2024年4月20日发(作者：)
(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利说明书
(21)申请号 CN2.0
(22)申请日 2012.11.09
(71)申请人 安徽欣意电缆有限公司
地址 230012 安徽省合肥市新蚌埠路98号
(72)发明人 林泽民
(74)专利代理机构 北京集佳知识产权代理有限公司
代理人 赵青朵
(51)
C22C21/00
C22C21/02
C22C21/08
C22C21/10
C22C21/18
C22F1/04
C22F1/043
C22F1/047
C22F1/05
C22F1/053
C22F1/057
H01B1/02
H01B9/02
H01B13/00
(10)申请公布号 CN 102978458 A
(43)申请公布日 2013.03.20
权利要求说明书 说明书 幅图
(54)发明名称
Al-Fe-Si-B-RE铝合金及其制备方法
和电力电缆
(57)摘要
本发明提供了一种Al-Fe-Si-B-RE
铝合金，本发明还提供了一种Al-Fe-Si-B-
RE铝合金的制备方法，包括以下步骤：
a）铸造铝合金铸锭；b）将所述铝合金铸
锭进行均匀化处理，将均匀化处理后的铝
合金铸锭进行轧制，得到铝合金杆材；c）
将步骤b）得到的铝合金杆材进行间歇式
退火处理；d）将步骤c）得到的铝合金杆
材进行时效处理，得到铝合金。本发明还
提供了一种电力电缆。本发明通过对添加
元素的选择和控制，并采用合理的制备工
艺，使铝合金具有较好的综合性能。
法律状态
法律状态公告日
法律状态信息
2021-03-02
专利权保全的解除
2018-02-06
专利权的保全
2016-03-23
专利权人的姓名或者名称、地址
的变更
法律状态
专利权保全的解除
专利权的保全
专利权人的姓名或者名
称、地址的变更
2016-02-10
2014-10-01
2013-04-17
2013-03-20
专利权的转移
授权
实质审查的生效
公开
专利权的转移
授权
实质审查的生效
公开
权 利 要 求 说 明 书
1.一种Al-Fe-Si-B-RE铝合金，包括：
0.01~1.6wt%的Fe；
0.001~0.3wt%的Cu；
0.001~0.3wt%的Mg；
0.001~0.3wt%的Co；
0.001~0.2wt%的Be；
0.001~0.3wt%的Ca；
0.001~0.2wt%的Zn；
0.001~0.3wt%的Sr；
0.001~0.3wt%的Zr；
0.01~3.0wt%的RE；
大于零且小于等于0.2wt％的Si；
大于零且小于等于0.8wt％的B；
余量的铝。
2.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，包括0.25~0.6wt％
3.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，包括0.1~0.6wt％
4.根据权利要求1所述的铝合金，其特征在于，包含0.01~0.1wt％
5.一种Al-Fe-Si-B-RE铝合金的制备方法，其特征在于，包括以
a）铸造如下成分的铝合金铸锭：0.01~1.6wt％的Fe，0.001~0.3wt％
的
b）将所述铝合金铸锭进行均匀化处理，将均匀化处理后的铝合
金铸锭进行轧制，得到铝合金杆材；
的Cu，0.001~0.3wt%的Mg，0.001~0.3wt%的Co，0.001~0.2wt%的Be，
0.001~0.3wt%的Ca，0.001~0.2wt%的Zn，0.001~0.3wt%的Sr，
0.001~0.3wt%的Zr，0.01~3.0wt%的RE，大于零且小于等于0.2wt%
Si，大于零且小于等于0.8wt%的B和余量的铝；
下步骤：
的B。
的RE。
的Fe。
c）将步骤b）得到的铝合金杆材进行间歇式退火处理；
d）将步骤c）得到的铝合金杆材进行时效处理，得到铝合金。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述均匀化
温度为450~550℃，所述均匀化处理的时间为6~16h，所述均
理的升温速度为3~8℃/min。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤c）
具体为：
将步骤b）得到的铝合金杆材加热至280~350℃，保温2~8h后进
行降温，温度降至150~200℃，保温2~4h后冷却。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述时效处
场强度为5~15KV/cm均匀电场中进行。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述时效处
度为250~320℃，所述时效处理的时间为4~20h。
处理的
匀化处
理在电
理的温
10.一种电力电缆，包括线芯、绝缘层、屏蔽层和保护层，其特
