一種汽車線用Al-Fe-Cu-Mg系鋁合金及線束的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種汽車線用合金，包括以下成分：Fe，含量為0.2~1.4wt%，Cu+Mg，含量為0.01~0.5wt%，Ti、Ni、Ca、V、Zn中的兩種或兩種以上，含量為0.001~0.2wt%，余量為Al和不可避免的雜質。汽車線束通過熔煉、鑄造、軋制而成鋁合金桿，再經拉制、束絞、軟化而成鋁合金導體線芯，導體線芯外擠包一層絕緣而制得。該發明制得的汽車線束質輕、有優異電導率、拉伸強度、加工性及抗蠕變性能。
【專利說明】—種汽車線用A卜Fe-Cu-Mg系鋁合金及線束
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種可用作移動載體中的蓄電池線纜、線束或發動機用線纜的線束，屬于鋁合金領域。 【背景技術】
[0002]目前世界范圍內汽車工業發展迅速，汽車工業不僅成為美國，日本等發達國家的支柱產業，也成為包括中國在內的一些發展中國家的支柱產業，作為汽車重要配套產品之一的汽車線，無論在規模產量還是品種需求上均有良好的市場前景。
[0003]同時汽車向小型化、輕量化方向發展，各種電子設備的控制電路增加，機動車內的配線位置增多，為了達到節能降耗目的，要求汽車低壓電線向縮小尺寸的性能方向發展。因此，為了減輕重量，已經嘗試使用導體由鋁材料制成的鋁電線。
[0004]導體由鋁基材料制成的鋁電線由于重量輕且導電性優異，因而常規地用于設置高架輸電線的電力工業領域中。鋁合金已越來越多地用于鋁電線的導體以提高強度和耐彎曲性，另外隨著銅資源的日益匱乏，而鋁的含量很豐富，以鋁代替銅受到了研究者的關注，因此鋁合金作為電纜導體成為了研究的熱點。
[0005]例如，日本專利特開2006-19163號公報公開了一種鋁導體，它是通過將鋁合金線材捻合而制成的絞合線，所述鋁合金線材含有1.10-1.50質量％的Fe、0.03-0.25質量％的Mg、0.02-0.06%質量％的Si，余量為Al和不可避免的雜質。該篇專利提到的鋁合金線材時一種硬質拉絲線，從而所述導線盡管強度有所提高，但伸長率差，這導致耐彎曲性和耐沖擊性下降。
[0006]日本專利汽車用鋁電線及其制造方法(申請號:200820111739.2)中提供的導體有IlOMPa以上的拉伸強度、15%以上的斷裂伸長率和58%IACS以上的電導率，但是，該篇專利對于導體的抗蠕變性沒有體現出很好的改善效果。
[0007]然而作為移動體的電氣配線體的導體，其中最重要的一個問題就是對耐蠕變特性的要求。因為鋁容易蠕變的環境溫度約140°C，而移動體的熱環境譬如汽車的引擎室、驅動用發動機這些部分在盛夏就易達到這個溫度。另外，移動體的電氣配線體電線鉚接于端子，如果發生了蠕變，則有脫落的隱患。
[0008]因此，耐蠕變特性優異的鋁導體的開發是有必要的。另外，為防止在無限多次交變載荷作用下對作為移動體的電氣配線體的導體造成破壞，耐疲勞性的提高也是非常有必要的。

【發明內容】

[0009]本發明的目的在于提供一種質輕、有優異電導率、拉伸強度、加工性、抗蠕變性能的汽車線用合金及其制備方法及其制備而得的汽車線束。
[0010]上述目的通過以下方案實現:
[0011]—種Al-Fe-Cu-Mg系招合金,其特征在于:包括以下成分:[0012]Fe，含量為 0.2 ~1.4wt%,
[0013]Cu+Mg,含量為 0.01 ~0.5wt%,
[0014]Ti, Ni, Ca, V, Zn中的兩種或兩種以上，含量為0.001~0.2wt%,
[0015]余量為Al和不可避免的雜質。
[0016]所述的一種汽車線用鋁合金，其合金還含有不超過0.lwt%的Si。
[0017]所述的一種汽車線用鋁合金，其合金中還含有0.1-0.3wt%的RE，其中Ce、La占稀土總量的50%以上。
[0018]所述的鋁合金電阻率不大于0.028264 Ω.mm2/m，斷裂伸長率不低于10%，溫度140°C、120MPa壓應力條件下，I~100小時的平均蠕變速度為1Χ10-3 (%/h)或更低，且90度疲勞彎折次數達到30或更高。
