g/l，zno 33g/l，酒石酸钾钠 53g/l，feci3·
6h2o 18g/l，nano
3 18g/l，室温条件下，时间6min；
[0272]
(4)步骤(2)中电镀亮镍工艺如下：
[0273]
niso4·
6h2o 440g/l，nicl2·
6h2o 170g/l，h3bo
4 82g/l，糖精20g/l，1.4-丁炔二醇6.5g/l，香豆素1.2g/l，十二烷基硫酸钠2g/l，ph 3.6g/l，d
k 6.5a/dm2，温度41℃，时间15min；
[0274]
(5)步骤(2)中电镀锡工艺如下：
[0275]
snso
4 145g/l，h2so
4 255ml/l，ss-820 58ml/l(开缸用)。ss-821 6ml/l(添加剂)，温度23℃，d
k 8a/dm2，时间40min。其他成分以氯化物的形式添加。
[0276]
将按照上述方法制备的铝合金及镀锡工艺后的铝合金性能进行测试，结果参见表3。
[0277]
实施例6
[0278]
(1)将铝锭、其他铝-金属合金锭投入熔炉中，通过熔炼、铸造、轧制工序制造成铝合金杆，再将铝合金杆制成铝合金线，合金成分列于表1；
[0279]
(2)将步骤(1)中得到的铝合金线材的表面电镀一层厚度为150μm的锡，铝合金线材表面的镀锡工序流程如下：
[0280]
铝合金线材坯表面化学除油
→
热水洗
→
冷水洗
→
强碱浸蚀
→
水冲洗
→
出光
→
水冲洗
→
浸锌
→
水冲洗
→
镀亮镍
→
水冲洗
→
电镀锡
→
水冲洗
→
烘干
→
检验
→
镀锡铝合金线坯。镀锡层的成分列于表2；
[0281]
(3)步骤(2)中的浸锌工艺条件如下：
[0282]
naoh 180g/l，zno 30g/l，酒石酸钾钠50g/l，feci3·
6h2o 16g/l，nano
3 16g/l，室温条件下，时间5min；
[0283]
(4)步骤(2)中电镀暗镍工艺如下：
[0284]
niso4·
6h2o 350g/l，nacl 45g/l，na2so
4 95g/l，d
k 10a/dm2，温度40℃，时间15min；
[0285]
(5)步骤(2)中电镀锡工艺如下：
[0286]
snso
4 140g/l，h2so
4 240ml/l，ss-820 55ml/l(开缸用)。ss-8215ml/l(添加剂)，温度20℃，d
k 6a/dm2，时间20min。其他成分以氯化物的形式添加。其他成分以氯化物的形式添加。
[0287]
将按照上述方法制备的铝合金及镀锡工艺后的铝合金性能进行测试，结果参见表3。
[0288]
实施例7
[0289]
(1)将铝锭、其他铝-金属合金锭投入熔炉中，通过熔炼、铸造、轧制工序制造成铝合金杆，再将铝合金杆制成铝合金线，合金成分列于表1；
[0290]
(2)将步骤(1)中得到的铝合金线材的表面电镀一层厚度为200μm的锡，铝合金线材表面的锡工序流程如下：
[0291]
铝合金线材坯表面化学除油
→
热水洗
→
冷水洗
→
强碱浸蚀
→
水冲洗
→
出光
→
水冲洗
→
浸锌
→
水冲洗
→
镀亮镍
→
水冲洗
→
电镀锡
→
水冲洗
→
烘干
→
检验
→
镀锡铝合金线坯。镀锡层的成分列于表2；
[0292]
(3)步骤(2)中的浸锌工艺条件如下：
[0293]
naoh 260g/l，zno 40g/l，酒石酸钾钠60g/l，feci3·
6h2o 25g/l，nano
3 25g/l，室温条件下，时间10min；
[0294]
(4)步骤(2)中电镀暗镍工艺如下：
[0295]
niso4·
6h2o 300g/l，nacl 40g/l，na2so
4 85g/l，d
k 8a/dm2，温度35℃，时间10min；
[0296]
(5)步骤(2)中电镀锡工艺如下：
[0297]
snso
4 170g/l，h2so
4 270ml/l，ss-820 60ml/l(开缸用)。ss-821 l0ml/l(添加剂)，温度30℃，d