征在于，所述线芯为权利要求1~4任意一项所述的铝合金或权利要求
5~9任意一项所制备的铝合金。
说 明 书
技术领域
本发明涉及合金技术领域，尤其涉及Al-Fe-Si-B-RE铝合金及其
法和电力电缆。
背景技术
铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、
汽车、机械制造、船舶及化学工业中得到广泛应用。随着科学
及工业经济的飞速发展，铝合金的需求日益增多，则铝合金的
随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金在电力行业的发展，
力行业的发展又拓展了铝合金的应用领域。
电力电缆是用来输送和分配电能的资源，其基本结构由线芯、绝
屏蔽层和保护层四部分组成。其中，线芯是电力电缆的导电部
来输送电能，其是电力电缆的主要部分；绝缘层将线芯与大地
同相的线芯间在电气间彼此隔离，保证电能输送，其是电力电
中不可缺少的组成部分；保护层是保护电力电缆免受外界杂质
的侵入，以及防止外力直接损坏电力电缆。由于铜具有良好的
铜广泛用于电力电缆的线芯。但是随着铜资源的日益匮乏，
丰富，以铝代替铜受到了研究者的关注，因此铝合金作
为了研究的热点。
铝合金电力电缆替代铜缆逐渐成为一种趋势，并得到了广泛应用。
术中的铝合金导体材料，在电性能、耐腐蚀性能和机械性能等
为优异，但是在抗疲劳性能方面还是比较差，从而容易出现质
影响铝合金材料的使用寿命或带来安全隐患，因此，铝合金
制备方
航天、
技术以
研究也
同时电
缘层、
分，用
以及不
缆结构
和水分
导电性，
而铝的含量很
为电缆导体成
现有技
方面较
量问题，
电力电缆综合
性能仍较差。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种综合性能较好的用于电力
铝合金及其制备方法。
有鉴于此，本发明提供了一种Al-Fe-Si-B-RE铝合金，包括：
0.01~1.6wt%的Fe；
0.001~0.3wt%的Cu；
0.001~0.3wt%的Mg；
0.001~0.3wt%的Co；
0.001~0.2wt%的Be；
0.001~0.3wt%的Ca；
0.001~0.2wt%的Zn；
0.001~0.3wt%的Sr；
0.001~0.3wt%的Zr；
0.01~3.0wt%的RE；
电缆的
大于零且小于等于0.2wt%的Si；
大于零且小于等于0.8wt%的B；
余量的铝。
优选的，包括0.25~0.6wt%的Fe。
优选的，包括0.1~0.6wt%的RE。
优选的，包括0.01~0.1wt%的B。
本发明提供了一种Al-Fe-Si-B-RE铝合金的制备方法，包括以下
步骤：
a）铸造如下成分的铝合金铸锭：0.01~1.6wt%的Fe，0.001~0.3wt%
0.001~0.3wt%的Mg，0.001~0.3wt%的Co，0.001~0.2wt%的Be，
b）将所述铝合金铸锭进行均匀化处理，将均匀化处理后的铝合
进行轧制，得到铝合金杆材；
c）将步骤b）得到的铝合金杆材进行间歇式退火处理；
d）将步骤c）得到的铝合金杆材进行时效处理，得到铝合金。
优选的，所述均匀化处理的温度为450~550℃，所述均匀化处理
0.001~0.3wt%的Ca，0.001~0.2wt%的Zn，0.001~0.3wt%的Sr，
的Cu，
0.001~0.3wt%的Zr，0.01~3.0wt%的RE，大于零且小于等于0.2wt%的
Si，大于零且小于等于0.8wt%的B和余量的铝；
金铸锭
的时间
为6~16h，所述均匀化处理的升温速度为3~8℃/min。
优选的，所述步骤c）具体为：
将步骤b）得到的铝合金杆材加热至280~350℃，保温2~8h后进
温度降至150~200℃，保温2~4h后冷却。
优选的，所述时效处理在电场强度为5~15KV/cm均匀电场中进
优选的，所述时效处理的温度为250~320℃，所述时效处理的时
4~20h。
本发明还提供了一种电力电缆，包括线芯、绝缘层、屏蔽层和保
所述线芯为上述方案所述的铝合金或上述方案所制备的铝合金。
本发明提供了一种Al-Fe-Si-B-RE铝合金，本发明以铝为基，添
行降温，
行。
间为
护层，
加了微
量的铁，铝能与铁形成Al3Fe，析出的Al3Fe弥散粒子抑
制了合
出相
金的蠕变变形，部分Fe还与RE形成AlFeRE化合物析出，析
AlFeRE能增强合金的抗疲劳性能和高温运行的耐热性能，且稀土化
合物析出相还能提高屈服极限强度；添加的铜元素与铝形成θ相，而
θ相起固溶强化和弥散强化作用，提高了铝合金的拉伸强度和屈服强
度；锶在熔体中能够形成Al7Sr8、
Al4Sr3、AlSr2和AlSr3等多种合
金元
素，能起到高温强化作用，提高高温蠕变性能；锆在合金中能够形成
细小的弥散强化相，提高铝合金在高温运行下的热稳定性，且Zr与
Fe、Cu、Al形成复杂的合金化合物，能够改善合金的抗疲劳性能；硅
能够促进Al3Zr的析出，提高抗拉强度；Si还能与Mg形成
Mg-Si金
度；硼能
度和延
