煤礦電纜用Al-Fe-Cu-Mg-Cr系鋁合金及鋁合金電纜的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種煤礦電纜用Al-Fe-Cu-Mg-Cr系鋁合金及鋁合金電纜，其中，鋁合金材料包括的組分及各組分的重量百分比如下：Fe：0.2～1.1％；Cu：0.01～0.4％；Mg：0.01～0.4％；Cr：0.005～0.2％；Si：0～0.1％；B：0～0.2％；余量為Al和雜質(zhì)；將上述鋁合金材料通過(guò)熔煉、鑄造、軋制工藝得到鋁合金桿，再經(jīng)拉制、束絞、軟化而成鋁合金線芯，再將導(dǎo)體線芯經(jīng)過(guò)擠包絕緣、成纜、擠包護(hù)套或鎧裝制成鋁合金電纜。該煤礦電纜用Al-Fe-Cu-Mg-Cr系鋁合金，具有高強(qiáng)度、高導(dǎo)電率、彎曲性能良好等特性；由該鋁合金制成的鋁合金電纜能滿足煤礦領(lǐng)域中對(duì)電纜性能的要求。
【專利說(shuō)明】煤礦電纟寬用AI_Fe_Cu_Mg_Cr系f呂合金及錯(cuò)合金電編

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋁合金【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種煤礦電纜用Al-Fe-Cu-Mg-Cr系鋁合 金及鋁合金電纜。

【背景技術(shù)】
[0002] 煤礦用電纜屬于電纜行業(yè)技術(shù)含量較高產(chǎn)品。煤礦用電纜由于使用的環(huán)境復(fù)雜、 工作條件惡劣、且移動(dòng)頻繁，使用壽命不長(zhǎng)，瓦斯積聚的區(qū)域又十分危險(xiǎn)，因此不僅對(duì)電纜 本身安全性要求很高，而且對(duì)頻繁移動(dòng)場(chǎng)合用電纜的耐磨性、抗外界拉力性能要求很高。
[0003] 現(xiàn)在市場(chǎng)上電纜絕大部分是以銅芯為導(dǎo)線。然而，隨著銅資源日益緊張、瀕臨匱 乏，使用代替銅芯導(dǎo)線其他材料的導(dǎo)線需求越來(lái)越大。金屬材料中鋁導(dǎo)電效果好、質(zhì)輕、價(jià) 格低廉；同時(shí)，近年來(lái)人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，強(qiáng)烈需要減輕重量以提高機(jī)械燃料利用率。因 此，以鋁芯電纜代替銅芯電纜已是大勢(shì)所趨。
[0004] 然而，普通鋁芯電纜存在機(jī)械性能和抗腐蝕性能較差的問(wèn)題，不能夠滿足煤礦用 電纜頻繁移動(dòng)的良好的彎曲性能的需求；也不能滿足煤礦用電纜的惡劣環(huán)境對(duì)電纜導(dǎo)體的 導(dǎo)電率和機(jī)械強(qiáng)度較高的要求。因此，開(kāi)發(fā)出一種能滿足煤礦業(yè)中使用要求的鋁合金電纜 具有十分廣闊的市場(chǎng)前景。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種煤礦電纜用Al-Fe-Cu-Mg-Cr 系鋁合金及鋁合金電纜，該鋁合金的具有高強(qiáng)度、高導(dǎo)電率、彎曲性能良好等特性，如導(dǎo)電 率大于等于61 % IACS，斷裂伸長(zhǎng)率大于等于10 %，90度疲勞彎折次數(shù)大于等于30次；該鋁 合金制造的鋁合金電纜經(jīng)過(guò)9000次抗彎曲試驗(yàn)后不短路、不斷路，滿足煤礦領(lǐng)域中對(duì)電纜 性能的要求。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0007] -種煤礦電纜用Al-Fe-Cu-Mg-Cr系鋁合金，所述鋁合金包括的組分及各組分的 重量百分比如下：
[0008] Fe :0· 2 ?1. 1% ;
[0009] Cu :0· 01 ?0· 4% ;
[0010] Mg :0· 01 ?0· 4% ;
[0011] Cr:0. 005 ?0· 2% ;
[0012] Si :0 ?0· 1% ;
[0013] B :0 ?0· 2% ;
[0014] 余量為Al和雜質(zhì)；
[0015] 所述鋁合金的電阻率小于等于0.028264 Ω .mmVm,導(dǎo)電率大于等于61 % IACS，斷 裂伸長(zhǎng)率大于等于1〇%，90度疲勞彎折次數(shù)大于等于30次。
[0016] 進(jìn)一步,所述錯(cuò)合金還包括稀土元素,所述稀土元素的含量占錯(cuò)合金成分總重量 的 0· 1 ?0· 3%。
