專利名稱：Al-Sc-Zr導電合金強化和導電性優化工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于材料加工工藝，具體是一種Al-Sc-Zr導電合金強化和導電性優化工藝。主要應用領域為架空絞線，電力電纜，電力金具，變壓器母線，汽車用導電合金，傳統家用電器等需要超耐熱、高強和高電導率鋁合金以及高溫抗蠕變鋁合金等領域。
背景技術：
眾所周知，Sc是鋁及其合金最好的變質劑[1，2]。在鋁及其合金中加入微量Sc， 熱處理可顯著提高合金再結晶溫度、室溫強度和高溫抗蠕變性[3]。國際上對含Sc鋁合金的力學性能進行了大量研究，主要是在各種牌號鋁合金中加入微量Sc，并對其力學性能進行優化。發現Sc都能明顯提高合金強度和熱穩定性，這與Al3Sc彌散沉淀相的形成有關 [4，5]。在含Sc鋁合金中加入微量Zr，由于Zr能置換Al3Sc沉淀相中的Sc，形成Al3(ScZr) 沉淀相。相對于Al3Sc沉淀相，Al3(ScZr)沉淀相具有更高的熱穩定性,形成的顆粒尺寸更小，具有更好的沉淀強化效果。為了深入闡明Al3 (ScZr)沉淀相對Al合金的沉淀強化效果， 人們在純Al加入微量Sc和Zr，并對其沉淀尺寸、分布及其演化規律進行了深入研究，發現 Zr聚集在a-AVAl3(ScZr)界面處，當Sc含量較低時，沉淀相的長大主要受Zr原子的體擴散控制；而當Sc含量較高時，則受Sc原子的體擴散所控制[6，7]。相對于Al-Sc-Zr合金的基礎研究而言，其應用研究很少。2009年我們(本案申請人)發現在純Al中加入微量Sc和Zr，人工時效在顯著提高合金力學性能的同時，合金導電性也得到顯著改善，并首次提出Al-Sc-Zr合金在導電材料領域具有潛在應用價值[8-10]。 我們通過組分優化，發現Al-0. 2Sc-0. 04Zr (重量百分比，下同)合金兼具最佳的室溫抗拉強度( 150 MPa)和導電性(58-62%IACS，IACS :國際退火純銅標準，依賴原料鋁純度)。結果表明含微量Sc和Zr的Al-Sc-Zr合金除了在傳統結構材料方面具有應用價值，在超耐熱導電材料領域同樣具有重要意義。本專利申請擬在前期工作基礎上，通過時效和冷軋復合處理，以期進一步提高 Al-0. 2Sc-0. 04Zr合金的室溫拉伸性能和導電性。

發明內容
本發明正是基于上述現有技術狀況而提出的一種Al-Sc-Zr導電合金強化和導電性優化工藝，本發明通過對時效和冷軋條件的綜合控制，在保持合金足夠韌性的基礎上，進一步提高Al-0. 2Sc-0. 04Zr合金室溫拉伸性能和導電性。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的
本發明的Al-Sc-Zr導電合金強化和導電性優化工藝，是由重量百分比為 Al-0. 2Sc-0. 04Zr的合金組分制備，其具體工藝步驟如下(1)利用工業或高純Al，Al-Sc和Al-Zr中間合金，采用熔配法制備合金；
(2)將所得合金在650°C進行5-100小時(本發明實施例采用48小時)均勻化處理后水
淬；
(3)將均勻后合金在330°C進行189分鐘人工時效；
