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本发明了一种环保型电动汽车电缆用铝合金杆材的制备方法，由以下重量百分比数计的原料组成：Fe 0.01～0.6％；Co 0.4～1.2％；Ni 0.2～1.0％；Mg 0.01～0.3%；Sr 0.01～0.3%；Ge 0.01～0.05%；Cu 0.005～0.28%；Zr 0.01～0.5％；Sn 0.01～0.3%；蒙脱土0.03～0.15%以及余量的铝，经过铸造铝合金铸锭、第一次固溶处理、均匀化处理、常规冷轧、第二次固溶处理，得到铝合金导体。

1.一种环保型电动汽车电缆用铝合金杆材的制备方法，包括以下步骤： 铸造如下成分的铝合金铸锭： 1）Fe0.01～0.6％ Co0.4～1.2％ Ni0.2～1.0％ Mg0.01～0.3% Sr0.01～0.3% Ge0.01～0.05% Cu0.005～0.28% Zr0.01～0.5％ Sn0.01～0.3% 蒙脱土0.03～0.15% 余量的铝； 2）将步骤1)得到的铝合金铸锭进行第一次固溶处理； 3）将步骤2)得到铝合金铸锭进行均匀化处理； 4）将步骤3)得到的的铝合金铸锭常规冷轧得到铝合金杆材； 5）将步骤4)得到的铝合金杆材进行第二次固溶处理。 2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述固溶处理加热温度为670~770℃，保温时间为5~10h。 3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述均匀化处理的温度为570~670℃，处理时间为10~20h，升温速度为4～10℃/min。 4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二次固溶处理加热温度为670~770℃，保温时间为8~14h。

一种环保型电动汽车电缆用铝合金杆材的制备方法

技术领域

本发明涉及合金技术领域，尤其涉及环保型电动汽车电缆用铝合金杆材的制备方法。

背景技术

长期以来，人们对低压电缆的选择，通常是以铜为主。认为铜导体在电气性能及可靠程度上都高于其他导体，是用作电缆材料的不二选择，铜芯电缆具有电阻率低、强度高、载流量大等特点。随着电动汽车的飞速发展，电动汽车用电缆的需求量越来越大，铜芯电缆应用量迅速增加，我国铜材料使用量已经占到线缆行业的90%以上。但铜作为地球上的一种稀缺资源，尤其是在我们国家，矿藏量十分有限，铜矿石大量依赖进口，价格不断攀高，电缆成本越来越引起投资方的关注；同时，铜电缆易老化等缺点；再加上国内废弃铜的前处理和精炼缺少完善的“三废”处理及监督，污染严重，我国环境付出了沉重代价。因此，人们期望具有更合适的电缆来替换铜芯电缆。

实践证明，铜和铝是承载电流最合适的材料，是目前世界上电缆的最主要选择。我国铝土矿资源、电解铝产能过剩，铝成为电线电缆首选替代金属，以铝代替铜受到了研究者的关注。

目前，国内铝代铜方式上有铝、铜包铝、铝合金三种。

铝具有机械强度差、容易折断；易腐蚀、需要经常紧固螺丝；容易过载发热，存在安全隐患；表面极易形成氧化膜而增大接触电阻等缺点，限制了铝芯电线电缆的应用。

铜包铝电缆是在铝芯线上均匀连续地包覆铜层，使接触面上的铜、铝原子形成冶金结合，构成一种双金属层状复合材料。铜包铝电缆充分发挥了铜的优良导电性和铝重量轻的特点，但抗拉强度依然较差，且制造工艺要求较高，废旧电缆回收再利用难度大。

铝合金电缆是在铝导体中加入了相关的微量元素，使其电阻率较纯铝导体低，其弯曲、抗压蠕变和耐腐蚀等物理、机械性得到有效提高。相比较铜质电缆，铝合金电缆在重量、价格以及工程安装等方面则具备铜缆无可比拟的优越性。在相同电气性能和更好机械性能的前提下，铝合金电缆更具经济性和绿色环保等优势，且应用领域广泛，是一种较好的铜芯电缆替代品。因此，铝合金作为电缆导体成为了研究的热点。

在国际铝行业协会的铝合金牌号中，用作导体的铝合金主要有AA6000和AA8000系列导体。AA6000Al-Mg-Si(铝镁硅合金）系列导体主要用在高压架空线和铝母排，这两类导体都是以硬态导体存在，接头的连接以焊接为主。AA8000A1-Mg-Cu_Fe(铝镁铜铁合金）系列是真正用在配电线路上的软质招合金。现有技术中的铝合金导体材料在耐腐蚀性能和机械性能等方面已经较为优异，但还有以下缺点：

