低電阻率鑭鋁合金及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種低電阻率稀土鋁合金的制備方法及在鋁桿導線上的應用。其特征主要由鋁和稀土鑭金屬組成，化學成分（重量百分比）：稀土鑭０．１－０．３；鐵＜０．１７；硅＜０．１３；銅＜０．００４；其余為鋁。本鋁合金比我國現有普鋁軋制的圓鋁桿和導線，在２０℃時的直流電阻率降低２．４２％，從而節約能源。其抗拉強度、伸長率均符合國標要求。本發明專利技術使我國南方蘊藏的富鑭稀土碳酸鹽得到充分利用，所制備的低電阻率富鑭稀土鋁合金具有顯著的經濟效益。（*該技術在2012年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種低電阻率稀土鋁合金、制備方法及在鋁桿(電工)、導線(電工)上的應用。現有技術，經國內外文獻檢索，法國FR2495188利用游離的稀土金屬鑭來處理除去合金中的雜質，采用5-5000百萬分之PPM的鑭來處理，用鑭作合金其組分包含有1-66%的鑭，99-34%的一種或多種如Al、Mg、Si、Zn、Fe、Cu和Sn，該過程用于減少雜質的含量，如氧、氫和硫。我國由于鋁中含硅量高，普遍硅含量在0.11-0.16%，(國外電工鋁一般規定Si含量不得大于0.08%)造成我國鋁導體電阻率長期達不到電工鋁的標準。(國際電工委員會和我國對硬鋁導線電阻率規定值不大于0.02785Ωmm2/m。目前我國電工鋁僅5萬噸，僅占需要量20萬噸的25%，因此國內都在尋找降低鋁導體電阻率的途徑。目前我國已研究出一種富鈰稀王鋁合金科技成果，這種富鈰稀土鋁合金的鋁導體的電阻率達不到國際和國標0.02785Ωmm2/m的要求，并帶有微量的放射性元素(鈾、釷)。我國這種富鈰稀土資源居在我國的北方地區，至今尚未取得大面積令人滿意的效果。近年來，我國某些廠家，采用國內高硅鋁與國外低硅鋁對摻，再加硼化處理，來生產專用電工鋁。這種辦法需要用大量外匯，從國外進口大量低硅鋁，且成本高等缺點。本專利技術目的，克服現有技術不足，提供一種利用我國南方豐富的富鑭稀土資源為主的稀土鋁合金，用稀土鑭金屬來降低鋁稀土合金錠(即重熔鋁稀土合金錠)含硅量，以降低電工鋁桿、鋁導線的電阻率。從而滿足電工用鋁的需要，減少鋁錠進口，節約外匯，并且節約能源。本專利技術的低電阻率的富鑭稀土鋁合金，是根據稀土元素的化學活性較強的特性。采用鋁電解的方法。將富稀土均勻地加入到電解槽大面上預熱2-3小時(預熱濕度為400-450℃)后，再加入到電解槽的電解質中，電解質濕度948±8℃，經共電沉積析出重熔用富鑭稀土鋁合金。析出的重熔用富鑭稀土鋁合金，其化學成份(重量百分比)稀土鑭0.1-0.3;鐵＜0.17;硅＜0.13;銅＜0.004;其余為鋁。用上述制備方法析出的富鑭稀土鋁合金，經過對17組抽象測試分析，硅含量在0.08-0.10%之間，平均為0.0882%。鐵含量平均為0.0905%。從上述化學成份可知，本專利技術富鑭稀土鋁合金雜質(Fe、Si、Cu)不大于0.25%(實際平均為0.183)，符合特一號鋁(GB1196-83)對雜質含量的要求。為什么鋁中加入富鑭稀土之后，而導電率提高，電阻率降低的原因，是因為富鑭稀土加入后，與鋁中雜質Fe、Si等形成較頑強的化合物，并吸出到晶界上，降低了電解質的初晶溫度，使離子在電場的作用下運動速度加快，減少了濃差過電位，從而使富鑭稀土鋁合金的電阻率降低、強度提高并改善了鋁合金的物理化學性能。這種使鋁中固熔態的硅變成析出態，也就是改變了鋁的組織型態，這就是富鑭稀土鋁合金能夠降低電阻率提高強度的機理。下面結合最佳實施例，描述制備方法。一、備制設備、電解質組成及有關工藝參數1、設備電解槽選用60KA側插自焙電解槽。2、電解質組成 </tables>其中MgF2和CaF2為添加劑，用于改變電極材料潤濕和導電性能。3、電流強度60-60.15KA4、工作電壓4.2-4.35V5、電解質溫度940-955℃6、極距不小于4cm7、電解質水平16-18cm8、鋁液水平22-24cm二、加料方式及工藝在每一個周期的開始(即出鋁后)，把富鑭稀土均勻地加入到電解槽大面上預熱2-3小時(預熱溫度為400-450℃)，然后將預熱的富鑭稀土碳酸鹽和氧化鋁一并加入電解槽的電解質中，經共電沉積而生產出重熔用(富鑭)稀土鋁合金。