【中国发明,中国发明授权】一种高强度高导电硼改性工业纯铝的制备方法
有权-审定授权 中国
- 申请号：
- CN201210475105.3
- 专利权人：
- 常州大学
- 授权公告日/公开日：
- 2015.06.03
- 专利有效期：
- 2012.11.21-2032.11.21
- 技术分类：
- C22:冶金；黑色或有色金属合金；合金或有色金属的处理
- 转化方式：
- 转让
- 价值度指数：
-
- 60.0分
- 价格：
- 面议
发布人
魏伟
联系人魏伟
-
- 0519-86330052
-
- 814255742
-
- 13656116725
- 专利信息&法律状态
- 专利自评
- 专利技术文档
- 价值度指数
- 发明人阵容
著录项
- 申请号
- CN201210475105.3
- 申请日
- 20121121
- 公开/公告号
- CN102978481A
- 公开/公告日
- 20130320
- 申请/专利权人
- [常州大学]
- 发明/设计人
- [魏伟, 茆仁宇, 魏坤霞, 杜庆柏, 胡静]
- 主分类号
- C22C21/00
- IPC分类号
- C12N 9/0008(2013.01) C12N 9/16
- CPC分类号
- C12N 9/0008(2013.01) C12N 9/16(2013.01)
- 分案申请地址
- 国省代码
- 中国,CN,江苏(32)
- 颁证日
- G06T1/00
- 代理人
- [卢亚丽]
摘要
本发明提供了一种高强度高导电硼改性工业纯铝的制备方法，其步骤为：1）将工业纯铝、精炼剂加入陶瓷坩埚中，加热到760℃使之熔化；2）向铝液中添加铝硼中间合金，铝熔体中的硼含量为0.02～0.2%；3）搅拌铝液后，升温到浇注温度，并静置保温5～60分钟；4）在740～760℃将铝液浇入铁模中，脱模、水冷至室温；5）将铸态铝锭切割成12mm×12mm×90mm的试样，进行等通道变形。采用本发明细化工艺，不仅可以获得高强度高导电率工业纯铝，而且工艺流程短，避免了多元微合金化过程，降低生产成本，有利于工业化应用。
法律状态
| 法律状态公告日 | 20150603 |
| 法律状态 | 授权 |
| 法律状态信息 | 授权 |
| 法律状态公告日 | 20130417 |
| 法律状态 | 实质审查的生效 |
| 法律状态信息 | 实质审查的生效IPC(主分类):C22C 21/00申请日:20121121 |
| 法律状态公告日 | 20130320 |
| 法律状态 | 公开 |
| 法律状态信息 | 公开 |
权利要求
权利要求数量（5）
独立权利要求数量（1）
1.一种高强度、高导电硼改性工业纯铝的制备方法，其步骤为：
1）将工业纯铝、精炼剂加入陶瓷坩埚中，加热到760℃使之熔化；
2）向铝液中添加铝硼中间合金；
3）搅拌铝液后，升温到浇注温度，并静置保温一段时间；
4）将铝液浇入铁模中，脱模、水冷至室温；
5）将铸态铝锭切割成12mm×12mm×90mm的试样，进行等通道变形。
2.根据权利要求1所述的一种高强、高导硼改性工业纯铝的制备方法，其特征在于：纯铝中的硼含量为0.02～0.2%。
3.根据权利要求1所述的一种高强、高导硼改性工业纯铝的制备方法，其特征在于：浇注温度为740～760℃。
4.根据权利要求1所述的一种高强、高导硼改性工业纯铝的制备方法，其特征在于：铝液加入中间合金进行搅拌、升温后，静置保温时间为5～60分钟。
5.根据权利要求1所述的一种高强、高导硼改性工业纯铝的制备方法，其特征在于：等通道变形模具内角Φ为90～120°，模具外角Ψ为0°，每道次变形均不旋转试样，变形速度12mm/min，变形道次控制在8道次以内。