面活性
晶粒细
金综合
属化合物，改善铝合金的热性能，Si还能提高合金的机械强
够细化晶粒，形成细小的弥散析出相，硼还能提高铝合金的强
伸性能，并使得合金具有较好的抗疲劳强度；稀土元素作为表
元素，可集中分布在晶界上，降低相与相之间的拉力，从而使
化。本发明通过对合金元素的选择及含量的控制，有利于铝合
性能的提高。
本发明还提供了一种Al-Fe-Si-B-RE铝合金的制备方法，首先通
进行均匀化处理，均匀化处理使铸锭受热均匀，且优化合金的
构；然后将均匀化处理的铝合金铸锭轧制成杆材进行间歇式退
过铸锭
组织结
火处理，消除机械加工过程中产生的内应力和对微观结构的损
化晶体结构，恢复线材的电性能，优化机械性能，使材料的拉
柔韧性能和抗疲劳性能保持较好的匹配；再将退火处理后的铝
材在均匀电场中进行时效处理，通过时效处理可以使整个材料
达到均匀分布，各项性能综合指标达到俱佳的匹配。本发明通
合金制备方法的优化，使材料的拉伸性能、柔韧性能、电性能、
伤，优
伸性能、
合金杆
的性能
过对铝
耐腐
蚀性能和抗疲劳性能方面保持较好的匹配，并且使整个材料的性能达
到均匀分布，从而得到综合性能较好的铝合金。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案
述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征
而不是对本发明权利要求的限制。
本发明实施例公开了一种Al-Fe-Si-B-RE铝合金，包括：
0.01~1.6wt%的Fe；
进行描
和优点，
0.001~0.3wt%的Cu；
0.001~0.3wt%的Mg；
0.001~0.3wt%的Co；
0.001~0.2wt%的Be；
0.001~0.3wt%的Ca；
0.001~0.2wt%的Zn；
0.001~0.3wt%的Sr；
0.001~0.3wt%的Zr；
0.01~3.0wt%的RE；
大于零且小于等于0.2wt%的Si；
大于零且小于等于0.8wt%的B；
余量的铝。
按照本发明，铁作为特征微合金元素，由于铝能与铁形成Al3Fe，
析出的Al3Fe弥散颗粒抑制了合金的蠕变变形，并提高连接的
Fe可以提高铝基的抗张强度、屈服极限以及耐热性能，同时
高合金的塑性。在铝合金的制备过
稳定性。
还可以提
程中，合金中部分Fe以Al3Fe的形
成AlFeRE化合物析出，高温退火处理后，
则Fe对合金的电性能影响很小；但是这些
疲劳性能和高温运行的耐热性能，且稀土
极限强度。合金中Fe的含量在0.01wt%以
起不到效果，但是Fe的含量不能太高，若
的削弱较为明显，对于用于电线电缆导体、
使用会有影响，因此总体含量控制1.6wt%
含量为0.01~1.6wt%，优选为0.20~1.0wt%，
优选为0.30~0.45wt%。
式析出，部分Fe与RE形
Fe在铝基中的固溶更小，
弥散析出相能增强合金的抗
化合物析出相还能提高屈服
下，对铝基性能改变很小，
超过1.6wt%，铝基电性能
电缆附件及电器领域方面的
以下效果较好。所述Fe的
更优选为0.25~0.6wt%，更
铜是铝合金中的基本强化元素，它与铝形成θ（Al2Cu）相，而θ
本发明在铝合金中还添加了原子半径比较大的镁元素，镁能够使
生畸变，引起固溶硬化；同时镁还可以提高铝合金的耐腐蚀性
性能。但是镁的含量不应超过0.3wt%，太高则会导致电阻过多
及耐热性能的降低。所述镁的含量为0.001~0.3wt%，优选为
按照本发明，选用高活性元素钴作为合金化微量添加元素，钴在 合金中
0.005~0.25wt%，更优选为0.01~0.20wt%，最优选为0.05~0.15wt%。
晶格产
和耐热
增大以
相具有固溶强化和弥散强化的作用，能够有效的提高铝合金的拉伸强
度和屈服强度。若铜的含量小于0.001wt%，则对铝合金的机械性能改
善不明显，若含量超过0.3wt%，则降低电导率。另外，Cu还能改善
铝合金热性能。所述Cu的含量为0.001~0.3wt%，优选为
0.008~0.28wt%，更优选为0.01~0.25wt%，更优选为0.05~0.20wt%，
最优选为0.10~0.15wt%。
能够形成AlCo、Al3Co2、AlCo2等多种弥散
性高温强化相；它 与铁共存时在枝晶间形成Al4（CoFe）等
复杂的强化相，阻碍位错、
高温下的抗疲劳和抗蠕变性
含量为0.001~0.3wt%，优选
阻止晶粒滑移，有效地提高了合金室温和
能，从而提高铝合金的耐热性。所述钴的
为0.003~0.28wt%，更优选为
最优选为0.055~0.18wt%。 0.005~0.25wt%，最优选为0.01~0.20wt%，
铍（Be）在合金中形成α、β弥散性高温强化相，可防止合金元
化、烧损和吸气，提高合金的冶炼质量及表面氧化膜的致密度。
能使杂质铁由针状变为团粒状，可防止浇注时砂型铸件与模型反
于Be对氧和氮有高度亲和力，所以它在熔体脱气时是高效的，
够得到表面光洁度较好，强度较高，以及延展性得到改善的优