[0017] 進(jìn)一步,所述稀土元素包括Ce和La,所述Ce和La的含量占稀土元素總量的至少 50%。
[0018] 進(jìn)一步，所述鋁合金在溫度120°C、壓應(yīng)力120MPa條件下，1?100小時(shí)的平均蠕 變速度小于等于IX HT2 (% /h)。
[0019] 一種煤礦用鋁合金電纜，所述鋁合金電纜通過(guò)如下步驟制得：
[0020] a、將前面所述的鋁合金經(jīng)過(guò)熔煉、鑄造、乳制得到鋁合金桿；
[0021] b、將步驟a得到的鋁合金桿經(jīng)過(guò)拉制、束絞、軟化處理得到鋁合金導(dǎo)體線芯；
[0022] c、將步驟b得到的導(dǎo)體線芯經(jīng)過(guò)擠包絕緣、成纜、擠包護(hù)套或鎧裝制成鋁合金電 纜。
[0023] 進(jìn)一步，步驟b所述鋁合金導(dǎo)體線芯由10?2000根直徑分別為0. 2?0. 5mm的 單絲束絞制成，所述單絲束由所述鋁合金桿經(jīng)過(guò)拉制得到。
[0024] 進(jìn)一步，所述鋁合金電纜適用于_40°C?90°C的礦井環(huán)境。
[0025] 進(jìn)一步，所述鋁合金電纜適用于額定電壓8. 7/10kV及以下等級(jí)的煤礦用移動(dòng)類 橡套軟電纜。
[0026] 進(jìn)一步，所述鋁合金電纜在90°C長(zhǎng)期運(yùn)行情況下，載流量不低于相同截面銅電纜 的 80%。
[0027] 進(jìn)一步，所述鋁合金電纜經(jīng)過(guò)9000次抗彎曲試驗(yàn)后不短路、不斷路。
[0028] 進(jìn)一步，本發(fā)明中煤礦用鋁合金電纜所用的鋁合金導(dǎo)體線芯的制備方法，包括以 下步驟：
[0029] a、通過(guò)對(duì)熔融鋁合金進(jìn)行鑄造得到鑄造材料：按比例加入本發(fā)明中提到的鋁合金 成分，在700?80(TC條件下進(jìn)行熔煉工藝，然后在650?680°C條件下進(jìn)行鑄造，得到鑄 錠；
[0030] b、將步驟a得到的鑄錠在460?550°C范圍內(nèi)固溶處理2?6h，然后在20?100°C 的冷卻水中快速淬火；
[0031] c、將步驟b得到的鑄錠在150?250°C范圍內(nèi)時(shí)效處理6?10h，再升溫至300? 400°C，乳制成合金桿；
[0032] d、在280?300°C范圍內(nèi)，將步驟c軋制成的合金桿進(jìn)行拉制處理，使截面積縮小 至步驟c中合金桿截面積的50?60%，得到鋁合金線；
[0033] e、在形成鋁合金核的溫度條件下，將步驟d得到的鋁合金線再次進(jìn)行拉制處理， 使截面積縮小至步驟d中鋁合金線截面積的70?100%，得到鋁合金導(dǎo)體單絲；
[0034] f、將若干根步驟e得到的鋁合金導(dǎo)體單絲絞合，在230?320°C條件下進(jìn)行第一次 熱處理3?6h，然后在300?400°C條件下將再次熱處理8?14h，得到鋁合金導(dǎo)體線芯。
[0035] 上述鋁合金導(dǎo)體線芯的制備方法中，鑄造步驟中，加熱應(yīng)當(dāng)緩慢，再加入多種合金 錠時(shí)，應(yīng)在300°C以下裝爐，以保證鑄件加熱均勻，在盡可能高的溫度下（接近于共晶的熔 點(diǎn)）通過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的固容熱處理使合金元素與第二相溶于基體，由于微量合金元素（B、Si、 RE)的融入，使基體成為亞飽和狀態(tài)，通過(guò)固容處理可以大幅提高合金的強(qiáng)度和塑性，改善 合金的耐腐蝕性能；在固溶后快速冷卻（從鑄件吊起到鑄件完全浸入冷卻介質(zhì)中時(shí)間不 宜超過(guò)15s，以使鑄件淬火均勻）提高鑄件的拉伸性能和柔韌性；在時(shí)效開(kāi)始階段，基體飽 和度很大，鑄件的硬度會(huì)大幅提高，隨著時(shí)效時(shí)間的增加，基體和析出物之間的濃度達(dá)到平 衡，此時(shí)析出物析出開(kāi)始變慢，此時(shí)在經(jīng)過(guò)較短的保溫時(shí)間，可以抑制晶粒生長(zhǎng)，從而得到 較少粗精的鋁合金，由此獲得優(yōu)良的力學(xué)性能即較高的強(qiáng)度，良好的塑性和韌性；步驟f中 兩次退火處理可以最大限度地去鋁合金絞線的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定合金線的電學(xué)性能，穩(wěn)定尺寸 減少變形，大大提高合金線的拉伸性和彎曲性。