k 10a/dm2，时间26min。其他成分以氯化物的形式添加。
[0298]
将按照上述方法制备的铝合金及镀锡工艺后的铝合金性能进行测试，结果参见表3。
[0299]
实施例8
[0300]
(1)将铝锭、其他铝-金属合金锭投入熔炉中，通过熔炼、铸造、轧制工序制造成铝合金杆，再将铝合金杆制成铝合金线，合金成分列于表1；
[0301]
(2)将步骤(1)中得到的铝合金线材的表面电镀一层厚度为300μm的锡，铝合金线材表面的镀锡工序流程如下：
[0302]
铝合金线材坯表面化学除油
→
热水洗
→
冷水洗
→
强碱浸蚀
→
水冲洗
→
出光
→
水冲洗
→
浸锌
→
水冲洗
→
镀亮镍
→
水冲洗
→
电镀锡
→
水冲洗
→
烘干
→
检验
→
镀锡铝合金线坯。镀锡层的成分列于表2；
[0303]
(3)步骤(2)中的浸锌工艺条件如下：
[0304]
naoh 200g/l，zno 33g/l，酒石酸钾钠54g/l，feci3·
6h2o 19g/l，nano
3 18g/l，室温条件下，时间6min；
[0305]
(4)步骤(2)中电镀暗镍工艺如下：
[0306]
niso4·
6h2o 330g/l，nacl 42g/l，na2so
4 89g/l，d
k 8a/dm2，温度36℃，时间14min；
[0307]
(5)步骤(2)中电镀锡工艺如下：
[0308]
snso
4 150g/l，h2so
4 250ml/l，ss-820 58ml/l(开缸用)。ss-821 7ml/l(添加剂)，温度25℃，d
k 8a/dm2，时间30min。其他成分以氯化物的形式添加。
[0309]
将按照上述方法制备的铝合金及镀锡工艺后的铝合金性能进行测试，结果参见表3。
[0310]
实施例9
[0311]
(1)将铝锭、其他铝-金属合金锭投入熔炉中，通过熔炼、铸造、轧制工序制造成铝合金杆，再将铝合金杆制成铝合金线，合金成分列于表1；
[0312]
(2)将步骤(1)中得到的铝合金线材的表面电镀一层厚度为60μm的锡，铝合金线材表面的镀锡工序流程如下：
[0313]
铝合金线材坯表面化学除油
→
热水洗
→
冷水洗
→
强碱浸蚀
→
水冲洗
→
出光
→
水冲洗
→
浸锌
→
水冲洗
→
镀亮镍
→
水冲洗
→
电镀锡
→
水冲洗
→
烘干
→
检验
→
镀锡铝合金线坯。镀锡层的成分列于表2；
[0314]
(3)步骤(2)中的浸锌工艺条件如下：
[0315]
naoh 190g/l，zno 33g/l，酒石酸钾钠52g/l，feci3·
6h2o 18g/l，nano
3 19g/l，室温条件下，时间5～10min。
[0316]
(4)步骤(2)中电镀暗镍工艺如下：
[0317]
niso4·
6h2o 320g/l，nacl 43g/l，na2so490g/l，d
k 9a/dm2，温度38℃，时间13min；
[0318]
(5)步骤(2)中电镀锡工艺如下：
[0319]
snso
4 150g/l，h2so
4 250ml/l，ss-820 58ml/l(开缸用)。ss-821 9ml/l(添加剂)，温度28℃，d
k 9a/dm2，时间13min。其他成分以氯化物的形式添加。
[0320]
将按照上述方法制备的铝合金及镀锡工艺后的铝合金性能进行测试，结果参见表3。
[0321]
实施例10
[0322]
(1)将铝锭、其他铝-金属合金锭投入熔炉中，通过熔炼、铸造、轧制工序制造成铝合金杆，再将铝合金杆制成铝合金线，合金成分列于表1；
[0323]
(2)将步骤(1)中得到的铝合金线材的表面电镀一层厚度为500μm的锡，铝合金线材表面的镀锡工序流程如下：
[0324]
铝合金线材坯表面化学除油
→
热水洗
→
冷水洗
→
强碱浸蚀
→
水冲洗
→
出光
→
水冲洗
→
浸锌
→
水冲洗
→
镀亮镍
→
水冲洗
→
电镀锡
→
水冲洗
→
烘干
→
检验
→
镀锡铝合金线
坯。镀锡层的成分列于表2；
[0325]
