Проводниковый термостойкий сплав на основе алюминия

Авторы патента:

C22C21/00 - Сплавы на основе алюминия

Владельцы патента RU 2541263:

Общество с ограниченной ответственностью "ЭМ-КАТ" (RU)

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе алюминия, и может быть использовано для изготовления изделий электротехнического назначения, а именно для изготовления проводов, предназначенных для высоковольтных ЛЭП при эксплуатации в районах со сложными климатическими условиями. Сплав на основе алюминия содержит, мас.%: цирконий - 0,19-0,24; железо - 0,17-0,21; кремний - 0,05-0,08; алюминий и примеси - остальное, и имеет структуру, сформированную термообработкой при температуре 400°С, состоящую из дисперсных частиц фазы Al₃Zr, равномерно распределенной в алюминиевой матрице. Использование предлагаемого проводникового термостойкого сплава позволит создать провода, которые обеспечивают высокую пропускную способность, обладают высокой прочностью, температурной стойкостью и устойчивостью к провисанию. 3 табл.

Изобретение относится к области металлургии материалов на основе алюминия при получении изделий электротехнического назначения, а именно для изготовления проводов, предназначенных для высоковольтных ЛЭП при эксплуатации в районах со сложными климатическими условиями и обладающих необходимым комплексом механических, электрических и технологических свойств.

В настоящее время в связи с изменением требований потребителей к механическим свойствам используемых в силовых кабелях и проводах токопроводящих жил по механическим свойствам, резко возрастает потребление электротехнической катанки из сплавов. Реализуемая на рынках катанка для производства проводов и кабелей из сплава марки ABE имеет в качестве легирующих добавок кремний и магний, которые увеличивают прочностные характеристики, но существенно снижают электрическую проводимость проводов. Новые алюминиевые сплавы должны при высокой механической прочности иметь удовлетворительные характеристики по электропроводности. Перспективы расширения рынка сбыта проводов с новыми свойствами, прежде всего в замене алюминиевых линий электропередач на изолированные провода или провода со специальными свойствами.

Известен проводниковый термостойкий сплав на основе алюминия (см. патент США №4402763), который содержит цирконий в количестве 0,23-0,35%. Технология получения проволоки включает: плавку, получение литой заготовки, горячую прокатку литой заготовки, получение проволоки холодным волочением, старение проволоки в температурном интервале от 310°-390°C в течение 50-400 часов и последующую холодную деформационную обработку.

Основным недостатком известного термостойкого сплава является достаточно высокое удельное сопротивление.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому проводниковому термостойкому сплаву на основе алюминия является сплав (см. патент РФ №2441090, «Проводниковый термостойкий сплав на основе алюминия», опубл. 27.01.2012), который содержит цирконий, кремний, железо, церий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Цирконий	0,3-0,7
Железо	0,1-0,6
Кремний	0,04-0,2
Церий	0,005-0,2
Алюминий и примеси	Остальное

Известный сплав характеризуется структурой, представляющей собой матрицу, образованную алюминиевым твердым раствором, в котором равномерно распределены наночастицы фазы Al₃Zr с кубической решеткой L1₂, имеющие средний размер не более 20 нм, и равномерно распределенные в матрице железосодержащие частицы, имеющие средний размер не более 3 мкм. Материал может быть выполнен в виде проволоки или тонколистового проката.

К недостаткам можно отнести как высокую себестоимость, так и недостаточное сочетание прочности, термостойкости и электропроводности известного сплава, а наличие церия в известном сплаве влияет как на себестоимость, так и на его свойства.

Технической задачей изобретения является создание нового проводникового термостойкого сплава на основе алюминия с добавкой циркония, который обеспечивал бы улучшенное сочетание прочности, термостойкости и электропроводности, а также снижение себестоимости его производства.

Поставленная цель достигается тем, что в проводниковом термостойком сплаве на основе алюминия, который содержит цирконий, кремний, железо, при этом соотношение ингредиентов, мас.%:

Цирконий	0,19-0,24
Железо	0,17-0,21
Кремний	0,05-0,08
Алюминий и примеси	Остальное,

причем дисперсные частицы фазы Al₃Zr в проводниковом термостойком сплаве равномерно распределены в алюминиевой матрице.

Технология изготовления проводникового термостойкого сплава на основе алюминия включает в себя: плавку, получение литой заготовки, горячую прокатку литой заготовки, термообработка катанки при температуре 400°C и последующее получение проволоки методом холодного волочения, при этом цель обработки состоит в формировании структуры, в которой дисперсные частицы фазы Al₃Zr равномерно распределены в алюминиевой матрице.

