一种家用电器用铝合金细线

李可帅，崔永壮，朱振国，朱绪磊，马敬为

阳谷领航电缆有限公司

摘要：本文探讨了一种家用电器用铝合金细线及其生产工艺。所制备的铝合金细线具有良好的抗拉强度，导电率，伸长率，高温蠕变性能和抗疲劳性能。填补了国内家用铝合金细线的技术空白，将带动整个家用电器用铝合金电线行业的迅猛发展。

关键词：家用电器；铝合金细线；抗拉强度；导电率

1、前言

现有的家用电器用电线一般都是用铜做导体制成的，而在铜资源极度缺乏的中国，“以铝节铜”无异于一场工业革命，随着导体合金化的发展，铝合金线的推出，将带动整个家用电器用铝合金电线行业的迅猛发展。但是现有的铝合金杆做成的铝合金线在制作家用电器用电线时，抗蠕变性能差，不耐高温，也不具有较好的弯曲性能和耐冲击性能，延伸率和抗拉强度也达不到家用电器用电线所需要的要求。

2、制备方法

2.1、合金成分：主要由铝(Al)、镁(Mg)、铜(Cu)、铁(Fe)、锆(Zr)、锰（Mn）和稀土(Re)组成，其合金组成如下：Fe含量为0.1wt% 〜2.5wt%,Mg含量为0.1wt%〜0.8wt%,该铝合金还包含总量 0.005wt%〜2.0wt%的Cu、Zr、Ni、Mn、Re、Ti、B中的至少一种添加元素，其他每种杂质元素含量＜0.03wt%，杂质含量合计＜0.10wt%，余量为铝。

2.2、制备流程见图1

图1：铝合金线的制备流程

将铝液放入保温炉中，控制铝液温度在720〜750℃，加入Al-Fe中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Ni中间合金、Al-Cu中间合金、Al-Re中间合金及Mg锭，电磁搅拌均匀获得合金熔液。加入精炼剂用氮气作为载体对保温炉中的合金熔液进行精炼，扒渣，静置不少于20分钟，精炼剂选用固体精炼剂和N2气混合精炼，氮气纯度为99.99以上，精炼剂用量为全部炉料质量的1.5 %〜2.5 %，精炼过程中合金熔体的温度控制在 730℃〜750℃。 精炼后的合金熔液进行连续浇铸，在浇铸前匀速加入AlTi5B1进行在线细化晶粒，Ti的含量为0.01%〜0.03%，同时在除气箱里进行在线除气，N2纯度大于99.99。采用40PPI陶瓷过滤板来进行过滤，浇铸温度为690℃〜720℃，铸机的转速为1100～1350转/分。所得的铸坯温度为480℃〜520℃之间；以质量比计，Ti的含量控制在100ppm～500ppm之间，B的含量控制在10ppm～50ppm之间；在最终所述铝合金线的横截面选取的2400nm×2600nm的观察视野中，该观察视野里存在的圆当量直径不大于10nm的析出物数量不大于10个；4)轧制：对制得的铸坯进行轧制，保持进轧温度在480℃〜520℃之间，轧制过程中调整乳化液压力，乳化液温度≤50℃，轧机电流420～480A，终轧温度260～320 ℃轧制所得的合金杆的规格为φ9.5mm。

将制备的合金杆在十三模分电机铝合金拉丝机上，通过铝合金模具，将φ9.5mm铝合金杆一次性拉制到φ1.74mm的铝合金丝，再在铝合金小拉丝机上通过拉丝模拉制到φ0.25mm、φ0.30mm、φ0.40mm等规格的铝合金单丝；C.铝合金单丝的退火处理：将上一步的铝合金单丝进行退火处理，其工艺为200～300℃X4～8h退火处理。最终获得铝合金细线。

将制备的铝合金单丝经过束丝、绝缘、成缆、护套、检验试验，即获得家用电器用铝合金线。

3、具体实施例及产品性能参数

为了进一步的说明铝合金线，做了具体的实施例，实施例中各合金的重量百分比见表1，按上述制备方法进行制备。对制备的铝合金线进行了综合性能检测，具体参数见表2.

表1：各实施例中合金重量百分比

组分	Fe	Mg	Zr	Cu	Re	Mn+Ni	Al	杂质
重量百分比（%）	1.5	0.5	/	0.16	/	/	97.79	0.05
重量百分比（%）	0.35	0.3	/	0.16	/	0.03	99.12	0.04
重量百分比（%）	0.28	0.25	0.04	0.14	/	0.028	99.202	0.06
重量百分比（%）	0.27	0.24	0.04	0.16	0.18	0.03	99.03	0.05
重量百分比（%）	0.25	0.26	0.04	0.15	0.2	0.02	99.02	0.06

表2：各实施例中铝合金线性能参数

性能 试样	1	2	3	4	5
抗拉强度（MPa）	95	126	159	136	123
导电率（IACS）	61.3	61	60.5	61.5	61.7
伸长率	10	13	15	16	18
0.2%弹性极限应力	50	60	70	64	61
耐冲击性	10	12	12	14	15
温度为140℃、120MPa应力条件下，1-100小时的平均蠕变速度（%/h）	1.2	1.04	0.82	0.71	0.6
90度疲劳弯折次数	30	34	34	37	40

通过对比分析可以看出：Fe可以使铝合金线有优异的强度，尽管提高Fe的含量使得铝合金的强度得到增加，但同时也使铝合金的导电率和韧性降低，并使得在拉丝过程中容易发生断裂，Zr会导致导电率的大幅降低，但是它在提高耐热性方面非常有效，且可以细化晶粒提高韧性。Mn会导致导电率的大幅降低,但可提高合金强度，有效的细化再结晶晶粒，一定程度上改善合金的韧性。Ni的加入会在合金中生成AlNi

3 等金属化合物，呈弥散相分布于基体晶界，具有细化晶粒、填充基体晶界、形成近铝电位金属化合物的多种作用，明显弱化了熔体的表面张力，降低了熔体的黏度，显著提高了熔体流动性及合金的机械性能。Cu可导致导电率小幅降低，但可以提高强度、耐热温度及拉丝效果。虽然Mg会导致导电率大幅降低，但其能显著提高抗拉强度和弹性模量。Re可以提高合金电性能，增加合金的抗疲劳弯曲性能，提高合金的加工性能。Ti和B在铸造时有使铝合金的晶体结构细化的效果。微细晶体结构可使强度及韧性得以增加。

4、结束语：

铝合金线具有优异的性能，抗拉强度控制在95～159MPa，导电率≥60.5IACS，延伸率≥10%。0.2%弹性极限应力50～70MPa，耐冲击性10～15j/m，温度140℃，120MPa压应力条件下，1-100小时的平均蠕变速度为0.6～1.2（%/h）且90度疲劳弯折次数控制在30～40。在当下为了响应国家提出的节能建设项目的总体思想，家用电器用铝合金电线的应用是当下乃至未来的最佳选择。

5、参考文献

[1]  GB/T 3954-2014 电工圆铝杆

[2]  GB/T3956-2008 电缆的导体

[3]  电线电缆手册  第1册

[4]  电线电缆手册  第2册