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1、(10)申请公布号 CN 103667829 A (43)申请公布日 2014.03.26 CN 103667829 A (21)申请号 201310738022.3 (22)申请日 2013.12.27 C22C 21/12(2006.01) C22C 1/02(2006.01) C22F 1/057(2006.01) H01B 1/02(2006.01) (71)申请人 安徽欣意电缆有限公司 地址 230012 安徽省合肥市张洼路 98 号 (72)发明人 林泽民 (74)专利代理机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 代理人 赵青朵 (54) 发明名称 Al-Cu 铝合金、 其。
2、制备方法以及铝合金电缆 (57) 摘要 本发明提供了一种 Al-Cu 铝合金， 本发明还 提供了一种 Al-Cu 铝合金的制备方法， 包括以下 步骤 ： a） 铸造铝合金铸锭 ； b） 将所述铝合金铸锭 依次进行固溶处理与时效处理， 将时效处理后的 铝合金铸锭进行轧制， 得到铝合金。 本发明还提供 了一种铝合金电缆。本发明通过对添加元素的选 择和控制， 并采用合理的制备工艺， 使铝合金具有 较好的综合性能。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 6 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书6页 (10)申请公布号 CN 1036678。
3、29 A CN 103667829 A 1/1 页 2 1. 一种 Al-Cu 铝合金， 包括 ： 0.1wt% 0.7wt% 的 Cu ； 余量的铝。 2. 根据权利要求 1 所述的铝合金， 其特征在于， 所述铝合金中 Cu 的含量为 0.3wt% 0.6wt%。 3.根据权利要求12任一项所述的铝合金， 其特征在于， 所述铝合金的抗拉强度大于 等于 200MPa ； 导电率大于等于 60%IACS ； 平均蠕变速度小于等于 510-2%/h ； 疲劳弯折次数 大于等于 14。 4.根据权利要求12任一项所述的铝合金， 其特征在于， 所述铝合金的断裂伸长率大 于等于20%， 导电率大于等于6。
4、1%IACS ； 平均蠕变速度小于等于810-2%/h ； 疲劳弯折次数大 于等于 30。 5. 权利要求 1 4 任一项所述铝合金的制备方法， 包括以下步骤 ： a） 铸造如下成分的铝合金铸锭 ： 0.1 0.7wt% 的 Cu 和余量的铝 ； b） 将所述铝合金铸锭依次进行固溶处理与时效处理， 将时效处理后的铝合金铸锭进行 轧制， 得到铝合金。 6. 根据权利要求 5 所述的制备方法， 其特征在于， 步骤 b） 之后还包括 ： 将所述铝合金进行软化处理。 7. 根据权利要求 5 或 6 所述的制备方法， 其特征在于， 所述固溶处理的温度为 480 600， 时间为 40min 60min 。
5、； 所述时效处理的温度为 350 450， 时间为 1h 3h。 8. 根据权利要求 6 所述的制备方法， 其特征在于， 所述软化处理的温度为大于等于 150， 时间为 3h 6h。 9. 一种铝合金电缆， 包括线芯、 绝缘层、 屏蔽层和保护层， 其特征在于， 所述线芯为权利 要求 1 4 任一项所述的铝合金或权利要求 5 8 任一项所制备的铝合金。 10.根据权利要求9所述的铝合金电缆， 其特征在于， 所述铝合金电缆在90长期运行 的载流量为铜电缆的 70% 80%。 权 利 要 求 书 CN 103667829 A 2 1/6 页 3 Al-Cu 铝合金、 其制备方法以及铝合金电缆 技术领。