1.一种高强度、高导电硼改性工业纯铝的制备方法，其步骤为：
1）将工业纯铝、精炼剂加入陶瓷坩埚中，加热到760℃使之熔化；
2）向铝液中添加铝硼中间合金；
3）搅拌铝液后，升温到浇注温度，并静置保温一段时间；
4）将铝液浇入铁模中，脱模、水冷至室温；
5）将铸态铝锭切割成12mm×12mm×90mm的试样，进行等通道变形。
2.根据权利要求1所述的一种高强、高导硼改性工业纯铝的制备方法，其特征在于：纯铝中的硼含量为0.02～0.2%。
3.根据权利要求1所述的一种高强、高导硼改性工业纯铝的制备方法，其特征在于：浇注温度为740～760℃。
4.根据权利要求1所述的一种高强、高导硼改性工业纯铝的制备方法，其特征在于：铝液加入中间合金进行搅拌、升温后，静置保温时间为5～60分钟。
5.根据权利要求1所述的一种高强、高导硼改性工业纯铝的制备方法，其特征在于：等通道变形模具内角Φ为90～120°，模具外角Ψ为0°，每道次变形均不旋转试样，变形速度12mm/min，变形道次控制在8道次以内。
说明书
技术领域
本发明涉及一种高强度、高导电硼改性工业纯铝的制备方法。
背景技术
铝合金由于其高导电率，高比强度，良好的延展性，易加工性以及在地球中的含量高，是目前重要的电线电缆原材料之一。目前，我国的导电用铝约占铝消耗总量的四分之一。铝导体的大量使用对电工铝提出了更高的要求，其主要性能指标有：抗拉强度、导电率及延展性等。目前，各国电网所用的导电纯铝导体的电导率基本都在61%IACS以上。
影响铝电导率的因素有化学成分、变形以及弥散分布的第二相粒子等，其中化学成分是最基本也是起决定性作用的因素。铝的电阻率随着铝的纯度的降低而增加，杂质含量越多，电阻率也就越高。在工业纯铝中含有多种杂质元素，其中主要有Si、Fe、Ti、V、Mn、Cr等。张强等人研究表明（铸造技术，2007，第28卷10期，1338～1340）：向工业纯铝中加入B元素可有效降低Ti、V等元素的含量，提高了铝的导电性，但是抗拉强度降低，延伸率明显提高。王桂芹研究发现（硼对铝导体导电性影响的研究，大连理工大学博士论文，2004），B可以与铝中的杂质元素Ti、Cr、Fe发生反应，生成相应的硼化合物，使铝中溶解态的杂质元素转变为析出态硼化物，改善铝导体的导电性，但是对铝导体的强度、塑性无明显的影响。
发明专利“高导电率含稀土、硼的铝基材料及制备方法”（专利号：200410079600.8）提出以铝、铝稀土中间合金、铝硼中间合金为原料，通过添加少量Zr、Ag、Cu、Ti、Mg等元素中的一种、或几种为性能调整元素，经合金熔炼、浇铸、挤压（拉拔或轧制）等工艺制备的铝合金线（或丝）材可显著提升铝材的电导率及力学性能。但该专利的不足是铝锭熔炼过程加入的合金元素较多，同时，熔炼过程采用氩气进行精炼，操作工艺比较复杂，不利于实际生产。针对高导电率纯铝的拉伸强度偏低等问题，发明专利“高导电率高硅铝基合金及其制备方法”（专利号：200810204594.2）采用纯铝、硅、稀土或Nb、Fe、Cu、Zr、Ti、V、Cr中的一种或几种熔炼获得预制合金，将该预制合金进行真空感应熔炼和喷射成形，然后进行热挤压和冷轧。但是该专利方法熔炼过程采用多元微合金化、后续成形工艺复杂，生产成本较高，不适合工业化生产。
为了解决工业纯铝硼化过程中多元微合金化带来的合金元素污染，且力学性能偏低问题，本发明的目的是为了提供一种高强度、高导电硼改性工业纯铝的制备方法。
发明内容
本发明主要基于现有技术的不足而提供一种高强度、高导电硼改性工业纯铝的制备方法。主要分为两个步骤进行实施，首先，通过添加硼元素对铝熔体进行净化，减少杂质元素从而提高电导率；然后，对硼改性工业纯铝进行等通道（ECAP）变形，提高材料的抗拉强度、延伸率等力学性能。