另一方面，合金中加入Be能使脆性的Fe金属间晶体由大的
形转变成小的等轴晶体，改善合金的强度和延展性，并
金中有较高的Fe含量。Be还能改善铝合金的流动性，
并能提高合金的抗拉强度和屈服极限。按照本
0.001~0.2wt%，优选为0.005~0.18wt%，更优
钙（Ca）元素作为复杂化合物的特征添加元素，在合金熔体中形
素的氧
Be还
冲。由
从而能
质铸件。
针状形和层状
能够允许铝合
使熔体的流动性增加，
发明，所述Be的含量为
选为0.10~0.15wt%。
成
Al4Ca、Al2Ca3、AlCa2等金属化
合物，能够强化铝合金的高温性能，
能，其在0.3wt%以下不会对铝合金
含量为0.001~0.3wt%，优选为
最优选为0.05~0.20wt%，
0.10~0.12wt%。
本发明在铝合金中添加了微量的锌，锌在熔体中与Al形成
REAl2Zn3、Fe3Al2Zn等多
增强铝合金的耐热性能和抗疲劳性
的电性能造成太大影响。所述钙的
0.004~0.28wt%，更优选为0.011~0.25wt%，
最优选为0.08~0.15wt%，最优选为
种金属化合物，能起到改善铝合金的抗拉性
改善铝合金的高温防腐蚀性能，还能够提
锌的含量为0.001~0.2wt%，优选为
能，且在一定程度能有效的
高铝合金的耐磨性能。所述
0.005~0.18wt%，更优选为
最优选为0.08~0.10wt%。 0.01~0.15wt%，更优选为0.05~0.12wt%，
锶（Sr）元素作为复杂化合物的特征添加元素，在熔体中能够形
Al7Sr8、Al4Sr3、
成
AlSr2和AlSr3等多种合金元素，能起到高温强化作
锆（Zr）元素作为复杂化合物的特征添加元素，其通过在合金中
小的弥散强化相，达到高温强化作用，提高铝合金在高温运行
稳定性；另一方面，Zr与Fe、Cu和Al形成复杂的合金化合物，
善铝合金的抗疲劳性能。所述锆的含量为0.001~0.3wt%，优选
形成细
下的热
能够改
为
最优选
用，提高高温蠕变性能。其次，Sr加入铝合金中，在铸轧时能防止铝
合金高温开裂，避免铸造中出现不必要的影响，降低工艺成本，提高
一次性加工成功率。所述锶的含量为0.001~0.3wt%，优选为
0.005~0.28wt%，更优选为0.01~0.26wt%，更优选为0.06~0.24wt%，
更优选为0.10~0.20wt%，最优选为0.12~0.15wt%。
0.005~0.25wt%，更优选为0.01~0.20wt%，更优选为0.05~0.15wt%，
为0.10~0.12wt%。
硅（Si）能够促进Al3Zr的析出，提高抗拉强度；Si还能与Mg
形成Mg-Si金属化合物，改善铝合金的热性能。但是Si的含量不宜超
过0.2%，否则会导致电性能明显下降，且铸条易产生缺陷，在轧制和
绞制过程中容易出现断裂现象。所述硅的含量大于零小于等于
0.2wt%，优选为0.001~0.18wt%，更优选为0.03~0.1wt%，最优选为
0.05~0.08wt%。
本发明将硼（B）加入铝基中，能够细化晶粒，形成细小的弥散
由于合金中存在大量的这种弥散相，晶粒的长大也受到阻碍，
显著提高再结晶温度，延长再结晶孕育期，降低再结晶速度。
面，硼还能提高铝合金的强度和延伸性能，并使得合金具有较
疲劳强度。B还能与Zr和Al形成复杂化合物，提高合金的热
的含量为大于零小于等于0.8wt%，优选为
0.01~0.65wt%，更优选为0.10~0.5wt%，更
优选为0.30~0.40wt%。
本发明在铝合金中添加了稀土元素，所述稀土元素能提高合金的
由于稀土元素能细化晶粒，并与合金中的Fe、Cu等元素形
物从晶体中析出，降低电解质的初晶温度，使离子在电
动速度加快，减少浓差过电位，从而使铝合金的电阻率
面，稀土元素与氢、氧、氮等元素的亲和力比铝更大，
物，因而稀土是合金中除气、脱氮、造渣、中和微量低
变杂质状态的净化机，能够起到较好的精炼作用，使得
净，从而使电阻率得到很大的提高，导电率能达到
所述稀土元素RE为镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、 钷
导电性，
析出相，
因而能
另一方
好的抗
性能。所述硼
0.001~0.70wt%，更优选为
优选为0.25~0.45wt%，最
成稳定的化合
场的作用下运
降低。另一方
形成多种化合
熔点杂质和改
合金变得更纯
60%IACS。另一方面，稀土元素能形成致密氧化膜结构，对于提高合
金的氧化性和耐电化学腐蚀起到极好的效果，提高了铝合金的使用寿
命。此外，稀土为表面活性元素，可集中分布在晶界面上，降低相与
相之间的拉力，因此使形成临界尺寸晶核的功减小，结晶核数量增加，
从而使晶粒细化。其次，经过熔炼、高温退火和均匀电场中时效处理
后，Fe在Al中与RE形成复杂的铝铁稀土金属，提高了合金的抗疲
劳极限和屈服极限，增加合金在实际应用中的使用效果和使用寿命。
（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、
钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu）、钪（Sc）和
钇（Y）中的一种或多种，优选为Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、
Tm和Lu中的一种或多种。其中，稀土Pm在合金中形成
Al11Pm3~AlPm2等6种活性金属化合
Al11Sm4、物；稀土Sm在合金中形成
Al3Sm、Al2Sm、AlSm、AlSm3等活性金属化
合物；稀土Eu 在合金中形成EuAl4、EuAl2、
金中形成EuAl等活性金属化合物；稀土Gd在合
Al4Gd~Al17Gd2等7种难熔性金属化合物；稀
土Tb在合金中 形成Al3Tb、Al2Tb、AlTb、
土DyAlTb2、AlTb3等难熔活性金属化合物；稀
在合金中形成Al5Dy~Al17Dy2等8种难熔活
性金属化合物；稀土 Ho在合金中形成
Al5Ho3、Al3Ho、AlHo2、
AlHo3等难熔活性金属化合 物；稀土Tm在合金中形成
Al3Tm2、Al3Tm、AlTm、AlTm3
等难熔活 性金属化合物；稀土Lu在合金中形成
Al7Lu3、Al5Lu3、
Al2Lu3、AlLu2、 AlLu3等
布于呈网状或
化和稳定晶界
难熔活性金属化合物。上述高熔点的活性金属化合物弥散分
骨架状的晶间和枝晶间，并与基体牢固结合，起到了强
的作用。同时，还可中和金属液中的Fe、Cu等元素，
或使它们从枝晶间整个晶体组织内均匀分布，消
高合金材料的综合性能。所述稀土元素的含量为
为0.03~2.5wt%，更优选为0.05~1.5wt%，最优选
形成高熔点的化合物
除了枝晶组织，以提
0.01~3.0wt%，优选
为0.1~0.6wt%。
按照本发明，对于铝合金中的基体铝，可以采用工业用的Al99.70
的纯铝，使本发明制备的铝合金具有原料供应充足、成本低、
便等优势；同时铝基还可以采用精铝或高纯级铝作为基体合金，采购方
该铝
基比普通铝基材料具有更高的品质，加工成的产品在电性能和机械性
能方面更具优势。
本发明提供了一种Al-Fe-Si-B-RE铝合金，包括：0.01~1.6wt%的
0.001~0.3wt%的Mg，0.001~0.3wt%的Co，0.001~0.2wt%的Be，
Fe，
0.001~0.3wt%的Ca，0.001~0.2wt%的Zn，0.001~0.3wt%的Sr，
0.001~0.3wt%的Zr，0.01~3.0wt%的RE，大于零且小于等于0.2wt%的
Si，大于零且小于等于0.8wt%的B和余量的铝。本发明以铝为基，添
加了微量的铁，铝能与铁形成Al3Fe，析出的
金的蠕变变形，部分Fe还与REAl3Fe弥散粒子抑制了合
形成AlFeRE化合物析出，析出相
运行的耐热性能，且稀土化
铝形成θ相，对于提高铝合
发明还添加了镁元素，
提高铝合金的耐腐蚀
强化相，提高了合金
铍改善了铝合金的加
及抗氧化性能；钙在
的高温性能，增强合
AlFeRE能增强合金的抗疲劳性能和高温
合物析出相还能提高屈服极限强度；铜与
金的拉伸强度和屈服强度起到了较好的效果；本
镁使晶格产生畸变，引起固溶硬化；同时镁还能
性和耐热性能；钴在合金中形成多种弥散性高温
室温和高温下的抗疲劳、抗蠕变性能和耐热性；
工性能，并能提高合金的抗拉强度、屈服极限以
合金熔体中能够形成金属化合物，从而强化合金
金的耐热性能和抗疲劳性能；锌与Al形成
REAl2Zn3、Fe3Al2Zn等多
种金属化合物，起到改善合金的抗拉性能，且在一定程度有效的改善
铝合金的高温防腐蚀性能；锶在熔体中能够形成
Al7Sr8、Al4Sr3、
AlSr2和AlSr3等多种合金元素，能起到高温强化作用，提
高高温蠕变性能； 锆能够在合金中形成细小的弥散强化相，提高合金在高
温运行下的热
物，能够改善合
稳定性，且Zr能与Fe、Cu、Al形成复杂的合金化合
金的抗疲劳性能；硅能够促进Al3Zr的析
与Mg形成Mg-Si金属化合物，改善铝合
强度；硼能够细化晶粒，形成细小的弥散
的强度和延伸性能，并使得合金具有较好
表面活性元素，
出，提高抗拉强度；Si还能
金的热性能，提高合金机械
析出相，硼还能提高铝合金
的抗疲劳强度；稀土元素为
可集中分布在晶界面上，降低相与相之间的拉力，从
明通过添加多种金属元素及对元素含量的控制，
能的提高。
而使晶粒细化。本发
有利于铝合金综合性
本发明还提供了一种Al-Fe-Si-B-RE铝合金的制备方法，包括以
a）将如下成分的原料铸造，得到铝合金铸锭：0.01~1.6wt%的Fe，
b）将所述铝合金铸锭进行均匀化处理，将均匀化处理后的铝合
进行轧制，得到铝合金杆材；
c）将步骤b）得到的铝合金杆材进行间歇式退火处理；
d）将步骤c）得到的铝合金杆材进行时效处理，得到铝合金。
按照本发明，步骤a）为铸造工序，得到铝合金铸锭，为了使各
下步骤：
0.001~0.3wt%的Cu，0.001~0.3wt%的Mg，0.001~0.3wt%的Co，