1.抗疲劳性能差：在温度，外力和自重的作用下，随着时间的推移，将缓慢的产生不能复原的永久变形的蠕变，对电缆危害极大，导致接触点压不紧，压力减小使得接触电阻迅速增大，电流流过后，造成接头处过热，或者打火，进而造成安全隐患。铜材、铝合金的抗拉强度分别是200至400、91至23。现有铝合金导体的抗拉强度只有铜导体的一半。韧性欠佳，能承受的扭转次数不够多，在安装时只要若干次一定角度的扭转，导体就会产生裂纹，裂口就会发热、腐蚀，发生火灾。这些都决定了现有铝合金导体的抗疲劳性能差，容易出现质量问题，影响铝合金材料的使用寿命或带来安全隐患。

2.导电性差，由于电阻率高，同截面的铝合金电缆允许的载流量小，使电缆的电压增大，在有限的电压条件下电能达到的距离有限，供电覆盖面积小，造成电缆电压损失高。

3.抗氧化性能差，表面极易被氧化，使接触电阻增大发热，引发事故。

因此，铝合金电力电缆综合性能仍较差，随着电力材料的不断发展，对铝合金材料各方面的性能要求也越来越高，亟需耐高温、导电率高、重量轻、抗拉强度高的新型铝合金导体材料。

发明内容

一种环保型电动汽车电缆用铝合金杆材的制备方法，包括以下步骤：

1)铸造如下成分的铝合金铸锭：

Fe0.01～0.6％

Co0.4～1.2％

Ni0.2～1.0％

Mg0.01～0.3%

Sr0.01～0.3%

Ge0.01～0.05%

Cu0.005～0.28%

Zr0.01～0.5％

Sn0.01～0.3%

蒙脱土0.03～0.15%

余量的铝；

2）将步骤1)得到的铝合金铸锭进行第一次固溶处理；

3）将步骤2)得到铝合金铸锭进行均匀化处理；

4）将步骤3)得到的的铝合金铸锭常规冷轧得到铝合金杆材；

5）将步骤4)得到的铝合金杆材进行第二次固溶处理。

第一次固溶处理加热温度为670~770℃，保温时间为5~10h；均匀化处理的温度为570~670℃，处理时间为10~20h，升温速度为4～10℃/min；第二次固溶处理加热温度为670~770℃，保温时间为8~14h。

所述制备方法本发明没有特殊的限制，为本领域技术人员熟知的方式即可。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

（1）从抗疲劳性能方面来说，Sr的加入降低了三组元Al-Co–Ni铝基体系的玻璃态形成能力，得到的铝合金导体柔韧，可以反复折叠或像绳子一样反复缠绕，破坏性剧烈折叠铝合金导体，最少需要36次才能出现裂痕。

（2）在铝合金导体的制造过程中两次进行固溶处理步骤，有效增加了单位体积内微米级以下微粒的数量，能够在折弯的过程中固定变形带来的位移，使导体横截面有更好的完整性，可得到更高的伸长率和抗疲劳性能。

（3）从电导率方面来说，开始少量Sr元素的加入形成了Al₄Sr及Al₂Sr相，经均匀化处理之后合金中出现Al-Co-Sr相(τ相)，合金的电导率随着Sr含量的增加而提高，同时，均匀化处理的温度和时间的控制对Al-Co-Sr相的形成至关重要，是决定电导率提高的关键要素之一。

（4）从抗氧化性能方面来说，Al-Co-Ni–Sr铝合金导体加入了Ge元素，经第二次固溶处理及时效处理后，Al-Ni-Ge相在蒙脱土有效成分的帮助下迁移至表面形成一层类似于玻璃态保护膜的三维网络结构，可有效防止合金被氧化。

（5）硅化铁（二硅化铁）增加了铝合金的抗氧化性和导电性。

（6）硅酸铝也可增加铝合金的抗氧化性和导电性，也可增加铝合金的耐候性和硬度。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的环保型电动汽车电缆用铝合金杆材的制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。铝合金导体材料的组分及含量实施例中表所示。

实施例1

表1铝合金导体材料的组分及含量

（1）按照上表所列金属元素质量所示，将983.35g铝锭投入熔炉中，充氮条件下加热熔化，700℃保温；

（2）按上表所示量，在熔融态的铝液中加入Fe、Co、Ni、Mg、Sr、Ge、Cu、Zr、Sn等金属，搅拌0.5h使其均匀，而后静止并于700℃下保温0.5h；

（3）在合金熔体中加入精炼剂3g，并搅拌均匀，再静置保温30min，熔体精炼在密封环境中操作；精炼后打渣、静置、调温至650℃，合金液倾倒出炉，再经除气、除渣处理后，进入铸造机进行铸造，得到铝合金铸锭；

