Жаростойкий сплав на основе алюминия для электрических проводов


 


Владельцы патента RU 2492258:

Борщевский Сергей Георгиевич (RU)
Пожиткова Мария Олеговна (RU)
Шашков Олег Дмитриевич (RU)
Федоров Владимир Михайлович (RU)

Изобретение относится к области цветной металлургии и электротехники, в частности к сплавам, используемым для изготовления электрических проводов. Сплав содержит, в мас.%: по крайней мере один металл, выбранный из группы редкоземельных металлов - 2,5-4,5, железо - 0,05-0,1, бериллий - 0,05-0,1, алюминий - остальное, причем структура сплава содержит включения эвтектических интерметаллидов редкоземельных металлов размером меньше 1 мкм. Технический результат заключается в повышении технологичности получения из сплава проволоки диаметром до 0.05 мм при сохранении высокого уровня жаростойкости и низкого уровня электросопротивления. 1 табл.

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к сплавам на основе алюминия, предназначенным для изготовления электрических проводов, работающих при температурах 250-300°С, когда требуется сочетание достаточно высокой прочности при комнатной и повышенных температурах и низкого электросопротивления.

Известен сплав на основе алюминия, содержащий, мас.%: железо 0,0001-0,20%; кремний 0,0001-0,10%; цинк 0,0001-0,10%; медь 0,0001-0,10%; никель 0,0001-0,10%; по крайней мере один редкоземельный металл, выбранный из группы, содержащей иттрий, гадолиний, диспрозий, церий, лантан 0,0001-0,20%; алюминий - остальное (Авторское свидетельство СССР №453455 кл. С22С 21/00, 1973).

Указанный сплав при высокой электропроводности и технологичности при изготовлении проволоки интенсивно разупрочняется с повышением температуры и может работать только до 100-150°С.

Известен сплав на основе алюминия содержащий 0,2-5 мас.% редкоземельных металлов, предназначенный для проводников электрического тока (пат. Японии №23078, кл. 10D16, 1964). Однако он может быть использован для работы только при температуры до 150°С.

Наиболее близким к данному изобретению по совокупности признаков является сплав следующего состава, мас.%:

- по крайней мере один металл, выбранный из группы редкоземельных металлов 5-20;

- железо 0,15-0,7;

- окись алюминия 0,1-1,0;

- алюминий - остальное (Авторское свидетельство СССР №548173, кл. С22С 21/00, 1974).

Данный известный сплав имеет высокие прочностные свойства при температурах 250-300°С и низкое электросопротивление, что позволяет изготавливать из него проволоку для электротехнических целей. Однако, указанный сплав обладает низкой технологичностью и из него можно изготавливать проволоку только диаметром до 0,5 мм, что не покрывает всю номенклатуру проводов.

Поставленная задача состояла в разработке сплава на основе алюминия, который обладал бы повышенной технологичностью, позволяющей изготавливать проволоку для проводов диаметром до 0.05 мм, с достаточной прочностью при комнатной температуре при сохранении повышенной жаропрочности до 250-300°С и низким электросопротивлением.

Технический результат достигается тем, что сплав на основе алюминия, содержащий железо и по крайней мере один металл, выбранный из группы редкоземельных металлов, дополнительно содержит бериллий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

- по крайней мере один металл, выбранный из группы редкоземельных металлов 2,5-4,5;

- железо 0,05-0,1;

- бериллий 0,05-0,1;

- алюминий - остальное.

Причем размер включений эвтектических интерметаллидов редкоземельных металлов в алюминии в предлагаемом сплаве меньше 1 мкм. Это обстоятельство позволяет значительно повысить технологичность сплава, что обуславливает возможность изготовления из сплава проволоки диаметром менее 0,5 мм.

При повышении температуры расплава известного сплава наблюдается резкое взаимодействие рекоземельных металлов с кислородом воздуха, металл как бы «кипит» и редкоземельные металлы практически полностью выгорают из расплава.

Для устранения этого в сплав вводят добавку бериллия, которая взаимодействует с редкоземельными металлами и связывает их в тройную фазу Al3Р3МВе, которая, находясь в расплаве, препятствует взаимодействию редкоземельных металлов с кислородом воздуха. Содержание бериллия определяется содержанием редкоземельных металлов в сплаве. При содержании редкоземельных металлов в сплаве 2,5-4,5%, содержание бериллия должно быть 0,05-0,1%, так чтобы весь редкоземельный металл был связан в расплаве в тройную фазу Al3Р3МВе.