[0036] 本發(fā)明提供的煤礦電纜用Al-Fe-Cu-Mg-Cr系鋁合金及鋁合金電纜的有益效果如 下：
[0037] 1、本發(fā)明提供的煤礦電纜用鋁合金，通過(guò)對(duì)鋁合金的元素進(jìn)行優(yōu)化，從而改善該 錯(cuò)合金的性能。本發(fā)明選用Al-Fe-Cu-Mg-Cr系錯(cuò)合金，通過(guò)加入Fe元素，可以改善合金的 機(jī)械強(qiáng)度和拉伸性能，F(xiàn)e還能明顯提高合金的高溫抗蠕變性能，以及提高合金的抗疲勞性 能；Cu也可以提高高溫蠕變性能及抗疲勞性能，并且有一定的固溶強(qiáng)化效果，時(shí)效析出的 CuAl2有著明顯的時(shí)效強(qiáng)化效果；鋁合金中加入少量的Mg,可實(shí)現(xiàn)細(xì)化鑄造組織；Cr在鋁中 形成（CrFe)Al 7金屬間化合物，阻礙再結(jié)晶的形核和長(zhǎng)大過(guò)程，從而可以獲得較少粗精環(huán)的 超細(xì)合金，使合金力學(xué)性能得到較大提高，特別是合金的延伸率，還能改善合金韌性和降低 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感性，顯著改性合金的抗疲勞彎曲性能，提高電纜的使用壽命。適量的Cr 可以抵消Cu對(duì)抗蝕性的不利影響，但過(guò)量的Cr會(huì)增加淬火敏感性，使鋁合金陽(yáng)極氧化膜呈 黃色，因此本發(fā)明Cr的含量為0. 005?0. 2%。
[0038] 本發(fā)明提供的煤礦電纜用鋁合金，選擇在鋁合金中添加少量的Si, Mg與Si作用， 形成MgSi強(qiáng)化相，提高再結(jié)晶溫度和改變時(shí)效行為，使制品的再結(jié)晶晶粒得以進(jìn)一步細(xì) 化，強(qiáng)度、韌性得以提高，塑性、耐蝕性得到改善，提高鋁合金的屈服強(qiáng)度及延伸率，避免鋁 合金產(chǎn)品的再加工，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。同時(shí)，對(duì)Si的含量作了限定，因?yàn)檫^(guò)多 的Si會(huì)導(dǎo)致拉伸性能降低，影響到鋁合金電纜的加工性能，并且可能會(huì)降低導(dǎo)體的疲勞彎 曲性能，且過(guò)多的Si還會(huì)降低電性能。
[0039] 本發(fā)明還優(yōu)選加入一定量的B，可以改善加工性能，特別是單絲微拉和束絞方面的 加工性能。本發(fā)明提供的煤礦用鋁合金，通過(guò)將適量的B作為鋁合金成分，既可以改善合金 的性能，又不會(huì)因過(guò)多的量會(huì)惡化合金的性能，特別是電性能和延伸性能。本發(fā)明提供的鋁 合金材料，通過(guò)合理的合金成分配比來(lái)保障合金的性能。
[0040] 本發(fā)明提供的煤礦用鋁合金，還優(yōu)選添加一定量的稀土元素（RE)，其中Ce和La含 量占稀土元素總含量的至少50%，稀土元素不僅可以顯著提高合金的電性能，還能起到提 高合金抗疲勞彎曲性能的效果，延長(zhǎng)了電纜的使用壽命。優(yōu)選Ce和La,是因?yàn)檫@兩種元素 在本發(fā)明中效果較其他稀土元素改善效果更明顯。
[0041] 本發(fā)明提供的煤礦用鋁合金材料，通過(guò)熔煉、鑄造、固溶與時(shí)效處理、乳制工藝后， 得到的鋁合金的電阻率小于等于0. 028264Ω 電導(dǎo)率大于等于61% IACS，斷裂伸長(zhǎng) 率大于等于10%，溫度120°C、120MPa壓應(yīng)力條件下，1?100小時(shí)的平均蠕變速度小于等 于I X KT2 (% /h)，90度疲勞彎折次數(shù)大于等于30次，且單絲直徑最小可拉到0. 2mm。
[0042] 2、由本發(fā)明的Al-Fe-Cu-Mg-Cr系鋁合金制造而得的煤礦用鋁合金電纜，不僅具 有很好的導(dǎo)電性能、拉伸性能、抗蠕變性能和抗疲勞性能，特別是抗彎曲性能也達(dá)到了煤礦 用銅芯電纜的技術(shù)要求；同時(shí)，煤礦用鋁合金電纜由于柔韌性好，且重量較銅輕很多，因而 作為煤礦用軟電纜使用起來(lái)更加方便，有效的降低了煤礦用電纜的成本，提高了工作效率， 具有非常好技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。