(3)步骤(2)中的浸锌工艺条件如下：
[0326]
naoh 250g/l，zno 38g/l，酒石酸钾钠58g/l，feci3·
6h2o 22g/l，nano
3 23g/l，室温条件下，时间8min。
[0327]
(4)步骤(2)中电镀暗镍工艺如下：
[0328]
niso4·
6h2o 340g/l，nacl 44g/l，na2so
4 92g/l，d
k 10a/dm2，温度39℃，时间14min；
[0329]
(5)步骤(2)中电镀锡工艺如下：
[0330]
snso
4 160g/l，h2so
4 260ml/l，ss-820 58ml/l(开缸用)。ss-821 8ml/l(添加剂)，温度26℃，d
k 7a/dm2，时间40min。其他成分以氯化物的形式添加。
[0331]
将按照上述方法制备的铝合金及镀锡工艺后的铝合金性能进行测试，结果参见表3。
[0332]
表1
[0333][0334][0335]
表2
[0336][0337]
表3
[0338][0339][0340]
参见表4，表4为本发明对比例制备的未经任何表面处理的铝合金导体线材的性能测试数据表。
[0341]
其中，对比例1～10中的铝合金导体线材分别与实施例1～10中的铝合金导体线材相同。
[0342]
表4
[0343][0344]
参见表5，表5为本发明对比例制备的仅镀镍表面处理铝合金导体线材的性能测试数据表。
[0345]
其中，对比例11～20中的铝合金导体线材分别与实施例1～10中的铝合金导体线材相同，镀镍过程以及相应的参数也分别与与实施例1～10中的铝合金导体线材相同。
[0346]
表5
[0347][0348]
通过实施例对比发现，实施例对铝合金导体材料进行了镀锡处理，而对比例未经任何表面处理的铝合金导体线材和仅表面镀镍处理铝合金导体线材，在抗拉强度和断裂伸长率方面基本差别不大。而在电性能方面，铝合金表面仅镀镍处理相比于未经任何处理的铝合金，明显有所下降，镀锡铝合金相比于未经任何处理的铝合金，电性能却有明显提升。
仅镀镍处理的铝合金和未经任何处理的铝合金，在防腐性能和与铜端子连接性能方面明显不如镀锡处理的铝合金材料，而镀锡后的铝合金腐蚀速率≦0.03mm/a，且与铜端子连接后，能通过1000次热循环试验。参照gb/t 4910《镀锡圆铜线》标准，对实施例和对比例铝合金进行测试，未经任何表面处理的铝合金不具备任何可焊性，仅表面镀镍处理的铝合金具有极差的焊接性能，在阻焊剂的前提下有一定的可焊性，但依然无法通过gb/t 4910标准的测试要求，而本实施例的镀锡铝合金具备可焊接性能，可焊性极佳，且符合gb/t 4910标准的要求。通过以上对比性能试验，明显能看镀锡铝合金导体材料的优势所在，铝合金材料通过本发明的表面镀锡处理，优化了铝合金材料的多项性能指标，在电性能、防腐性能、连接性能、可焊性能上实现了新的突破，对于拓展铝合金线缆的应用领域是一项巨大突破，将为进一步的替代铜导体材料提供了全新的解决方案。
[0349]
以上对本发明提供的一种线缆用镀锡铝合金导体材料及其制备方法、应用进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，和实施任何结合的方法。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定，并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有不是不同于权利要求文字表述的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素，那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。

技术特征：