0.001~0.2wt%的Be，0.001~0.3wt%的Ca，0.001~0.2wt%的Zn，
0.001~0.3wt%的Sr，0.001~0.3wt%的Zr，0.01~3.0wt%的RE，大于零
且小于等于0.2wt%的Si，大于零且小于等于0.8wt%的B和余量的铝；
金铸锭
种元素
充分熔解，均匀分布，作为优选方案，上述铸造工艺具体包括：
投入熔炉中，在密闭环境中加热至720~800℃并保温，待铝锭
Fe、Cu、Mg、Co、Be、Ca、Zn、Sr、Zr、Si、B或Al-Fe、
Mg、Al-Co、Al-Be、Al-Ca、Al-Zn、Al-Sr、Al-Zr、Al-Si、
金，搅拌均匀后，加入稀土元素RE，得到合金熔体；将
加入精炼剂，进行炉内精炼，保温20~40min，得到合金
金液经除气、除渣，进入铸造机进行铸造，得到铝合金
不易烧损，且加入量较多，因此先将铝加入熔炼炉，而
属元素。本发明合金元素优选采用上述顺序加入，使各
不发生损耗，同时各种元素能够充分熔解，均匀分布。
步骤b）为均匀化处理阶段，所述均匀化处理的温度优选为
更优选为480℃~520℃，所述均匀化处理的时间优选为
3~6h。将铝合金铸锭进行均匀化处理，能够保证铸锭
其强度和延展性具有较好的匹配，从而避免采
随后将铝合金杆材进行热处理，首先将铝合金杆材在退火炉中进
退火处理。所述间歇退火处理具体为：将所述铝合金杆材加热
将铝锭
熔化后再加入
Al-Cu、Al-
Al-B中间合
所述合金熔体
液；将所述合
铸锭。由于铝
后加入其它金
种元素熔炼后
450~550℃，
2~8h，更优选为
在轧制杆材的过程中，
用传统方式导致材料微观结构的破坏而进一步影响加工性能。为了保
证铸锭受热均匀，优化合金的组织结构，避免合金在加工过程中由于
升温或降温过快导致内部结构缺陷的产生，所述均匀化处理的升温速
度优选为3~8℃/min，更优选为5℃/min。将铝合金铸锭进行均匀化处
理后，则将铝合金铸锭轧制，得到铝合金杆材。
行间歇
至
280~350℃，保温2~8h后进行降温，温度降至150~200℃，保温2~4h
后冷却。为了避免铝合金材料在高温下发生氧化而导致材料在电性能
和表面耐腐蚀性能方面减弱，所述退火处理优选在惰性气氛下进行。
本发明采用间歇式分步退火处理，并逐步降温冷却，该种处理方式可
以消除机械加工过程中产生的内应力和对微观结构的损伤，优化晶体
结构，恢复线材的电性能，优化机械性能，使材料的拉伸性能、柔韧
性能和抗疲劳性能方面保持较好的匹配。
在将铝合金杆材进行退火处理后，则将退火处理后的铝合金杆材
效处理。所述时效处理优选在电场强度为5~15KV/cm均匀电场
所述时效处理的温度优选为250~320℃，更优选为280~300
处理的时间优选为4~20h，更优选为8~15h，最优选为
理技术的基础上进行时效处理，可以进一步弥补退
导不均，导致材料内外性能分布不均或局部缺陷
理可以使整个材料的性能达到均匀分布，各项性
的匹配。因此退火处理和时效处理，两者有效的
性能的优化起到了至关重要的作用，二者缺一不
强度的均匀电场中进行时效处理，第一方面改变
和迁移，第二方面，提高了合金元素的固溶程度，
形核，提高了合金的屈服强度；使均匀化处理的
析出相均匀弥散分布，合金的力学性能大大提
晶体组织的析出形态和数量，使材料固态
布等取向得以控制，从而控制材料的组织，
本发明还提供了一种铝合金的制备方法，首先通过铸锭进行均匀
然后将均匀化处理的铝合金铸锭轧制成杆材再放入退火炉中，
火处理，再在均匀电场中进行时效处理，使材料的拉伸性能、
能、电性能、耐腐蚀性能和抗疲劳性能方面保持较好的匹配，
整个材料的性能达到均匀分布，从而得到综合性能较好的铝合
发明的铝合金材料通过添加多种合金元素以及采用热处理技术，
提高了纯铝的耐热性能，使得该铝合金材料长期运行温度在
现象较小，抗拉强度保持91%的残存率，保障了在高温
进行时
中进行。
℃，所述时效
10~13h。在退火处
火处理过程中热量传
的特点。通过时效处
能综合指标达到俱佳
结合，对于材料整体
可。本发明优选在高
了原子的排列、匹配
诱发了T1相的均匀
样品进行时效处理后，
高；第三方面，改变了细小
相变中发生形态、大小、分
最终获得优良的机械性能和电气性能。
化处理，
进行退
柔韧性
并且使
金。本
极大的
230℃，蠕变
运行下机械性
能改变较小，同时抗疲劳性能也获得了很好的提高，铝
折次数达到37次，这样可避免用作导体线芯在安装过程
程度的损失；且通过热处理技术使得合金的柔韧性相当
弯曲半径在4倍电缆外径以上，大大提高了铝合金的延
30%，不会由于拉力作用而容易出现损伤现象，且
用于拉制成单丝直径在0.1mm以上大小不等的单
合金的反复弯
中出现的不同
好，电缆安装
展性，延伸率超过
加工性能非常好，适
丝。
本发明还提供了一种电力电缆，所述电力电缆包括线芯、绝缘层、
和保护层，所述线芯为铝合金，所述铝合金含有0.01~1.6wt%
0.001~0.3wt%的Cu，0.001~0.3wt%的Mg，0.001~0.3wt%的Co，