Если бериллия в сплаве будет меньше, чем 0,05%, то часть редкоземельных металлов не будет связана в тройной фазе и редкоземельные металлы будут гореть.

Если бериллия в сплаве будет больше 0,1%, то избыточный бериллий при плавке будет выделяться в окружающую атмосферу, отравляя ее и обслуживающий персонал.

Алюминий марки А99 в виде чушек помещают в электрическую печь и перегревают до образования расплава. После очистки поверхности расплава, вводят лигатуры Al-Fe и Al-Be из расчета получения нужного состава сплава.

После выдержки и перемешивании расплава в него вводят РЗМ (лантан) в виде чушки так, что бы химический состав расплава соответствовал сплаву согласно изобретению. Расплав перемешивают, выдерживают 30 минут, с поверхности удаляют шлак и отливают непосредственно с температурой плавления в виде литой проволочной заготовки диаметром 3,0 мм. Для литья используется специальная установка.

Из предложенного сплава были отлиты ряд сплавов в виде литой проволочной заготовки следующего состава, мас.%:

1) - 2,5; 3,5 и 4,5% лантана,

- 0,05; 0,08 и 0,1% железа и 0,05,

- 0,08 и 0,1% бериллия,

- остальное - алюминий;

2) - 2,5; 3,5 и 4,5% церия,

- 0,05,0,08 и 0,1% железа,

- 0,05; 0,08 и 0,1% бериллия,

- остальное - алюминий;

3) - 2,5; 3,5 и 4,5% иттрия,

- 0,05; 0,08 и 0,1% железа,

- 0,05; 0,08 и 0,1% бериллия,

- остальное алюминий.

Полученную литую проволочную заготовку подвергают отжигу при температуре 400°С в течение не менее 30 минут и волочат на многократной волочильной машине до диаметра 0,6 мм. Данную проволоку после смягчающего 30 минутного отжига при температуре 400°С волочили на многократной машине до требуемого диаметра: 0,2 мм; 0,1 мм; 0,08 мм; 0,05 мм.

Аналогичная технология используется для изготовления проволоки предлагаемого сплава с другими редкоземельными металлами (Се, Pr и т.д.) и их смесями. Механические свойства проволоки у всех сплавов очень близки и соответствуют требованиям технических условий.

Анализ микроструктуры литой проволочной заготовки из всех сплавов показал, что размер эвтектических выделений редкоземельных металлов в алюминии во всех случаях составил менее 1 мкм. Проволочную заготовку подвергают волочению с промежуточными отжигами до диаметра 50 мкм.

Из изготовленной проволоки диаметром до 0,05 мм были изготовлены провода, которые полностью закрыли всю номенклатуру проводов, применяемых в электротехнике.

Состав образцов сплава и типичные механические свойства и электросопротивление проволоки диаметром 0.05 мм приведены в таблице.

Состав сплава и свойства полученной проволоки
Размер эвтектических включений Диаметр проволоки, мм Механические свойства Электросопротивление,
ρ,
мк·Ом·см
Состав сплава При 20°С При 250°С
σв δ, σв δ,
МПа % МПа %
Алюминий,
10% лантана, ~10 мкм ⌀ 0,5 мм, 260 2,3 110 22 0,33
0,2% железа, ⌀ 0,05 мм
0,3% окиси алюминия - прототип ~10 мкм получить не удалось - - - - -
Алюминий,
2,5% лантана,
0,05% железа, <1,0 мкм ⌀ 0,05 мм 255 2,8 105 28 0,3
0,05% берилия
Алюминий,
3,5% лантана,
0,08% железа, <1,0 мкм ⌀ 0,05 мм 257 2,7 106 27 0,3
0,08% берилия
Алюминий,
4,5% лантана,
0,1% железа, <1,0 мкм ⌀ 0,05 мм 253 2,8 107 26 0,3
0,1% берилия

Механические свойства проволоки диаметром до 0.05 мм легированной церием и иттрием аналогичны свойствам проволоки легированной лантаном.