本專利技術鋁合金成品中富鑭稀土成份為0.1-0.3。這些鋁液中稀土含量、電解質稀土濃度及產品中稀土含量的要求有關。三、鋁中稀土鑭含量的控制即如何確定稀土鑭添加量。鋁液中稀土鑭含量可以用前一天的稀土含量和該天向電解槽中加入的稀土量表達如下Le%= (槽中收入稀土量)/(槽中鋁液總量) ＝ (Q0·Le0%+YLe·X2)/(Q0+YAe)式中Le%為當日鋁液稀土含量LeO%為前一日鋁液稀土含量YAe為電解槽晝液效率QO為前一日槽中鋁液重量YLe為稀土金屬回收率X2為前一日加入的稀土量當電解槽中物料達到平衡或近似平衡，且工作平穩時，YAe、YLe、QO可以近似地視為常量，那么上式變為Le%=( (Q0)/(Q0+YAe) )Le0%+( (YLe)/(Q0+YAe) )x2=aLe0%+bx2式中a= (Q0)/(Q0+YAl) b= (YAl)/(Q0+YAl)由此，可以看出，在每一個出鋁周期內，第二日槽中鋁液的稀土含量Le%、可以用前一日鋁液中稀土含量LeO%和前一日加入的稀土量X2的二元一次函數表達。根據上述公式，取出平衡后的13個出鋁周期數據，用最小二乘法對該函數進行擬合，得出曲線擬合計算表(見表一)表一曲線擬合計算表 表一中，令Y＝成品分析值，即為鋁合金成品中富鑭稀土含量X1＝前一日預分值即為電解槽中鋁液的富鑭稀土含量X2＝前一日添加的富鑭稀土量按上述表一計算，將a、b值a =Σ X1Y ·Σ X22-Σ X2Y ·Σ X1X2Σ X21·Σ X22-(Σ X1X2)2= 0.751]]>b =Σ X21·Σ X2Y - Σ X1X2·Σ X1YΣ X21·Σ X22-(Σ X1X2)2= 0.0317]]>得到曲線Y＝0.751X1+0.0317X2由該式不僅可以在已知前一日預分值和稀土添加量時，可以計算出成品中稀土含量。而且可以計算維持槽中鋁液稀土含量為定值時的每日需添加的稀土量，以及已知每日添加的稀土量可維持槽中鋁液稀土含量的水平。本專利技術的富鑭稀土鋁合金性能如下1、雜質含量經17組抽象分析測量，各項平均雜質含量 雜質總含量為18.3%(低于國標小于25%的要求)2、放射性測試 經測試，本專利技術放射性強度總α、總β均低于國家標準，故不作為放射性物品、不存有微量放射元素鈾、釷。本專利技術低電阻率富鑭稀土鋁合金，在十噸混合爐、二輥懸臂交叉45°鋁桿連鑄連軋機上軋制出電工鋁桿和電工鋁導線的性能，經國家能源部電力工程材料部件質量檢測中心測試，其測試結果與其它鋁合金電工鋁桿(鋁絲)性能對照表(以9.5mm園鋁桿)。 從上表可見，富鑭稀土園鋁桿、電阻率等性能均達到GB3954-83要求。富鑭鋁導線測試數據表 從上可見，富鑭稀土鋁合金的導線，電阻率等性能均達到GB3955-83要求。綜合上述，本專利技術低電阻率富鑭稀土鋁合金有顯著的社會效益和經濟效益1、本專利技術鋁合金，質量穩定，雜質總含量平均為18.3%，均不大于25%，符合特一號鋁(GB1196-83)對雜質含量的要求。其中含鐵量在0.08-0.12%之間，平均為0.0905%。含硅量在0.08-0.10%之間，平均為0.0882%，低于普鋁含硅量0.11-0.16%。我國有了這種低硅鋁合金，可以不需要從國外引進低硅鋁，大大節約外匯。2、本專利技術鋁合金的制備方法，采用鋁電解方法，稀土和鋁在電解槽中其電沉積，使鋁中固熔態的硅變成析出態，使之改變了鋁的組織型態，從而降低電阻率提高強度，用本專利技術鋁合金軋制出的鋁桿(鋁導線)的20℃時的直流電阻率符合(GB-3954-83)(GB-3955本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種低電阻率富鑭稀土鋁合金，主要由鋁和鑭元素組成，其特征是合金的化學成份（重量百分比）∶鑭元素為０．１－０．３；鐵＜０．１７；硅＜０．１３；銅＜０．００４；其余為鋁。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：程興，
申請(專利權)人：太原鋁廠，
類型：發明
國別省市：14[中國|山西]