(4)將時效后樣品在室溫進行不同程度的冷軋，即進行面積減縮比分別為79.6%和 88. 5%的冷軋。(5)將冷軋后樣品在330°C進行60分鐘人工時效，從而獲得最佳強度和導電性。本發明的步驟(I)中，原料純Al，Al-Sc, Al-Zr和Al-B中間合金需用適當濃度為 10-20%的NaOH腐蝕液去除表面氧化膜，并用清水清洗干凈后晾干。此外若是在空氣中進行熔煉，則必須充分攪拌，并利用惰性氣體除氣凈化和拔渣。總之，該步驟中必需盡可能地避免雜質引入和氣泡產生。本發明的步驟(2 )中，需在爐子達到均勻化溫度后，方可放入樣品。此外均勻化溫度越高、均勻化時間越長，效果越好。本發明所用的高純Al或工業純Al ,Al-Sc和Al-Zr中間合金組分如表I所示。將高純鋁(或工業純鋁)、Al-Sc和Al-Zr中間合金原料按97. 7:10.8:1的比例(不計原料自身雜質含量)加入石墨坩堝中加熱到720°C，待全部熔化后充分攪拌，通入氬氣除氣并靜置20 分鐘后扒渣，然后澆鑄到預熱鐵模中得到所需的Al-0.2Sc-0.04Zr (質量百分比)合金。將所得合金在650°C進行48h均勻化固溶處理后水淬。按照以前優化得到的工藝，將部分均勻化合金在330°C進行189分鐘預時效處理。將均勻化處理和預時效處理合金進行面積減縮比分別為79. 6%和88. 5%的冷軋，并對冷軋后的合金進行時效優化實驗。
表I純鋁及其合金化學組分(wt. %)
權利要求
1.一種Al-Sc-Zr導電合金強化和導電性優化工藝，其特征在于由重量百分比為 A1-0. 2Sc-0. 04Zr的合金組分制備，其具體工藝步驟如下(1)利用工業或高純Al，Al-Sc和Al-Zr中間合金，采用熔配法制備合金；(2)將所得合金在650°C進行5-100小時均勻化處理后水淬，時間越長均勻化效果越好；(3)將均勻后合金在330°C進行189分鐘人工時效；(4)將時效后樣品在室溫進行不同程度的冷軋；(5)將冷軋后樣品在330°C進行60分鐘人工時效，從而獲得最佳強度和導電性。
2.根據權利要求I所述的Al-Sc-Zr導電合金強化和導電性優化工藝，其特征在于步驟(4)中所述的進行不同程度的冷軋是進行面積減縮比分別為79. 6%和88. 5%的冷軋。
3.根據權利要求I所述的Al-Sc-Zr導電合金強化和導電性優化工藝，其特征在于在步驟(I)中，原料純Al,Al-Sc和Al-Zr中間合金需用濃度為10-20%的NaOH腐蝕液去除表面氧化膜，并用清水清洗干凈后晾干；此外若是在空氣中進行熔煉，則必須充分攪拌，并利用惰性氣體除氣凈化和拔渣；該步驟中盡可能地避免雜質引入和氣泡產生。
4.根據權利要求I所述的Al-Sc-Zr導電合金強化和導電性優化工藝，其特征在于步驟(2 )中，需在爐子達到均勻化溫度后，方可放入樣品。
5.根據權利要求I所述的Al-Sc-Zr導電合金強化和導電性優化工藝，其特征在于高純鋁或工業純鋁、Al-Sc和Al-Zr原料按97. 7:10.8:1的比例。
全文摘要
一種Al-Sc-Zr導電合金強化和導電性優化工藝，其特征在于由重量百分比為Al-0.2Sc-0.04Zr的合金組分制備，其具體工藝步驟如下(1)利用工業或高純Al，Al-Sc和Al-Zr中間合金，采用熔配法制備合金；(2)將所得合金在650oC進行48小時均勻化處理后水淬；(3)將均勻后合金在330oC進行189分鐘人工時效；(4)將時效后樣品在室溫進行不同程度的冷軋；(5)將冷軋后樣品在330oC進行60分鐘人工時效，從而獲得最佳強度和導電性。本發明通過對時效和冷軋條件的綜合控制，在保持合金足夠韌性的基礎上，進一步提高了Al-0.2Sc-0.04Zr合金室溫拉伸強度和導電性。
文檔編號C22C21/00GK102586655SQ20121008402
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月27日 優先權日2012年3月27日
發明者劉忠俠, 周偉偉, 宋天福, 楊昇, 王曉霞, 蘇金瑞, 蔡彬 申請人:鄭州大學