Из анализа данных таблицы следует, что предложенный сплав более технологичен, чем известный сплав (прототип), и позволяет изготавливать проволоку диаметром до 0.05 мм, а по механическим свойствам при комнатной и повышенной (250°С) температурах не уступает известному, существенно превосходя последний по электросопротивлению.

Жаропрочный сплав на основе алюминия для электрических проводов, содержащий железо и, по крайней мере, один металл, выбранный из группы редкоземельных металлов, отличающийся тем, что он дополнительно содержит бериллий при следующем соотношении компонентов, в мас.%: по крайней мере один металл, выбранный из группы редкоземельных металлов - 2,5-4,5, железо - 0,05-0,1, бериллий - 0,05-0,1, алюминий - остальное, причем размер включений эвтектических интерметаллидов редкоземельных металлов в микроструктуре сплава составляет меньше 1 мкм.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области металлургии, а именно к разработке новых сплавов и технологий получения из них листовых полуфабрикатов методами термической обработки и обработки давлением.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к разработке новых сплавов и технологий получения из них листовых полуфабрикатов методами термической обработки и обработки давлением.
Изобретение относится к металлургии литейных сплавов на основе алюминия и может быть использовано при изготовлении конструкционных материалов для машиностроения и электрической промышленности.
Изобретение относится к металлургии и может быть применено для получения алюминиево-медных лигатур. .

Изобретение относится к области металлургии легких сплавов и может быть использовано для получения слитков из алюминиевых сплавов повышенного качества при изготовлении изделий атомной, авиакосмической и автомобильной промышленности.

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при получении крупногабаритных отливок сложной формы, предназначенных для изготовления деталей ответственного назначения, в частности корпусов редукторов, применяемых в авиастроении.
Изобретение относится к алюминиевым сплавам, в частности к тем, из которых получают высокопрочный алюминиевый полуфабрикат, а также к способу получения таких алюминиевых полуфабрикатов.

Изобретение относится к области металлургии материалов на основе алюминия и может быть использовано при получении изделий, работающих под действием высоких нагрузок при температурах до 150°С, деталей летательных аппаратов, автомобилей и других транспортных средств, деталей спортинвентаря и др.

Изобретение относится к металлургии, в частности к протекторным сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при производстве протекторов для защиты от коррозии морских сооружений и судов из алюминиевых сплавов.
Изобретение относится к изделию из алюминиевого сплава для конструктивных элементов, имеющего химический состав, включающий в себя, в мас.%: Cu 3,4-5,0, Li 0,9-1,7, Mg 0,2-0,8, Ag 0,1-0,8, Mn 0,1-0,9, Zn 0,1-1,5 и один или более элементов, выбранных из группы, состоящей из: (Zr 0,05-0,3, Cr 0,05-0,3, Ti 0,03-0,3, Sc 0,05-0,4, Hf 0,05-0,4,), Fe<0,15, Si<0,5, обычные и неизбежные примеси и остальное - алюминий, и к способу изготовления изделия из этого сплава, изделия имеют баланс высокой прочности и высокой вязкости и используются в авиации и космонавтике.
Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для получения изделий литьем, в частности к модифицированию заэвтектических силуминов

Изобретение относится к продуктам из алюминиевых сплавов и способам их изготовления

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению литых композиционных сплавов для отливок ответственного назначения