[0019]所述的汽車線用鋁合金的制備方法，鋁合金通過熔煉、鑄造、軋制而成鋁合金桿。
[0020]所述的汽車線用鋁合金而制得的汽車線束，其制備方法包括以下步驟:通過熔煉、鑄造、軋制而成鋁合金桿，再經拉制、束絞、軟化而成鋁合金導體線芯，導體線芯外擠包一層絕緣而制得。
[0021]所述的導體線芯由10~1000根0.2mm~0.5mm的單絲束絞而成。
[0022]所述的絕緣層外擠包一層護套，絕緣和護套材料采用聚氯乙烯、聚氯乙烯-丁腈聚合物、聚酰胺、氟化乙丙烯、聚丙烯材料。
[0023]所述軟化退火導體 被同心壓縮。
[0024]所述的利用汽車線用鋁合金而制得的汽車線束，可用于_40°C~150°C環境下，可用作移動體載體中的蓄電池線纜、線束或發動機用線纜。
[0025]用于制備本發明鋁合金的方法包括以下步驟:
[0026]a)通過對熔融招合金進行鑄造得到鑄造材料:按配方比例加入Al錠、Al-Fe錠、Al-Mg錠、Al-Cu錠和Al-Ca錠、Al-Ti錠、Al-Ni錠、Al-Zn錠、Al-V錠中的兩種或兩種以上或純金屬錠在700°C或更高的溫度下熔煉處理；680°C以下的溫度進行鑄造；
[0027]b)將步驟a)得到的鑄錠進行固溶處理和時效處理，再軋制成合金桿；
[0028]c)將步驟b)軋制成的合金桿經過冷拔、絞合、軟化，擠包絕緣制成合金電線。
[0029]優選的，用于制備本發明合金電線的方法包括以下步驟:
[0030]a)通過對熔融招合金進行鑄造得到鑄造材料:按配方比例加入Al錠、Al-Fe錠、Al-Mg錠、Al-Cu錠及Al-Ca錠、Al-Ti錠、Al-Ni錠、Al-Zn錠、Al-V錠中的兩種或兩種以上、Al-RE錠或純金屬錠在700°C或更高的溫度下熔煉處理；680°C以下的溫度進行鑄造；
[0031]b)將步驟a)得到的鑄錠進行固溶處理和時效處理，再軋制成合金桿；
[0032]c)將步驟b)軋制成的合金桿經過冷拔、絞合、軟化，擠包絕緣制成合金電線。
[0033]本發明的導體線芯退火后被同心壓縮，由10~1000根0.2mm~0.5mm的單絲束絞而成。
[0034]本發明的有益效果為:本發明添加Fe、Cu、Mg，優選Ca、T1、N1、Zn、V中的兩種或兩種以上作為合金的添加元素，通過加入Fe元素，可以改善合金的機械強度和拉伸性能，Fe還能明顯的提高高溫抗蠕變性能，以及提高合金的抗疲勞性能，Cu的加入有一定的固溶強化效果，此外時效析出的CuAl2有著明顯的時效強化效果，合金中銅含量在0.01%-0.3%最適宜，若超過這個范圍，則會削弱其時效強化效果及其抗蝕性。Mg的加入和硅能形成鋁硅鎂系合金，強化相為MgSi，可以提高合金強度，然后過量的Mg則會使合金變脆，在微拉過程中線材易斷裂，因此，通過合理搭配Cu、Mg的加入在0.01%-0.5%范圍內，可以在提高合金的強度以及高溫蠕變性能的同時，改善其抗疲勞性能。
[0035]Ca在鋁合金中固溶度極低，與鋁形成CaAl4化合物，鈣又是鋁合金的超塑性元素，鈣和硅形成CaSi2，不溶于鋁，由于減小了硅的固溶量，可稍微提高鋁合金的導電性能。鈣能改善鋁合金切削性能，并且微量鈣有利于去除鋁液中的氫。
[0036]Ni的加入在合金中能形成AlNi3等金屬化合物，呈彌散相分布于基體晶界，具有細化晶粒、充填基體晶界、形成近鋁電位金屬化合物的多種作用，明顯弱化了熔體的表面張力，降低了熔體黏度，顯著提高了熔體流動性及合金的機械性能。 [0037]Ti的加入在熔鑄時對鑄塊的微細化材料起作用，提高合金的加工拉伸性能，以及提高抗蠕變性能，特別是改善與連接端子的穩定性。
[0038]V的加入在鋁合金中形成VAl11難溶化合物，在熔鑄過程中起細化晶粒作用，也有細化再結晶組織、提高再結晶溫度的作用。一般的鑄鋁合金有熱脹冷縮，所以在某些高溫情況可能出現高溫密度增加，在鑄鋁合金液加入V的情況，可以采用共同熔鑄的方法，不要在鋁液中加固體，固體同時熔煉，先將固體V合金放在底部，上部放鋁合金，升溫融化。
[0039]Zn的加入在鋁合金中會使導電率小幅降低，但是可在一定程度上有效提高強度，同時改善導體的蠕變速率。