将本发明上述方案中的铝合金作为电力电缆的线芯，可使电力电
较好的综合性能，实验结果表明：本发明制备的铝合金导电率
60%，抗拉强度大于120MPa，断裂伸长率大于30%，长期运行
度能达到230℃，且耐热运行试验后强度残存率能达到91%，
折次数达到37次，400h耐腐蚀性能质量损失小于
0.001~0.2wt%的Be，0.001~0.3wt%的Ca，0.001~0.2wt%的Zn，
屏蔽层
的Fe，
0.001~0.3wt%的Sr，0.001~0.3wt%的Zr，0.01~3.0wt%的RE，，大于
零小于等于0.2wt%的Si，大于零小于等于0.8wt%的B和余量的铝；
所述铝合金的制备方法由按照上述方案的方法制备。所述电力电缆的
制备方法本发明没有特殊的限制，为本领域技术人员熟知的方式即可。
缆具有
大于
耐热温
90度反复弯
0.9g/m2·hr，最小弯曲半径大于4倍电缆外径，单丝最小直径大
于0.1m。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的铝合金
备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限
及其制
制。
实施例1
（1）将铝锭投入熔炉中，加热使之熔化并在720℃下保温，熔化
密封环境内完成；先加入Fe、Cu、Mg、Co、Be、Ca、Zn、Sr、
和B，搅拌均匀后再加入稀土RE搅拌20min直至充分搅拌均
30min；然后对上述合金熔体进行炉内精炼；在合金熔
搅拌均匀，再静置保温30min，熔体精炼在密封
静置、调温至650℃，合金液倾倒出炉，
机进行铸造，得到铝合金铸锭，铸
（2）将步骤（1）得到的铝合金铸锭进行5℃/min的速度升温，
450℃，保温6h后轧制成杆材；
（3）将步骤（2）得到的杆材在惰性气氛下进行退火处理，加热
保温2h，再将退火温度降至150℃保温3h，冷却至室温；
（4）将步骤（3）得到的杆材在电场强度为5kV/cm的均匀电场
时效处理，时效温度为250℃，时效时间为4h，得到铝合金。
将按照上述方法制备的铝合金进行性能测试，结果参见表2。
实施例2
（1）将铝锭投入熔炉中，加热使之熔化并在740℃下保温，熔化
密封环境内完成；先加入Al-Fe、Al-Cu、Al-Mg、Al-Co、Al-Be、
Al-Zn、Zn-Sr、Al-Zr、Al-Si和Al-B中间合金，搅拌均匀后再
搅拌20min直至充分搅拌均匀，静置保温30min；然后
过程在
Al-Ca、
中进行
至280℃
温度至
过程在
Zr、Si
匀，静置保温
体中加入精炼剂，并
环境中操作；精炼后打渣、
再经除气、除渣处理后，进入铸造
锭成分列于表1；
加入稀土RE
对上述合金熔体进行
炉内精炼；在合金熔体中加入精炼剂，并搅拌均
30min，熔体精炼在密封环境中操作；精炼后打渣、
合金液倾倒出炉，再经除气、除渣处理后，进
合金铸锭，铸锭成分列于表1；
匀，再静置保温
静置、调温至720℃，
入铸造机进行铸造，得到铝
（2）将步骤（1）得到的铝合金铸锭进行3℃/min的速度升温，
550℃，保温16h后轧制成杆材；
（3）将步骤（2）得到的杆材在惰性气氛下进行退火处理，加热
保温8h，再将退火温度降至200℃保温2h，冷却至室温；
（4）将步骤（3）得到的杆材在电场强度为15kV/cm的均匀电场
时效处理，时效温度为320℃，时效时间为20h，得到铝合金。
将按照上述方法制备的铝合金进行性能测试，结果参见表2。
实施例3
（1）将铝锭投入熔炉中，加热使之熔化并在760℃下保温，熔化
密封环境内完成；先加入Fe、Cu、Mg、Co、Be、Ca、Zn、Sr、
和B，搅拌均匀后再加入稀土RE搅拌20min直至充分搅拌均
30min；然后对上述合金熔体进行炉内精炼；在合金熔
搅拌均匀，再静置保温30min，熔体精炼在密封
静置、调温至680℃，合金液倾倒出炉，
机进行铸造，得到铝合金铸锭，铸
（2）将步骤（1）得到的铝合金铸锭进行8℃/min的速度升温，
500℃，保温10h后轧制成杆材；
温度至
至360℃
中进行
过程在
Zr、Si
匀，静置保温
体中加入精炼剂，并
环境中操作；精炼后打渣、
再经除气、除渣处理后，进入铸造
锭成分列于表1；
温度至
（3）将步骤（2）得到的杆材在惰性气氛下进行退火处理，加热
保温4h，再将退火温度降至160℃保温3h，冷却至室温；
（4）将步骤（3）得到的杆材在电场强度为10kV/cm的均匀电场
时效处理，时效温度为260℃，时效时间为10h，得到铝合金。
将按照上述方法制备的铝合金进行性能测试，结果参见表2。
实施例4
（1）将铝锭投入熔炉中，加热使之熔化并在780℃下保温，熔化
密封环境内完成；先加入Fe、Cu、Mg、Co、Be、Ca、Zn、Sr、
和B，搅拌均匀后再加入稀土RE搅拌20min直至充分搅拌均
30min；然后对上述合金熔体进行炉内精炼；在合金熔
搅拌均匀，再静置保温30min，熔体精炼在密封
（2）将步骤（1）得到的铝合金铸锭进行5℃/min的速度升温，