6、域 0001 本发明涉及合金技术领域， 尤其涉及一种 Al-Cu 铝合金、 其制备方法以及铝合金 电缆。 背景技术 0002 铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料， 其在航空、 航天、 汽车、 机 械制造、 船舶及化学工业中得到广泛应用。 随着科学技术以及工业经济的飞速发展， 铝合金 的需求日益增多， 因此铝合金的研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金在电力 行业的发展， 同时电力行业的发展又拓宽了铝合金的应用领域。 0003 电力行业的基础元件 - 电力电缆， 是用来输送和分配电能的资源， 其基本结构由 线芯、 绝缘层、 屏蔽层和保护层四部分组成。 其中， 线芯是电力电缆的导。
7、电部分， 用来输送电 能， 其是电力电缆的主要部分 ； 绝缘层将线芯与大地以及不同相的线芯间在电气间彼此隔 离， 保证电能输送， 其是电力电缆结构中不可缺少的组成部分 ； 保护层是保护电力电缆免受 外界杂质和水分的侵入， 以及防止外力直接损坏电力电缆。 由于铜具有良好的导电性， 铜广 泛用于电力电缆的线芯。 但是随着铜资源的日益匮乏， 而铝的含量很丰富， 以铝代替铜受到 了研究者的关注， 因此铝合金作为电缆导体成为了研究的热点。 0004 铝合金电缆替代铜缆逐渐成为一种趋势， 并得到了广泛应用。现有技术中的铝合 金导体材料， 在电性能、 耐腐蚀性能和机械性能等方面较为优异， 但是在抗疲劳和高温。
8、蠕变 性能方面还是比较差， 从而容易出现质量问题， 影响铝合金材料的使用寿命或带来安全隐 患， 因此， 铝合金电缆综合性能仍较差。 0005 针对铝合金用于电力电缆的缺陷， 研究者开始致力于提高铝合金在用于电力电缆 的研究。例如 ： 公开号为 CN101525709A、 CN101914708、 CN102222546A 的中国专利公开的铝 合金， 虽然铝合金的延展性能得到了改善， 但是抗疲劳性能没有得到改善， 且虽然也提到了 抗蠕变性能得到了提高， 但是改善的具体指标没有明确 ； 又如公开号为 CN102360624 的中 国专利公开的铝合金， 虽然抗蠕变性得到了显著改善， 但在延展性和抗疲。
9、劳性能没有很好 的体现出改善的效果， 因而铝合金的综合性能依然存在不足 ； 再如公开号为 CN102119233A 的日本专利文献公开的铝合金， 在强度和延展性方面得到了提高， 且具有较好的弹性极限 应力和耐冲击性能， 但是抗疲劳性能和抗蠕变性能没有得到提高。 发明内容 0006 本发明解决的技术问题在于提供一种综合力学性能较好的用于电力电缆的铝合 金及其制备方法。 0007 有鉴于此， 本申请提供了一种 Al-Cu 铝合金， 包括 ： 0008 0.1wt% 0.7wt% 的 Cu ； 0009 余量的铝。 0010 优选的， 所述铝合金中 Cu 的含量为 0.3wt% 0.6wt%。 说 。
10、明 书 CN 103667829 A 3 2/6 页 4 0011 优选的， 所述铝合金的抗拉强度大于等于 200MPa ； 导电率大于等于 60%IACS ； 平均 蠕变速度小于等于 510-2%/h ； 疲劳弯折次数大于等于 14。 0012 优选的， 所述铝合金的断裂伸长率大于等于 20%， 导电率大于等于 61%IACS ； 平均 蠕变速度小于等于 810-2%/h ； 疲劳弯折次数大于等于 30。 0013 本申请还提供了所述铝合金的制备方法， 包括以下步骤 ： 0014 a） 铸造如下成分的铝合金铸锭 ： 0.1 0.7wt% 的 Cu 和余量的铝 ； 0015 b） 将所述铝合金。
11、铸锭依次进行固溶处理与时效处理， 将时效处理后的铝合金铸锭 进行轧制， 得到铝合金。 0016 优选的， 步骤 b） 之后还包括 ： 0017 将所述铝合金进行软化处理。 0018 优选的， 所述固溶处理的温度为 480 600， 时间为 40min 60min ； 所述时效 处理的温度为 350 450， 时间为 1h 3h。 0019 优选的， 所述软化处理的温度为大于等于 150， 时间为 3h 6h。 0020 本申请还提供了一种铝合金电缆， 包括线芯、 绝缘层、 屏蔽层和保护层， 所述线芯 为上述方案所述的铝合金或上述方案所制备的铝合金。 0021 优选的， 所述铝合金电缆在 90长。