[0040]本發明對Si的含量作了限定，是因為過多的Si會導致拉伸性能降低，影響到電纜的加工性能，并且可能會降低導體的疲勞彎曲性能，且過多的Si還會降低電性能。
[0041]本發明中Fe 含量為 0.2-1.4wt%, Cu+Mg 含量為 0.01-0.05wt%, T1、N1、Ca、V、Zn中兩種或兩種以上含量總和為0.001-0.2wt%,以及含量不超過0.lwt%的Si和0.1-0.3wt%的RE，其中Ce、La占稀土總量的50%以上，通過這樣制定合金配方，既可以改善合金的性能，又不至于過多的量會惡化的合金的性能，特別是電性能和延伸性能，通過合理的配比關系來很好的保障合金的性能匹配，本發明優選的RE元素，其中Ce、La占RE總含量中的50%以上，稀土可以顯著提高合金的電性能，本發明中稀土加入鋁合金中，使鋁合金熔鑄時增加成分過冷，細化晶粒，減少二次晶間距，減少合金中的氣體和夾雜，并使夾雜相趨于球化。還可降低熔體表面張力，增加流動性，有利于澆鑄成錠，對工藝性能有著明顯的影響，還能起到提高合金抗疲勞彎曲性能的效果，延長了電纜的使用壽命，優選Ce和La，是因為這兩種元素在本發明中效果較其他稀土元素改善效果更明顯。同時鋁合金材料通過熔煉、鑄造、固溶與時效處理、軋制工藝后，使得鋁合金電阻率不大于0.028264 Ω.πιπι2/πι，斷裂伸長率不低于10%，溫度140°C、120MPa壓應力條件下，1-100小時的平均蠕變速度為1Χ10-3 (%/h)或更低，且90度疲勞彎折次數達到30或更高。
[0042]通過本發明制備而成的汽車線束，既實現了作為導體所必須的電氣性能，又克服了鋁合金作為汽車線束導體存在的加工性能、抗蠕變性能和抗疲勞性能方面的不足，并實現了作為汽車線束的所要求的輕量化問題，在技術經濟效益方面具有非常重要的意義。
【具體實施方式】
[0043]下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0044]實施例1
[0045]一種汽車線用鋁合金，組分及各組分的重量百分比如下(總重量:1T):
[0046]
【權利要求】
1.一種Al-Fe-Cu-Mg系汽車線用鋁合金，其特征在于:包括以下成分:
Fe，含量為 0.2-1.4wt%,
Cu+Mg，含量為 0.01-0.5wt%, T1、N1、Ca、V、Zn中的兩種或兩種以上，含量為0.001-0.2wt%, 余量為Al和不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的一種Al-Fe-Cu-Mg系汽車線用鋁合金，其特征在于:所述的鋁合金中還含有不超過0.lwt%的Si。
3.根據權利要求1所述的一種Al-Fe-Cu-Mg系汽車線用鋁合金，其特征在于:所述的鋁合金中還含有0.1-0.3wt%的RE，其中Ce、La占稀土總量的50%以上。
4.根據權利要求1或2或3所述的汽車線用鋁合金，其特征在于:所述的鋁合金電阻率不大于0.028264 Ω.mm2/m，斷裂伸長率不低于10%，溫度140°C、120MPa壓應力條件下，1-100小時的平均蠕變速度為1X 10_3(%/h)或更低，且90度疲勞彎折次數達到30或更高。
5.一種利用權利要求4所述的鋁合金而制得的汽車線束，其特征在于:所述的導體線芯由10-1000根0.2-0.5mm的單絲束絞而成。
6.根據權利要求5所述的線束，其特征在于:所述的絕緣層外擠包一層護套，絕緣和護套材料采用聚氯乙烯、聚氯乙烯-丁腈聚合物、聚酰胺、氟化乙丙烯或聚丙烯材料。
7.根據權利要求6所述的線束，其特征在于:所述的汽車線束可用于-40-150°C環境下。
8.根據權利要求7所述的線束，其特征在于:所述的汽車線束可用作移動體載體中的蓄電池線纜、線束或發動機用線纜。
【文檔編號】C22C21/16GK103757492SQ201310733446
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月26日 優先權日:2013年12月26日
【發明者】林澤民 申請人:安徽欣意電纜有限公司