Предлагаемое соотношение ингредиентов в предлагаемом сплаве приводит к оптимальным показателям по механической прочности и минимальному электросопротивлению. Снижение содержания циркония в количествах меньше 0,19% и железа меньше 0,17% приводит к снижению временного сопротивления по разрыву, а увеличение содержания циркония в количествах свыше 0,24% и железа свыше 0,21% приводит к увеличению удельного электросопротивления.

Указанные диапазоны содержания ингредиентов следует признать оптимальными. Именно в этих пределах достигается наилучшее качество проводникового термостойкого сплава на основе алюминия как с точки зрения физических свойств, так и с точки зрения их стабильности.

В качестве легирующего элемента, повышающего термостойкость алюминия, выбран цирконий. Выбор циркония обусловлен тем, что в мировой практике наиболее часто используются термостойкие сплавы, легированные цирконием. Было проведено 5 плавок с различным содержанием циркония и остальных компонентов. Эксперименты производились на линии непрерывного литья и проката «CONTINUUS-PROPERZI», позволяющей получить катанку с заданной формой поперечного сечения диаметром 9,5 мм. Экспериментальные данные содержания ингредиентов в проводниковом термостойком сплаве показаны в таблице №1.

Таблица №1
Химический состав экспериментальных сплавов
п/п № плавки	Содержание элементов, % масс.
Zr	Fe	Si	Al и примеси
1	0,12	0,15	0,06	остальное
2	0,13	0,15	0,06	остальное
3	0,15	0,15	0,07	остальное
4	0,21	0,17	0,07	остальное
5	0,23	0,18	0,06	остальное

Поэтому указанные количественные пределы ингредиентов по содержанию циркония, железа и кремния являются оптимальными и позволяют обеспечить сочетание высоких прочностных свойств и низкого электросопротивления, причем высокие прочностные свойства предлагаемого проводникового термостойкого сплава сохраняются и при повышенных температурах, что характеризует высокую термостойкость сплава.

Влияние содержания циркония, железа и кремния на электромеханические свойства катанки, изготовленной из предлагаемого проводникового термостойкого сплава, отображено в таблице №2.

Таблица №2
Свойство катанки из термостойкого сплава
п/п № плавки	Свойства экспериментальных сплавов	Режим термообработки, °C
Временное сопротивление разрыву, не менее 118 МПа	Относительное удлинение, не менее 8%	Удельное эл. сопротивление, не более 0,0287 Ом*мм²/м
1	123	11	0,0300	350
2	122	14	0,0301	380
3	116	16	0,0299	400
4	126	14	0,0284	400
5	124	19	0,0280	400

Результаты механических испытаний проволоки показывают, что заявляемый проводниковый термостойкий сплав на основе алюминия обеспечивает требуемые значения прочности, пластичности и удельного электросопротивления в нагартованном состоянии и после испытания на потерю механической прочности при воздействии повышенных температур, согласно IEC 62004-2007.

Из 4 и 5 экспериментальных плавок проводникового термостойкого сплава были изготовлены по три образца проволоки, проведены испытания образцов проволоки до и после термообработки, свойства проволоки из термостойкого сплава приведены в таблице №3.

Таблица №3
Свойства проволоки из термостойкого сплава
п/п № плавки	№ образца проволоки	Свойства проволоки после волочения (диаметр проволоки 2,8 мм)	Свойства проволоки после испытания, согласно IEC 62004-2007
Удельное эл. сопротивление, не более 0,0287 Ом*мм²/м	Временное сопротивление разрыву, не менее 166 МПа	Относительное удлинение, не менее 1,6%	Удельное эл. сопротивление, не более 0,0287 Ом*мм²/м	Временное сопротивление разрыву, не менее 150 МПа	Относительное удлинение, не менее 1,6%
4	1	0,02830	178	2,5	0,02800	174	2,2
4	2	0,02840	181	3,0	0,02810	176	2,6
3	0,02850	185	2,4	0,02820	180	2,2
5	1	0,02870	181	2,0	0,02860	177	2,0
5	2	0,02871	180	2,2	0,02863	178	2,0
3	0,02870	179	2,2	0,02862	177	2,5

Использование предлагаемого проводникового термостойкого сплава позволит расширить рынок сбыта проводов с новыми свойствами и заменить алюминиевые провода линий электропередач на изолированные провода или провода со специальными свойствами.

Внедрение предлагаемого проводникового термостойкого сплава на основе алюминия в кабельную промышленность позволит создать провода, которые обеспечивают более высокую пропускную способность, обладают большей прочностью, более высокой температурной стойкостью и устойчивостью к провисанию по сравнению с алюминиевыми проводами.