本发明是通过以下方案实现的。其实验步骤为：
1）将工业纯铝、精炼剂加入陶瓷坩埚中，加热到760℃使之熔化；
2）向铝液中添加铝硼中间合金；
3）搅拌铝液后，升温到浇注温度，并静置保温一段时间；
4）将铝液浇入铁模中，脱模、水冷至室温；
5）将铸态铝锭切割成12mm×12mm×90mm的试样，进行等通道变形。
上述方法步骤2）中，向铝液中加入中间合金（例如Al-3%B），使纯铝中的硼含量为0.02～0.2%。
步骤3）搅拌铝液后，升温到浇注温度，静置保温5～60分钟。
步骤5）等通道变形模具内角Φ为90～120°，模具外角Ψ为0°，每道次变形均不旋转试样，变形速度12mm/min，变形道次控制在8道次以内。
本发明所述浇注温度为740～760℃。
本发明的原理为：通过在铝液中添加硼元素，可以有效的与铝液中的杂质元素反应生产硼化物，部分硼化物通过沉于铝液底部而排出，其余则由固溶态变为析出态从而降低这些杂质元素对导电性的影响，以提高铝基材料的电导率；然后，对铸态纯铝锭进行等通道变形，获得抗拉强度高，同时又具有一定延伸率的高导电率工业纯铝。
附图说明
图1为高强高导硼改性工业纯铝制备流程图。
具体实施方式
实施例一：
流程如图1，将工业纯铝和精炼剂加入陶瓷坩埚中，并将其放入到井式炉中加热到760℃使之熔化，然后将事先准备好的铝硼中间合金压入铝液中，使硼元素含量占熔体总重量的0.1%，搅拌后升温至760℃，静置保温60min，在760℃将铝液浇入到铁模中，脱模、水冷至室温。
将铝锭加工成12mm×12mm×90mm的试样，在试样表面涂上润滑剂，进行1、2、4、8道次的等通道变形，模具内角Φ为110°，每道次变形均不旋转试样，变形速度12mm/min。
将等通道变形试样进行粗磨、细磨、抛光，采用涡流导电仪进行电导率测试。铝样的相对电导率（室温）为65.96～66.81%IACS，显微硬度为28.3～45.7HV0.3，抗拉强度为77.6～178.8MPa，延伸率为10.41～37.5%。
实施例二：
将工业纯铝和精炼剂加入陶瓷坩埚中，并将其放入到井式炉中加热到760℃使之熔化，然后将事先准备好的铝硼中间合金压入铝液中，使硼元素含量占熔体总重量的0.02%，搅拌、升温至740℃，静置保温5min后，将铝液浇入到铁模中，脱模、水冷至室温。
将铝锭加工成12mm×12mm×90mm的试样，在试样表面涂上润滑剂，进行4道次的等通道变形，模具内角Φ为90°，每道次变形均不旋转试样，变形速度12mm/min。
将等通道变形试样进行粗磨、细磨、抛光，采用涡流导电仪进行电导率测试。铝样的相对电导率（室温）为65.22%IACS，显微硬度为50.5HV0.3，抗拉强度为181.4MPa，延伸率为10.5%。
实施例三：
将工业纯铝和精炼剂加入陶瓷坩埚中，并将其放入到井式炉中加热到760℃使之熔化，然后将事先准备好的铝硼中间合金压入铝液中，使硼元素含量占熔体总重量的0.2%，搅拌、升温至760℃，静置保温60min后，将铝液浇入到铁模中，脱模、水冷至室温。
将铝锭加工成12mm×12mm×90mm的试样，在试样表面涂上润滑剂，进行4道次的等通道变形，模具内角Φ为120°，每道次变形均不旋转试样，变形速度12mm/min。
将等通道变形试样进行粗磨、细磨、抛光，采用涡流导电仪进行电导率测试。铝样的相对电导率（室温）为63.32%IACS，显微硬度为48.4HV0.3，抗拉强度为168.8MPa，延伸率为13.4%。
比较例一：