12、期运行的载流量为铜电缆的 70% 80%。 0022 本申请提供了一种 Al-Cu 铝合金， 包括 ： 0.1wt% 0.7wt% 的 Cu 与余量的铝。本 发明以铝为基， 添加了微量的铜， 铜与铝形成 相， 而 相具有固溶强化和弥散强化的作 用， 使铝合金具有高温抗疲劳性能和高温抗蠕变性能， 并且能够提高铝合金的机械强度。 本 申请通过添加铜并控制其含量， 有利于铝合金综合性能的提高。 具体实施方式 0023 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。 0024 本发明。
13、实施例公开了一种 Al-Cu 铝合金， 包括 ： 0025 0.1wt% 0.7wt% 的 Cu ； 0026 余量的铝。 0027 对于铝合金中的基体铝， 可以采用工业用的 Al99.70 的纯铝， 使本发明制备的铝 合金具有原料供应充足、 成本低、 采购方便等优势 ； 同时铝基还可以采用精铝或高纯级铝作 为基体合金， 该铝基比普通铝基材料具有更高的品质， 加工成的产品在电性能和机械性能 方面更具优势。 0028 本发明中以铝为基体， 添加了微量的铜元素， 以实现对铝合金性能的提高。 所述铜 与铝形成 相， 而 相具有固溶强化和弥散强化的作用， 可以提高铝合金的高温抗疲劳 性能与高温抗蠕变性。
14、能， 同时还可以提高铝合金的机械强度。所述铜的含量为 0.1wt% 0.7wt%， 更优选为 0.3wt% 0.6wt%， 最优选为 0.4wt% 0.55wt%。本申请所述铝合金中若 铜的含量过低， 则铝合金的性能并不能得到明显的改善， 若铜的含量过高， 则会显著降低铝 合金的电性能， 并降低拉伸性能与抗疲劳性能。 0029 本申请还提供了一种 Al-Cu 铝合金的制备方法， 包括以下步骤 ： 说 明 书 CN 103667829 A 4 3/6 页 5 0030 a） 铸造如下成分的铝合金铸锭 ： 0.1 0.7wt% 的 Cu 和余量的铝 ； 0031 b） 将所述铝合金铸锭依次进行固溶。
15、处理与时效处理， 将时效处理后的铝合金铸锭 进行轧制， 得到铝合金。 0032 按照本申请， 步骤 a） 为铸造工序， 得到铝合金铸锭， 为了使各元素能够充分熔解， 在铝合金中均匀分布， 所述铸造过程具体为 ： 将铝锭、 铜锭或铝锭、 铝 - 铜锭， 置于熔炼炉中 在大于等于 700下熔炼， 得到合金熔体， 再将合金熔体在 680以下进行铸造， 得到铝合 金铸锭。 0033 铝合金铸锭制备完成后， 将所述铝合金铸锭进行热处理， 按照本发明， 首先将铝合 金铸锭进行固溶处理， 然后将固溶处理后的铝合金进行时效处理 ； 所述固溶处理是将铝合 金中的析出相溶解于基体中。 本申请的固溶处理能够提高铝合。
16、金的机械强度与高温抗蠕变 性能。所述固溶处理的温度优选为 480 600， 更优选为 500 580； 所述固溶处理 的时间优选为 40min 60min。按照本发明， 然后将固溶处理后的铝合金进行时效处理， 通 过时效处理能够使铝合金的性能均匀分布， 各项性能综合指标达到俱佳的匹配 ； 通过时效 处理同时可以优化合金的机械性能和电性能， 特别提高合金的高温抗蠕变性能。所述时效 处理的温度优选为 350 450， 更优选为 380 420 ； 时间优选为 1h 3h， 更优选 为 1.5h 2h。将时效处理后的铝合金铸锭进行轧制， 则得到铝合金。 0034 本申请所制备的铝合金经过铸造、 固溶。
17、处理、 时效处理与轧制后， 得到的铝合金的 抗拉强度大于等于 200MPa ； 导电率大于等于 60%IACS ； 温度 120、 120MPa 压应力条件下， 1 100h 的平均蠕变速度小于等于 510-2%/h ； 疲劳弯折次数大于等于 14。 0035 按照本申请， 还可以将制备的铝合金进行软化处理， 所述软化处理能够消除加工 过程中的残余应力， 进一步改善铝合金的性能， 尤其是优化铝合金的机械性能与电性能， 提 高铝合金的延展性能与抗疲劳性能。所述软化处理的温度优选大于等于 150， 更优选为 200 300 ； 所述软化处理的时间优选为 3h 6h， 更优选为 4h 5h。所述铝合。