[0043] 本發(fā)明提供的煤礦用鋁合金電纜，適用于煤礦用移動(dòng)類橡套軟電纜、額定電壓 8. 7/10kV及以下煤礦用橡套軟電纜，在90°C長(zhǎng)期運(yùn)行條件下，載流量不低于相同截面銅電 纜的80% ;且本發(fā)明提供的煤礦用鋁合金電纜經(jīng)9000次抗彎曲試驗(yàn)后不短路、不斷路，其 中，9000次抗彎曲試驗(yàn)按MT818. 1規(guī)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行。

【具體實(shí)施方式】
[0044] 在本發(fā)明實(shí)施方案中，雜質(zhì)可以是指在鋁合金制造過(guò)程中可能不是故意引入的雜 質(zhì)，也可以是各元素自身中非故意含有。
[0045] 以下將針對(duì)本發(fā)明提供的鋁合金及鋁合金電纜的技術(shù)方案分別進(jìn)行詳細(xì)闡述：
[0046] 實(shí)施例1
[0047] 一種煤礦電纜用Al-Fe-Cu-Mg-Cr系鋁合金，組分及各組分的重量百分比如下（總 重量：ιτ):
[0048]

【權(quán)利要求】
1. 一種煤礦電纜用Al-Fe-Cu-Mg-Cr系鋁合金，其特征在于，所述鋁合金包括的組分及 各組分的重量百分比如下： Fe :0· 2 ?1. 1% ; Cu :0· 01 ?0· 4% ; Mg :0· 01 ?0· 4% ; Cr :0. 005 ?0. 2% ; Si :0 ?0· 1% ; B :0 ?0· 2% ; 余量為A1和雜質(zhì)； 所述鋁合金的電阻率小于等于〇.〇28264〇*臟2/111，導(dǎo)電率大于等于61(%^^5，斷裂 伸長(zhǎng)率大于等于1〇%，90度疲勞彎折次數(shù)大于等于30次。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金，其特征在于，所述鋁合金還包括稀土元素，所述稀土 元素的含量占錯(cuò)合金成分總重量的〇. 1?〇. 3%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋁合金，其特征在于，所述稀土元素包括Ce和La，所述Ce和 La的含量占稀土元素總量的至少50%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的鋁合金，其特征在于，所述鋁合金在溫度 120°C、壓應(yīng)力120MPa條件下，1?100小時(shí)的平均蠕變速度小于等于1Χ1(Γ 2(% /h)。
5. -種煤礦用鋁合金電纜，其特征在于，所述鋁合金電纜通過(guò)如下步驟制得： a、 將權(quán)利要求1至4項(xiàng)任意一項(xiàng)所述的鋁合金經(jīng)過(guò)熔煉、鑄造、乳制得到鋁合金桿； b、 將步驟a得到的鋁合金桿經(jīng)過(guò)拉制、束絞、軟化處理得到鋁合金導(dǎo)體線芯； c、 將步驟b得到的導(dǎo)體線芯經(jīng)過(guò)擠包絕緣、成纜、擠包護(hù)套或鎧裝制成鋁合金電纜。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤礦用鋁合金電纜，其特征在于，步驟b所述鋁合金導(dǎo)體線芯 由10?2000根直徑分別為0. 2?0. 5mm的單絲束絞制成，所述單絲束由所述鋁合金桿經(jīng) 過(guò)拉制得到。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤礦用鋁合金電纜，其特征在于，所述鋁合金電纜適用 于-40°C?90°C的礦井環(huán)境。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤礦用鋁合金電纜，其特征在于，所述鋁合金電纜適用于額 定電壓8. 7/10kV及以下等級(jí)的煤礦用移動(dòng)類橡套軟電纜。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤礦用鋁合金電纜，其特征在于，所述鋁合金電纜在90°C長(zhǎng) 期運(yùn)行情況下，載流量不低于相同截面銅電纜的80 %。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤礦用鋁合金電纜，其特征在于，所述鋁合金電纜經(jīng)過(guò)9000 次抗彎曲試驗(yàn)后不短路、不斷路。
【文檔編號(hào)】H01B13/00GK104294096SQ201410469646
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
【發(fā)明者】林澤民 申請(qǐng)人:安徽亞南電纜廠