Также имеется перспектива замены части медных силовых кабелей на кабели с использованием проводов из предлагаемого нового проводникового термостойкого сплава на основе алюминия, в связи с низкой стоимостью проводов из алюминиевых сплавов по сравнению с медными проводами.

В целом от использования предлагаемого проводникового термостойкого сплава на основе алюминия в производстве проводов позволит значительно повысить надежность электросетей, снизить стоимость их содержания и обслуживания.

Проводниковый термостойкий сплав на основе алюминия, содержащий цирконий, кремний и железо, отличающийся тем, что он содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:

цирконий	0,19-0,24
железо	0,17-0,21
кремний	0,05-0,08
алюминий и примеси	остальное,

и имеет структуру, содержащую дисперсные частицы фазы Al₃Zr, равномерно распределенные в алюминиевой матрице, сформированную термообработкой при температуре 400°С.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным композиционным материалам (ЛКМ) на основе алюминия и его сплавов, и может применяться для изготовления деталей с повышенной жаропрочностью, твердостью и износостойкостью.

Способ электрохимического получения алюминий-титановой лигатуры для коррозионностойких алюминиевых сплавов // 2537676

Изобретение относится к электрохимическому получению лигатурных алюминий-титановых сплавов и может быть использовано для получения коррозионно-стойких алюминиевых сплавов.

Способы старения алюминиевых сплавов для достижения улучшенных баллистических характеристик // 2535415

Изобретение относится к алюминиевым сплавам, применяемым по военному назначению, в частности к способам старения алюминиевых сплавов для достижения улучшенных баллистических характеристик.

Способ легирования алюминия или сплавов на его основе // 2534182

Изобретение относится к области металлургии, в частности к легированию алюминия и сплавов на его основе. В способе осуществляют введение в расплав легирующего компонента в составе порошковой смеси путем продувки смесью в струе транспортирующего газа.

Способ производства сплавов с однородным распределением структурных составляющих на основе систем и ограниченной растворимостью в жидком состоянии // 2530676

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству сплавов на основе алюминия с несмешивающимися компонентами. Способ получения контактным плавлением сплавов на основе алюминия с несмешивающимися компонентами включает приведение в контакт с алюминием двух или более несмешивающихся компонентов и пропускание через зону контакта импульсного тока с плотностью (1-4)×103 А/см2 и длительностью 0,01-1,00 с.

Электрохимический способ получения лигатурных алюминий-циркониевых сплавов // 2515730

Изобретение относится к электрохимическому получению лигатурных алюминий-циркониевых сплавов. В способе осуществляют анодную гальваностатическую поляризацию циркония с плотностью тока 0,5-4,0 мАсм-2 в течение 1-5 часов в расплавленных хлоридах щелочных металлов или смеси хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов, содержащих расплавленный алюминий или алюминий-магниевый сплав, при температуре 700-750°С в атмосфере аргона.

Способ получения композиционного материала // 2509818

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению композиционных материалов с металлической матрицей из алюминия или его сплавов, армированных керамическим наполнителем из нитридов или карбидов бора и вольфрамом.

Способ получения лигатуры алюминий-скандий // 2507291

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к получению сплавов алюминия с редкоземельными металлами. Способ получения лигатуры алюминий-скандий включает расплавление алюминия, алюминотермическое восстановление скандия из исходной шихты, содержащей фторид скандия, хлорид калия и фторид натрия под покровным флюсом и последующую выдержку полученного расплава.

Литой композиционный сплав и способ его получения // 2492261

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

Жаростойкий сплав на основе алюминия для электрических проводов // 2492258

Изобретение относится к области цветной металлургии и электротехники, в частности к сплавам, используемым для изготовления электрических проводов. .

Антифрикционный сплав на основе алюминия и способ его получения // 2542154

Изобретение относится к антифрикционным сплавам на основе алюминия и способам их получения. Сплав содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: свинец 20-40, цинк 5-15, алюминий - остальное. Способ получения сплава включает приготовление гетерофазного сплава на основе алюминия с 20-50 мас.% цинка, который получают непрерывным перемешиванием расплава при 7000С в течение 10 мин и быстрого охлаждения расплава на медной водоохлаждаемой пластине, и контактирование полученной заготовки из гетерофазного сплава с расплавом свинца при 530-570°C. Техническим результатом изобретения является повышение прочности и твердости сплава при снижении линейного износа и коэффициента трения. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