（4）将铝合金铸锭加热到670℃，保温时间为5h，以进行第一次固溶处理，所用冷却介质为清水；

（5）将步骤（4）得到的铝合金铸锭加热，升温温度为8℃/min，升至570℃条件下对其保温，保温时间10h；

（6）对步骤（4）得到的铝合金铸锭进行常规冷轧，得到铝合金杆材；

（7）将铝合金杆材加热到670℃，保温时间为8h，以进行第二次固溶处理，所用冷却介质为清水。

实施例2

表2铝合金导体材料的组分及含量

（1）按照上表所列金属元素质量所示，将975.4g铝锭投入熔炉中，充氮条件下加热熔化，700℃保温；

（2）按上表所示量，在熔融态的铝液中加入Fe、Co、Ni、Mg、Sr、蒙脱土、Ge、Cu、Zr、Sn等金属，搅拌0.5h使其均匀，而后静止并于700℃下保温1h；

（3）在合金熔体中加入精炼剂3g，并搅拌均匀，再静置保温30min，熔体精炼在密封环境中操作；精炼后打渣、静置、调温至650℃，合金液倾倒出炉，再经除气、除渣处理后，进入铸造机进行铸造，得到铝合金铸锭；

（4）将铝合金铸锭加热到670℃，保温时间为10h，以进行第一次固溶处理，所用冷却介质为清水；

（5）将步骤（3）得到的铝合金铸锭加热，升温温度为4℃/min，升至670℃条件下对其保温，保温时间10h；

（6）对步骤（4）得到的铝合金铸锭进行常规冷轧，得到铝合金杆材；

（7）将铝合金杆材加热到700℃，保温时间为10h，以进行第二次固溶处理，所用冷却介质为清水。

实施例3

表3铝合金导体材料的组分及含量

（1）按照上表所列金属元素质量所示，将973.8g铝锭及3gSn投入熔炉中，充氮条件下加热熔化，700℃保温；

（2）按上表所示量，在熔融态的铝液中加入Fe、Co、Ni、Mg、Sr、蒙脱土、Ge、Cu、Zr等金属，搅拌0.5h使其均匀，而后静止并于700℃下保温1h；

（3）在合金熔体中加入精炼剂3g，并搅拌均匀，再静置保温30min，熔体精炼在密封环境中操作；精炼后打渣、静置、调温至650℃，合金液倾倒出炉，再经除气、除渣处理后，进入铸造机进行铸造，得到铝合金铸锭；

（4）将铝合金铸锭加热到770℃，保温时间为10h，以进行第一次固溶处理，所用冷却介质为清水；

（5）将步骤（3）得到的铝合金铸锭加热，升温温度为4℃/min，升至670℃条件下对其保温，保温时间20h；

（6）对步骤（4）得到的铝合金铸锭进行常规冷轧，得到铝合金杆材；

（7）将铝合金杆材加热到770℃，保温时间为8h，以进行第二次固溶处理，所用冷却介质为清水。

实施例4

表4铝合金导体材料的组分及含量

（1）按照上表所列金属元素质量所示，将970.7g铝锭及1.5g蒙脱土投入熔炉中，充氮条件下加热熔化，700℃保温；

（2）按上表所示量，在熔融态的铝液中加入Fe、Co、Ni、Mg、Sr、Ge、Cu、Zr、Sn等金属，搅拌0.5h使其均匀，而后静止并于700℃下保温0.5h；

（3）在合金熔体中加入精炼剂3g，并搅拌均匀，再静置保温30min，熔体精炼在密封环境中操作；精炼后打渣、静置、调温至650℃，合金液倾倒出炉，再经除气、除渣处理后，进入铸造机进行铸造，得到铝合金铸锭；

（4）将铝合金铸锭加热到730℃，保温时间为10h，以进行第一次固溶处理，所用冷却介质为清水；

（5）将步骤（3）得到的铝合金铸锭加热，升温温度为4℃/min，升至670℃条件下对其保温，保温时间15h；

（6）对步骤（4）得到的铝合金铸锭进行常规冷轧，得到铝合金杆材；

（7）将铝合金杆材加热到670℃，保温时间为14h，以进行第二次固溶处理，所用冷却介质为清水。

实施例5

表5铝合金导体材料的组分及含量

（1）按照上表所列金属元素质量所示，将977.7g铝锭及0.4gGe投入熔炉中，充氮条件下加热熔化，700℃保温；

（2）按上表所示量，在熔融态的铝液中加入Fe、Co、Ni、Mg、Sr、蒙脱土、Cu、Zr、Sn和硅化铁等金属，搅拌0.5h使其均匀，而后静止并于700℃下保温0.5h；