18、金经 过软化处理后， 铝合金的断裂伸长率大于等于 20%， 导电率大于等于 61%IACS ； 温度 120、 120MPa 压应力条件下， 1 100h 的平均蠕变速度小于等于 810-2%/h ； 疲劳弯折次数大于 等于 30。 0036 本申请提供了一种 Al-Cu 铝合金， 包括 ： 0.1wt% 0.7wt% 的 Cu 与余量的铝。本 发明以铝为基， 添加了微量的铜， 铜与铝形成 相， 而 相具有固溶强化和弥散强化的作 用， 使铝合金具有高温抗疲劳性能和高温抗蠕变性能， 并且能够提高铝合金的机械强度。 本 申请通过添加微量的铜并控制其含量， 有利于铝合金综合性能的提高 ； 本申请的铝。
19、合金通 过铸造、 固溶处理、 时效处理与软化处理， 进一步提高了铝合金的综合性能。 0037 本发明还提供了一种铝合金电缆， 所述铝合金电缆包括线芯、 绝缘层、 屏蔽层和保 护层， 本申请上述 Al-Cu 合金作为铝合金电缆的线芯。所述铝合金电缆按照本领域技术人 员熟知的方式制备， 只是电力电缆的线芯是本申请所述铝合金或所制备的铝合金。按照本 领域技术人员熟知的技术手段， 本申请的铝合金经过冷拔、 绞合、 软化、 挤包绝缘、 成缆、 挤 包护套或铠装后， 则得到电力行业的电力电缆。本申请所述铝合金电缆在 90下长期运行 载流量能达到不低于相同截面积的铜电缆的 70% 80%。 0038 为了进。
20、一步理解本发明， 下面结合实施例对本发明提供的铝合金及其制备方法进 行详细说明， 本发明的保护范围不受以下实施例的限制。 说 明 书 CN 103667829 A 5 4/6 页 6 0039 实施例 1 0040 （1） 将铝锭、 铝-铜锭投入熔炉中， 加热至700使之熔化， 静置保温30min ； 然后对 上述合金熔体进行炉内精炼 ； 在合金熔体中加入精炼剂， 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， 铸锭成分列于表 1 ； 0041 （。
21、2） 将步骤 （1） 得到的铝合金铸锭在 480下固溶处理， 保温 40min 后空冷至室温， 再于 350进行时效处理， 保温 2h ； 然后将时效处理后的铝合金进行轧制， 得到铝合金。 0042 将按照上述方法制备的铝合金进行性能测试， 结果参见表 2。 0043 实施例 2 0044 （1） 将铝锭、 铝-铜锭投入熔炉中， 加热至720使之熔化， 静置保温30min ； 然后对 上述合金熔体进行炉内精炼 ； 在合金熔体中加入精炼剂， 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 660， 合金液倾倒出炉， 再经除 气、 除渣处理后， 。
22、进入铸造机进行铸造， 得到铝合金铸锭， 铸锭成分列于表 1 ； 0045 （2） 将步骤 （1） 得到的铝合金铸锭在 500下固溶处理， 保温 50min 后空冷至室温， 再于 400进行时效处理， 保温 1h ； 然后将时效处理后的铝合金进行轧制， 得到铝合金。 0046 将按照上述方法制备的铝合金进行性能测试， 结果参见表 2。 0047 实施例 3 0048 （1） 将铝锭、 铝-铜锭投入熔炉中， 加热至700使之熔化， 静置保温30min ； 然后对 上述合金熔体进行炉内精炼 ； 在合金熔体中加入精炼剂， 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。
23、、 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， 铸锭成分列于表 1 ； 0049 （2） 将步骤 （1） 得到的铝合金铸锭在 520下固溶处理， 保温 50min 后空冷至室温， 再于 380进行时效处理， 保温 2.5h ； 然后将时效处理后的铝合金进行轧制， 得到铝合金。 0050 将按照上述方法制备的铝合金进行性能测试， 结果参见表 2。 0051 实施例 4 0052 （1） 将铝锭、 铝-铜锭投入熔炉中， 加热至730使之熔化， 静置保温30min ； 然后对 上述合金熔体进行炉内精炼 ； 在合金熔体中加入精炼剂， 。