1.一种线缆用镀锡铝合金线材，其特征在于，所述铝合金，按质量百分比计，包括：a：0.001％～2.0％；所述a为fe、cu、mg、zn、b、ca、si、zr、mn、cr、ti、v和re中的一种或多种；余量为al和杂质；所述镀锡铝合金表面设置有镀锡层；所述镀锡层，按质量百分比计，包括：d：0.01％～50％；余量为sn和杂质；所述d为ni、zn、fe、mg、na、k、al、as和sb中的一种或多种；所述镀锡层的厚度为0.1～500μm。2.根据权利要求1所述的镀锡铝合金线材，其特征在于，所述镀锡层中还包括质量含量为0.01％～50％的e；所述e为cu、mn、ca、co、ga、cd、bi、ag、c和cl中的一种或多种；所述镀锡铝合金包括铝合金基体、复合在基体上镀镍层以及复合在镀镍层上的镀锡层；所述铝合金基体的横向尺寸为0.1～100mm。3.根据权利要求2所述的镀锡铝合金线材，其特征在于，所述镀锡层中还包括质量含量为0.01％～40％的f；所述f为cr、pb、v、ti、o、si、s、p、n、b和h中的一种或多种；所述镀锡铝合金线材具体为镀锡铝合金线材导体；所述线材导体包括1类导体、2类导体、5类导体或6类导体。4.根据权利要求1～3所述的镀锡铝合金线材，其特征在于，所述的镀锡层还包含0.001wt％～10wt％的re；所述镀锡铝合金中，镀锡层的质量含量为1％～40％；所述镀锡铝合金中，镀镍层的厚度为100nm～10μm。5.一种如权利要求1～4任意一项所述的线缆用镀锡铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将铝合金线材样坯经过前处理后，再进行浸锌和镀镍后，得到复合有镀镍层的铝合金线材；2)将上述步骤得到的复合有镀镍层的铝合金线材经过镀锡后，再经过后处理，得到镀锡铝合金线材。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述前处理步骤包括表面化学除油、热水洗、冷水洗、强碱浸蚀、水冲洗和出光中的一种或多种；所述浸锌的处理液包括：
所述浸锌的时间为5～10min。7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述镀镍的方式包括电镀亮镍；所述电镀亮镍的处理液包括：所述电镀亮镍的ph值为3.5～4.0；所述电镀亮镍的d
k
为6～8a/dm2；所述电镀亮镍的温度为40～45℃；所述电镀亮镍的时间为10～20min。8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述镀镍的方式包括电镀暗镍；所述电镀暗镍的处理液包括：niso4·
6h2o300～350g/l；nacl40～45g/l；na2so485～95g/l；所述电镀暗镍的d
k
为8～10a/dm2；所述电镀暗镍的温度为35～40℃；所述电镀暗镍的时间为10～15min。9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述镀锡的方式包括电镀锡；所述电镀锡的处理液包括：所述电镀锡的d
k
为6～10a/dm2；
所述电镀锡的温度为20～30℃；所述电镀锡的时间为5～40min。10.权利要求1～4任意一项所述的镀锡铝合金或权利要求5～9任意一项所述的制备方法所制备的镀锡铝合金在线缆领域的应用。

技术总结
本发明提供了一种线缆用镀锡铝合金线材及其制备方法、应用。本发明提供的镀锡铝合金导体材料，极大的提高了现有铝合金导体材料的硬度、耐磨性、韧性，有效的优化了铝合金作为导体材料的各项性能指标。特别是耐腐蚀性能，无需铜铝过渡端子，可以与现有端子可直接连接安装，极大的提高连接的安全可靠性。镀锡铝合金导体材料具有可焊接性，可应用于光伏专用线、汽车线束、屏蔽线、电气装备用电线电缆等各领域，可与配套金具直接焊接连接，极大拓展了铝合金导体替代铜芯导体的应用场景。合金导体替代铜芯导体的应用场景。


技术研发人员：余乐华 张欢欣
受保护的技术使用者：嘉铝（上海）科技发展有限公司
技术研发日：2023.08.09
技术公布日：2023/10/8