[发明专利]一种高性能铝锆合金导电杆的制备方法

说明书

本发明公开一种高性能铝锆合金导电杆的制备方法，属于铝合金加工制备技术领域。本发明通过合金熔炼，气体辅助连续铸挤，多次低速连续挤压，多次高速连续挤压，低温时效处理等工艺，制备出高性能铝锆合金导电杆。本发明利用气体辅助连续铸挤制备Zr在‑Al中的过饱和固溶体，多次低速连续挤压使溶质元素分布均匀，多次高速连续挤压促进第二相形核，低温时效处理形成细小、弥散且分布均匀的第二相，使材料具备较高的机械性能、良好的导电性能和优异的耐热性能；本发明产品性能优异，制品长度不受限，且价格低廉，适合工业生产。

技术领域

本发明涉及一种高性能铝锆合金导电杆的制备方法，属于铝合金加工制备技术领域。

背景技术

Al-Zr合金导线具有耐高温、强度高、载流量大等特点，可用作大容量导线、大电流地线和大跨越导线。Al-Zr合金导线的允许使用温度（150-230℃）明显高于普通硬铝线（90℃），因而在不改变铁塔高度和线路走廊的条件下，仅换用Al-Zr导线，便可使线路容量增加60-110％，经济效益和社会效益十分显著。

Zr含量对Al-Zr合金的拉伸性能影响显著，Ichikawa等采用非平衡凝固技术-水冷铜模铸造法制备了系列Al-Zr合金，发现当Zr含量增至0.6 wt.%附近时，时效态（400℃/1h和500℃/1h）合金的抗拉强度会急速上升；同时还发现，Zr含量对时效态合金导电性能的影响很小，如在0.2-1.4 wt.%范围内，经500℃/1h时效后合金的电阻率基本位于同一水平。可见，采用非平衡凝固技术增加铝基体中Zr的含量，并经时效析出后，可在不明显降低导电性能的情况下，显著增加拉伸强度，对提升合金的综合性能十分有利。

然而令人遗憾的是，在平衡凝固时，可固溶于铝基体中的Zr元素很少，仅为0.28wt.%，在采用常规铸造或连铸连轧等技术制备合金时，Zr的添加量受到限制，这严重制约了商用Al-Zr合金导线综合性能的提升；因此，为研发高强度高导电的耐热铝合金导线，急需探索一种高性能铝锆合金导电杆的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高性能铝锆合金导电杆的制备方法，通过合金熔炼，气体辅助连续铸挤，多次低速连续挤压，多次高速连续挤压，低温时效处理等工艺，生产出铝合金导电杆，具体包括以下步骤：

（1）将纯铝和Al-Zr中间合金进行熔炼，配制成合金熔液，熔液中Zr含量在0.5-2.5wt. %之间。

（2）将步骤（1）的合金熔液经气体辅助连续铸挤获得铝合金杆。

（3）对步骤（2）中的铝合金杆进行多次低速连续挤压，获得Zr元素分布均匀的圆铝杆。

（4）对步骤（3）中的圆铝杆进行多次高速连续挤压后，再进行低温短时时效，获得高性能铝锆合金导电杆。

优选的，本发明步骤（1）的纯铝为高纯铝，纯度≥99.99%，中间合金为Al-5Zr合金按比例混合而成。

优选的，本发明步骤（2）气体辅助连续铸挤具体过程为：在惰性气体保护下，合金熔液从中间包下的导流管自挤压轮最高处流入挤压轮槽，在重力和惰性气体射流的共同作用下，合金熔液沿挤压轮槽铺展开来，随后，在上有惰性气体对流传热、下有挤压轮槽传导传热的双重作用下，合金熔液快速凝固；凝固后形成的合金薄坯随挤压轮槽向前运动，在堵头前受阻后开始堆积并填充挤压型腔；随坯料堆积长度的增加，挤压轮槽作用于坯料的摩擦力不断增大，当摩擦力足够大时，坯料便被推入模腔，随后从模孔挤出，形成铝合金杆。

优选的，本发明步骤（2）的气体为氮气，雾化气体压力为0.05-0.40MPa。

优选的，本发明步骤（3）的低速连续挤压的次数可以根据实际调节3-6次，挤压轮转速3rpm，单道次坯料等效应变约为4-6。

优选的，本发明步骤（4）的高速连续挤压次数可根据实际调节4-8次，挤压轮转速10-20rpm，单道次坯料等效应变约为4-6。