24、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 620， 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， 铸锭成分列于表 1 ； 0053 （2） 将步骤 （1） 得到的铝合金铸锭在 550下固溶处理， 保温 55min 后空冷至室温， 再于 420进行时效处理， 保温 2.5h ； 然后将时效处理后的铝合金进行轧制， 得到铝合金杆 材 ； 0054 （3） 将步骤 （2） 得到的杆材在惰性气氛下加热至 170进行软化处理， 保温 6h， 得 到铝合金。 0055 将按照上述方法制备的铝合金进行性能测试，。
25、 结果参见表 2。 0056 实施例 5 0057 （1） 将铝锭、 铝-铜锭投入熔炉中， 加热至710使之熔化， 静置保温30min ； 然后对 上述合金熔体进行炉内精炼 ； 在合金熔体中加入精炼剂， 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 630， 合金液倾倒出炉， 再经除 说 明 书 CN 103667829 A 6 5/6 页 7 气、 除渣处理后， 进入铸造机进行铸造， 得到铝合金铸锭， 铸锭成分列于表 1 ； 0058 （2） 将步骤 （1） 得到的铝合金铸锭在 590下固溶处理， 保温 60min 后空冷至室温， 再于 。
26、440进行时效处理， 保温 1.5h ； 然后将时效处理后的铝合金进行轧制， 得到铝合金杆 材 ； 0059 （3） 将步骤 （2） 得到的杆材在惰性气氛下加热至 170进行软化处理， 保温 3.5h， 得到铝合金。 0060 将按照上述方法制备的铝合金进行性能测试， 结果参见表 2。 0061 实施例 6 0062 （1） 将铝锭、 铝-铜锭投入熔炉中， 加热至730使之熔化， 静置保温30min ； 然后对 上述合金熔体进行炉内精炼 ； 在合金熔体中加入精炼剂， 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 670， 合金液倾倒出炉， 。
27、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， 铸锭成分列于表 1 ； 0063 （2） 将步骤 （1） 得到的铝合金铸锭在 580下固溶处理， 保温 60min 后空冷至室温， 再于 400进行时效处理， 保温 1.5h ； 然后将时效处理后的铝合金进行轧制， 得到铝合金杆 材 ； 0064 （3） 将步骤 （2） 得到的杆材在惰性气氛下加热至 200进行软化处理， 保温 5.5h， 得到铝合金。 0065 将按照上述方法制备的铝合金进行性能测试， 结果参见表 2。 0066 表 1 实施例制备的铝合金的成分表 （wt%） 0067 0068 表 2 实施例制备的铝合金的。
28、性能测试数据表 0069 说 明 书 CN 103667829 A 7 6/6 页 8 0070 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。 0071 对所公开的实施例的上述说明， 使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的， 本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下， 在其它实施例中实现。 因此， 本发明 将不会被限制于本文所示的这些实施例， 而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。 说 明 书 CN 103667829 A 8 。