Изобретение относится к способу производства длинномерных, тонкостенных панелей и профилей, предназначенных для использования на железнодорожном транспорте
Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для производства сплавов на основе алюминия, например, силуминов, применяемых в авиастроении, ракетной технике, машиностроении и других отраслях промышленности. Исходный материал, состоящий из смеси порошков глинозема, кварца и доломита при их весовом отношении, равном 1:0,06-0,45:0,08-0,24, подают потоком плазмообразующего газа в реактор газоразрядной плазмы при температуре в реакторе 5000-6000°C, продукты термического разложения охлаждают инертным газом и полученный порошок алюминий-кремниевого сплава конденсируют в водоохлаждаемой приемной камере. Изобретение позволяет получать наноразмерные порошки алюминий-кремниевых сплавов с размерами частиц 20-200 нм и удельной поверхностью 20-150 м2/г с легирующими добавками кальция и магния, что придает изделиям из этих порошков пластичность и коррозионную стойкость. 3 з.п. ф-лы, 6 пр.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к борсодержащим алюмоматричным композиционным материалам, и может быть использовано при получении изделий, к которым предъявляются требования низкого удельного веса в сочетании с высоким уровнем поглощения при нейтронном излучении. Способ получения материала в виде литой заготовки включает приготовление алюминиевого расплава, содержащего 1-2 мас.% железа и 0,2-0,6 мас.% кремния, введение в расплав при температуре 900-1100°С бора в виде борной кислоты и титана в виде стружки в соотношении, позволяющем получить в литой структуре частицы диборида титана в количестве от 4 до 8 мас.%, и кристаллизацию путем литья в форму. Техническим результатом изобретения является создание экономичного способа получения содержащего бор композиционного материала на основе алюминия, обладающего высоким уровнем поглощения нейтронного излучения в сочетании с наилучшими механическими свойствами и технологичностью. 5 пр., 2 табл., 1 ил.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к содержащим бор алюмоматричным композиционным материалам, и может быть использовано при получении изделий, к которым предъявляются требования низкого удельного веса в сочетании со специальными свойствами, в частности высокий уровень поглощения при нейтронном излучении. Композиционный материал содержит медь, марганец, цирконий, железо, кремний бор и имеет структуру, состоящую из алюминиевого твердого раствора и равномерно распределенных в нем фаз при следующем их соотношении в твердом растворе, в мас.%: 6-15 В4С, 2-6 Al15(Fe, Mn)3Si2, 2-6 Al20Cu2Mn3, 0,4-0,8 Al3Zr. Техническим результатом изобретения является повышение термостойкости материала к нагревам до 350°С при достаточном уровне механических свойств, составляющих: временное сопротивление (σв) - не менее 450 МПа, предел текучести (σ0,2) - не менее 400 МПа, относительное удлинение (δ) - не менее 4%, твердость не менее 2,7 ГПа. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 пр.

Изобретение относится к производству алюминиевых сплавов, в частности алюминиевых сплавов, содержащих обладающий высокой реакционной способностью магний. При приготовлении алюминиевого сплава, содержащего Mg, к расплаву сплава добавляют Са, Sr и Ва в таком количестве, чтобы содержание кальция составляло 0,001-0,5 мас.%, а их соотношение находилось в пределах, заключенных между линиями, соединяющими пять точек на фиг.1: точку Е (Са: 28 ат.%, Sr: 0 ат.%, Ва: 72 ат.%), точку F (Са: 26 ат.%, Sr: 30 ат.%, Ва: 44 ат.%), точку G (Са: 54 ат.%, Sr: 46 ат.%, Ва: 0 ат.%), точку Н (Са: 94 ат.%, Sr: 6 ат.%, Ва: 0 ат.%), точку I (Са: 78 ат.%, Sr: 0 ат.%, Ва: 22 ат.%), при исключении соотношений на образованных между указанными точками линиях. Способ позволяет ингибировать потери от окисления расплава сплава без использования Be, способного наносить ущерб здоровью человека. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 11 табл., 2 ил., 5 пр.

Изобретение относится к алюминиево-медно-литиевым сплавам, имеющим улучшенное сочетание свойств, и продуктам из них, таким как стрингер и лонжерон самолета. Продукт из деформируемого алюминиевого сплава состоит из: 3,6-4,0 вес.% Cu, 1,1-1,2 вес.% Li, 0,4-0,55 вес.% Ag, 0,25-0,45 вес.% Mg, 0,4-0,6 вес.% Zn, 0,2-0,4 вес.% Mn и 0,05-0,15 вес.% Zr, остальное составляют алюминий и второстепенные элементы и примеси. Обеспечивается улучшенное сочетание прочности и вязкости алюминиевого сплава. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил., 8 табл., 2 пр.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению композиционных материалов, упрочненных нанодисперсными частицами. Упрочняющие нанодисперсные частицы оксида циркония вводят в расплав на основе сплава алюминий-магний. Расплав кристаллизуют в поле центрифуги с коэффициентом гравитации 150-200 g и времени жизни расплава 8-10 сек/кг. Обеспечивается получение градиентного материала с пространственно неоднородной структурой и высокими свойствами. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.
Наверх