Алюминиевый сплав // 2544331

Изобретение относится к металлургии алюминиевых сплавов и может быть использовано преимущественно для изготовления катанки электротехнического назначения, а также деформированных полуфабрикатов, используемых в строительстве, машиностроении и других областях народного хозяйства. Сплав содержит следующие компоненты, мас.%: цирконий 0,15-0,40, кремний 0,03-0,15, железо 0,15-0,35, магний 0,01-0,60, медь 0,005-0,01, цинк 0,005-0,02, бор 0,001-0,003, сумму примесей титана, хрома, ванадия, марганца до 0,030, алюминий - остальное. Использование предлагаемого сплава дает возможность расширения технологических возможностей изготовленных из него изделий за счет требуемого комплекса прочностных, электрических и эксплуатационных свойств, что приводит к энергосбережению электроэнергии и увеличению срока службы изготовленных из этого сплава изделий. 2 табл.

Материал для кабеля на основе алюминиевого сплава с высокой степенью удлинения и способ его получения // 2550063

Изобретение относится к материалу для кабелей на основе алюминиевого сплава и способу его получения. Сплав на основе алюминия содержит, мас.%: 0,3-1,2 Fe, 0,03-0,10 Si, 0,01-0,30 редкоземельных элементов Ce и La, неизбежные примеси - менее 0,3 и алюминий - остальное, причем содержание в примесях Ca составляет 0,02%, а содержание любого другого примесного элемента - 0,01%. Способ получения сплава включает приготовление расплава путем расплавления 92-98 мас.ч. алюминиевого сплава, содержащего 0,07-0,12% Si и 0,12-0,13% Fe, и 0,73-5,26 мас.ч. сплава Al-Fe с содержанием Fe - 20-24%, нагревание расплава до 720-760°С, добавление 1-3 мас.ч. сплава Al - 9-11% редкоземельных элементов Ce и La и 0,17-0,67 мас.ч. сплава Al - 3-4% B, добавление 0,04-0,06 мас.ч. рафинирующего агента и рафинирование в течение 8-20 мин, выдержку при температуре в течение 20-40 мин, литье и последующий полуотжиг при температуре 280-380°С в течение 4-10 часов с естественным охлаждением до температуры окружающей среды. Проводник, изготовленный из алюминиевого сплава, имеет высокую степень удлинения и обладает хорошей безопасностью и стабильностью при применении. 2 н. и 4 з. п. ф-лы. 4 пр.

Сплав на основе алюминия для паяных конструкций // 2551721

Изобретение относится к деформируемым сплавам на основе алюминия, предназначенным для применения в паяных конструкциях. Сплав содержит, мас.%: марганец 0,3-1,2, кремний 0,35-1,5, магний 0,4-1,4, медь 0,3-4,8, железо - 0,05-0,7, бериллий 0,0001-0,1, хром, титан, цирконий, ванадий - 0,1-1,0 каждого, алюминий - остальное, при отношении Si:Mg>0,6, причем при содержании хрома, титана, циркония, ванадия в диапазоне 0,1-0,25% каждого сплав получен путем обработки слитка, а при содержании указанных компонентов в количестве 0,25-1,0% каждого сплав получен по порошковой технологии. Технический результат заключается в получении однородной мелкозернистой структуры и улучшении технологических свойств сплава. 2 з.п. ф-лы, 3 пр., 1 ил.

Способ получения износостойкого антифрикционного сплава // 2552208

Изобретение относится к области порошковой металлургии сплавов на основе алюминия, используемых в подшипниках скольжения. Cпособ получения антифрикционного износостойкого сплава на основе алюминия включает получение смеси чистых порошков алюминия и олова, содержащей 35-45% вес. олова, формирование брикетов с пористостью 12-18%, их спекание в безокислительной атмосфере при температуре 585-615°С в течение 45-60 минут с последующим угловым прессованием спеченного сплава с сохранением ориентации плоскости течения материала во время пластической обработки при интенсивности деформации не менее 100%. Техническим результатом изобретения является обеспечение максимальной износостойкости сплава при сухом трении. 4 ил., 1 табл.

Модифицирующая смесь // 2553125

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для обработки расплавов медных сплавов и чугуна. Модифицирующая смесь содержит, мас.%: углекислый барий 40-50, кальцинированную соду 10-20, карбонат стронция 40-45. Изобретение позволяет повысить физико-механические свойства обрабатываемых расплавов высокопрочного чугуна и медных сплавов. 1 табл.