将工业纯铝和精炼剂加入陶瓷坩埚中，并将其放入到井式炉中加热到760℃使之熔化，搅拌后升温至760℃，静置保温60min后，将铝液浇入到铁模中，脱模、水冷至室温。
将浇注好的铝锭，在距底部上方20mm处锯开，并进行粗磨、细磨、抛光，使用涡流导电仪测试电导率。
表1为实施例1～3和比较例1的材料性能比较。按实施例1中的熔炼方法，工业纯铝熔体未添加Al-B合金时，铝锭的电导率为63.57%IACS，显微硬度为24.4HV0.3。按实施例1，当向铝熔体添加Al-B合金时，铝锭的电导率提高到66.81%IACS，显微硬度达到28.3HV0.3。当向铝熔体添加Al-B合金，同时进行等通道变形时，可以看到，随着等通道变形道次的增加，纯铝的电导率呈先提高然后下降趋势。4道次等通道变形时，电导率为66.64%IACS，抗拉强度161.2MPa，延伸率11.5%。
按实施例2和3，当模具内角分别为90°、120°，铝熔体中硼元素含量分别为0.02%、0.2%时，工业纯铝的电导率提高或保持相当，同时抗拉强度均大幅度提升。
因此采用本发明高强度、高导电硼改性工业纯铝的制备方法，即通过添加硼元素对铝熔体进行净化，减少杂质元素从而提高电导率；然后，对硼改性工业纯铝进行等通道（ECAP）变形，使工业纯铝不但获得高导电率，同时获得高的抗拉强度和延伸率。
表1实施例1和比较例1的材料性能比较
价值度评估
技术价值
经济价值
法律价值
0 0 060.0分
0 50 75 100专利价值度是通过科学的评估模
型对专利价值进行量化的结果，
基于专利大数据针对专利总体特
征指标利用计算机自动化技术对
待评估专利进行高效、智能化的
分析，从技术、经济和法律价值
三个层面构建专利价值评估体
系，可以有效提升专利价值评估
的质量和效率。
总评：60.0分
该专利价值中等 （仅供参考）
本专利文献中包含【2 个技术分类】，从一定程度上而言上述指标的数值越大可以反映出所述专利的技术保护及应用范围越广。 【专利权的维持时间13 年】专利权的维持时间越长，其价值对于权利人而言越高。
技术价值 31.0
该指标主要从专利申请的著录信息、法律事件等内容中挖掘其技术价值，专利类型、独立权利要求数量、无效请求次数等内容均可反映出专利的技术性价值。 技术创新是专利申请的核心，若您需要进行技术借鉴或寻找可合作的项目，推荐您重点关注该指标。
部分指标包括：
授权周期（发明）
30 个月独立权利要求数量
0 个从属权利要求数量
0 个说明书页数
4 页实施例个数
0 个发明人数量
5 个被引用次数
0 次引用文献数量
0 个优先权个数
0 个技术分类数量
2 个无效请求次数
0 个分案子案个数
0 个同族专利数
0 个专利获奖情况
无保密专利的解密
否经济价值 7.0
该指标主要指示了专利技术在商品化、产业化及市场化过程中可能带来的预期利益。 专利技术只有转化成生产力才能体现其经济价值，专利技术的许可、转让、质押次数等指标均是其经济价值的表征。 因此，若您希望找到行业内的运用广泛的热点专利技术及侵权诉讼中的涉案专利，推荐您重点关注该指标。
部分指标包括：
申请人数量
1申请人类型
院校许可备案
0 次权利质押
0 次权利转移
0 个海关备案
否法律价值 22.0
该指标主要从专利权的稳定性角度评议其价值。专利权是一种垄断权，但其在法律保护的期间和范围内才有效。 专利权的存续时间、当前的法律状态可反映出其法律价值。故而，若您准备找寻权属稳定且专利权人非常重视的专利技术，推荐您关注该指标。
部分指标包括：
存活期/维持时间
13法律状态
有权-审定授权
苏公网安备 32041202001399号
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