（3）在合金熔体中加入精炼剂3g，并搅拌均匀，再静置保温30min，熔体精炼在密封环境中操作；精炼后打渣、静置、调温至650℃，合金液倾倒出炉，再经除气、除渣处理后，进入铸造机进行铸造，得到铝合金铸锭；

（4）将铝合金铸锭加热到700℃，保温时间为8h，以进行第一次固溶处理，所用冷却介质为清水；

（5）将步骤（3）得到的铝合金铸锭加热，升温温度为6℃/min，升至570℃条件下对其保温，保温时间20h；

（6）对步骤（4）得到的铝合金铸锭进行常规冷轧，得到铝合金杆材；

（7）将铝合金杆材加热到770℃，保温时间为8h，以进行第二次固溶处理，所用冷却介质为清水。

实施例6

表6铝合金导体材料的组分及含量

（1）按照上表所列金属元素质量所示，将974.21g铝锭及4gCo投入熔炉中，充氮条件下加热熔化，700℃保温；

（2）按上表所示量，在熔融态的铝液中加入Fe1.3g、Ni8.5g、Mg1.9g、Sr0.45g、蒙脱土0.84g、Ge0.5g、Cu0.1g、Zr5g、Sn2.5g和硅酸铝3.2g，搅拌0.5h使其均匀，而后静止并于700℃下保温0.5h；

（3）在合金熔体中加入精炼剂3g，并搅拌均匀，再静置保温30min，熔体精炼在密封环境中操作；精炼后打渣、静置、调温至650℃，合金液倾倒出炉，再经除气、除渣处理后，进入铸造机进行铸造，得到铝合金铸锭；

（4）将铝合金铸锭加热到770℃，保温时间为10h，以进行第一次固溶处理，所用冷却介质为清水；

（5）将步骤（3）得到的铝合金铸锭加热，升温温度为10℃/min，升至670℃条件下对其保温，保温时间20h；

（6）对步骤（4）得到的铝合金铸锭进行常规冷轧，得到铝合金杆材；

（7）将铝合金杆材加热到670℃，保温时间为14h，以进行第二次固溶处理，所用冷却介质为清水。

实施例7

表7铝合金导体材料的组分及含量

（1）按照上表所列金属元素质量所示，将971.8g铝锭及10gNi投入熔炉中，充氮条件下加热熔化，700℃保温；

（2）按上表所示量，在熔融态的铝液中加入Fe、Co、Mg、Sr、Ge、Cu、Zr、Sn等金属及0.3g蒙脱土，搅拌0.5h使其均匀，而后静止并于700℃下保温0.5h；

（3）在合金熔体中加入精炼剂3g，并搅拌均匀，再静置保温30min，熔体精炼在密封环境中操作；精炼后打渣、静置、调温至650℃，合金液倾倒出炉，再经除气、除渣处理后，进入铸造机进行铸造，得到铝合金铸锭；

（4）将铝合金铸锭加热到700℃，保温时间为10h，以进行第一次固溶处理，所用冷却介质为清水；

（5）将步骤（3）得到的铝合金铸锭加热，升温温度为10℃/min，升至670℃条件下对其保温，保温时间10h；

（6）对步骤（4）得到的铝合金铸锭进行常规冷轧，得到铝合金杆材；

（7）将铝合金杆材加热到670℃，保温时间为14h，以进行第二次固溶处理，所用冷却介质为清水。

将按照上述方法制备的铝合金进行性能测试，结果参见表8及表9。

表8实施例铝合金导体（铝合金电缆）的性能测试数据表

表9实施例及对比例铝合金导体的抗氧化性能测试（氧化增重量/mg·cm²）

表8中对比例1为巩义市荣鑫合金线材有限公司出售的AA8030铝合金导体，对比例2为宁波博泽金属材料有限公司A6061。实施例中选用的蒙脱土为购自佛山市南海官窑官中化工厂的P-85M型蒙脱土，其技术参数及有效成分含量见表10及表11。所用精炼剂为徐州华天金属熔剂有限公司出售的型号为HT-LJ3的铝合金专用除气精炼剂，用量为2kg/T铝。

本实施例中的测试方法参照GB/T12706-2008。

表10P-85M型蒙脱土技术指标

表11P-85M型蒙脱土化学成分（％）

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。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。