Исходный материал для металлического изделия из фольги и способ его изготовления // 2556431

Изобретение относится к производству изделий из алюминиевых сплавов, в частности к изготовлению алюминиевой фольги, которая может быть использована в качестве бытовой фольги, для изготовления упаковочной тары и т.д. Фольгу из алюминиевого сплава получают путем литья полосы толщиной менее 6 мм, прокатки в горячем состоянии без промежуточных отжигов до толщины менее 1 мм и последующего полного отжига, при этом алюминиевый сплав представляет собой алюминиевый сплав серии 1ххх, 3ххх или 8ххх. В результате такой обработки получают алюминиевый сплав, свободный от интерметаллических частиц бета-фазы, при этом фольга имеет толщину от около 5 мкм до около 150 мкм и имеет структуру, по существу свободную от пор, вызванных осевой ликвацией интерметаллических частиц. Изобретение направлено на повышение предела прочности на разрыв, относительного удлинения и давление Муллена после полного отжига. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.,2 табл., 2 пр.

Многослойный материал с высокой прочностью при высокой температуре для тонких листов в теплообменниках // 2556796

Изобретение относится к способу изготовления многослойного материала для высокотемпературной пайки и может быть использовано, например, для изготовления тонких листов в теплообменниках. Способ включает обеспечение сердцевинного слоя из первого алюминиевого сплава, содержащего, мас.%: 0,5-2,0% Mn, ≤1,0% Mg, ≤0,2% Si, ≤0,3% Ti, ≤0,3% Cr, ≤0,3% Zr, ≤0,2% Cu, ≤3% Zn, ≤0,2% In, ≤0,1% Sn и ≤0,7% (Fe+Ni), остальное - Al и ≤0,05% каждой из неизбежных примесей; обеспечение барьерного слоя из второго алюминиевого сплава, содержащего, мас.%: ≤0,2% Mn+Cr, ≤1,0% Mg, 1,6-5% Si, ≤0,3% Ti, ≤0,2% Zr, ≤0,2% Cu, ≤3% Zn, ≤ 0,2% In, ≤0,1% Sn и ≤1,5% (Fe+Ni), остальное - Al и ≤0,05% каждой из неизбежных примесей; совместную прокатку слоев; термическую обработку при температуре от 300 до 550 °С в течение времени, необходимого для выравнивания содержания Si до 0,4-1% как в сердцевинном слое, так и в барьерном слое; прокатку многослойного материала до конечной толщины со степенью обжатия от 8 до 33%. Изобретение направлено на повышение прочностных свойств, особенно ползучести и усталости, и коррозионной стойкости многослойного материала. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 7 ил., 4 табл., 3 пр.

Деформируемый сплав на основе алюминия для паяных конструкций // 2557043

Изобретение относится к деформируемым сплавам на основе алюминия, предназначенным для применения в паяных конструкциях. Деформируемый сплав на основе алюминия для паяных конструкций содержит, мас. %: цинк 3,4-5,0, магний 1,0-2,5, марганец 0,2-0,9, хром 0,1-1,0, цирконий 0,1-1,0, медь до 0,5, бериллий 0,0001-0,01, гафний - 0,1-1,5, титан 0,1-1,0, ванадий - 0,1-1,0, алюминий - остальное. Снижается склонность к рекристаллизации и сохраняется мелкозернистая структура после обработки по режиму пайки при температуре, близкой к солидусу. Обеспечиваются высокие характеристики механических свойств и коррозионной стойкости паяных соединений. 6 ил., 3 пр.

Способ получения алюминиевого сплава с содержанием циркония более 30% из оксидного цирконийсодержащего материала (варианты) // 2560391

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при переработке цирконийсодержащих оксидных материалов для получения алюминий-циркониевого сплава. Способ включает подготовку шихты путем дозирования и последующего смешивания оксидного цирконийсодержащего материала: диоксида циркония, смеси диоксида циркония с оксидами тугоплавких металлов, цирконийсодержащего шлака от производства ферросиликоциркония или ферроалюминоциркония, с алюминием и флюсующей добавкой, в качестве которой используют смесь щелочноземельных металлов и их фторидов, или смесь оксидов щелочноземельных металлов и их фторидов, или смесь щелочноземельных металлов, их оксидов и фторидов, при поддержании в шихте соотношения диоксида циркония, алюминия, щелочноземельного металла и/или оксида щелочноземельного металла, фторида щелочноземельного металла по массе 1:(0,4-1,4):(0,18-0,6):(0,07-0,2), проведение восстановительной плавки шихты в воздушной или нейтральной атмосфере при температурах 1450-1750°С в печах сопротивления, индукционных или дуговых электропечах и отделение алюминий-циркониевого сплава от шлака. Техническим результатом изобретения является повышение качества алюминий-циркониевого сплава, полученного при переработке оксидных материалов. 3 н.п. ф-лы, 4 пр., 1 табл.