480℃，保温8h后轧制成杆材；
（3）将步骤（2）得到的杆材在惰性气氛下进行退火处理，加热
保温4h，再将退火温度降至170℃保温3h，冷却至室温；
（4）将步骤（3）得到的杆材在电场强度为12kV/cm的均匀电场
时效处理，时效温度为260℃，时效时间为14h，得到铝合金。
中进行
至350℃
温度至
过程在
Zr、Si
中进行
至300℃
匀，静置保温
体中加入精炼剂，并
环境中操作；精炼后打渣、静置、调温至750℃，合金液倾倒出炉，
再经除气、除渣处理后，进入铸造机进行铸造，得到铝合金铸锭，铸
锭成分列于表1；
将按照上述方法制备的铝合金进行性能测试，结果参见表2。
实施例5
（1）将铝锭投入熔炉中，加热使之熔化并在800℃下保温，熔化
密封环境内完成；先加入Al-Fe、Al-Cu、Al-Mg、Al-Co、Al-Be、
Al-Zn、Al-Sr、Al-Zr、Al-Si和Al-B中间合金，搅拌均匀后再
搅拌20min直至充分搅拌均匀，静置保温30min；然后
炉内精炼；在合金熔体中加入精炼剂，并搅拌均
30min，熔体精炼在密封环境中操作；精炼后打渣、
合金液倾倒出炉，再经除气、除渣处理后，进
合金铸锭，铸锭成分列于表1；
（2）将步骤（1）得到的铝合金铸锭进行6℃/min的速度升温，
490℃，保温18h后轧制成杆材；
（3）将步骤（2）得到的杆材在惰性气氛下进行退火处理，加热
保温6h，再将退火温度降至190℃保温3h，冷却至室温；
（4）将步骤（3）得到的杆材在电场强度为12kV/cm的均匀电场
时效处理，时效温度为310℃，时效时间为16h，得到铝合金。
将按照上述方法制备的铝合金进行性能测试，结果参见表2。
实施例6
（1）将铝锭投入熔炉中，加热使之熔化并在730℃下保温，熔化
密封环境内完成；先加入Al-Fe、Al-Cu、Al-Mg、Al-Co、Al-Be、
过程在
Al-Ca、
加入稀土RE
对上述合金熔体进行
匀，再静置保温
静置、调温至700℃，
入铸造机进行铸造，得到铝
温度至
至320℃
中进行
过程在
Al-Ca、Al-Zn、Al-Sr、Al-Zr、Al-Si和Al-B中间合金，搅拌
加入稀土RE搅拌20min直至充分搅拌均匀，静置保温30min；均匀后再
然后
对上述合金熔体进行炉内精炼；在合金熔体中加入精炼剂，并搅拌均
匀，再静置保温30min，熔体精炼在密封环境中操作；精炼后打渣、
静置、调温至800℃，合金液倾倒出炉，再经除气、除渣处理后，进
入铸造机进行铸造，得到铝合金铸锭，铸锭成分列于表1；
（2）将步骤（1）得到的铝合金铸锭进行7℃/min的速度升温，
460℃，保温14h后轧制成杆材；
（3）将步骤（2）得到的杆材在惰性气氛下进行退火处理，加热
保温7h，再将退火温度降至190℃保温4h，冷却至室温；
（4）将步骤（3）得到的杆材在电场强度为11kV/cm的均匀电场
时效处理，时效温度为305℃，时效时间为18h，得到铝合金。
将按照上述方法制备的铝合金进行性能测试，结果参见表2。
实施例7
（1）将铝锭投入熔炉中，加热使之熔化并在750℃下保温，熔化
密封环境内完成；先加入Fe、Cu、Mg、Co、Be、Ca、Zn、Sr、
和B，搅拌均匀后再加入稀土RE搅拌20min直至充分搅拌均
30min；然后对上述合金熔体进行炉内精炼；在合金熔
搅拌均匀，再静置保温30min，熔体精炼在密封
静置、调温至720℃，合金液倾倒出炉，
机进行铸造，得到铝合金铸锭，铸
温度至
至350℃
中进行
过程在
Zr、Si
匀，静置保温
体中加入精炼剂，并
环境中操作；精炼后打渣、
再经除气、除渣处理后，进入铸造
锭成分列于表1；
（2）将步骤（1）得到的铝合金铸锭进行4℃/min的速度升温，
470℃，保温12h后轧制成杆材；
（3）将步骤（2）得到的杆材在惰性气氛下进行退火处理，加热
保温5h，再将退火温度降至170℃保温4h，冷却至室温；
（4）将步骤（3）得到的杆材在电场强度为12.5kV/cm的均匀电
行时效处理，时效温度为315℃，时效时间为17h，得到铝合金。
将按照上述方法制备的铝合金进行性能测试，结果参见表2。
实施例8
（1）将铝锭投入熔炉中，加热使之熔化并在790℃下保温，熔化
密封环境内完成；先加入Al-Fe、Al-Cu、Al-Mg、Al-Co、Al-Be、
Al-Zn、Al-Sr、Al-Zr、Al-Si和Al-B中间合金，搅拌均匀后再
搅拌20min直至充分搅拌均匀，静置保温30min；然后
炉内精炼；在合金熔体中加入精炼剂，并搅拌均
30min，熔体精炼在密封环境中操作；精炼后打渣、
合金液倾倒出炉，再经除气、除渣处理后，进
合金铸锭，铸锭成分列于表1；
（2）将步骤（1）得到的铝合金铸锭进行5℃/min的速度升温，
510℃，保温13h后轧制成杆材；
（3）将步骤（2）得到的杆材在惰性气氛下进行退火处理，加热
保温5h，再将退火温度降至170℃保温4h，冷却至室温；
温度至
至340℃
场中进
过程在
Al-Ca、
加入稀土RE
对上述合金熔体进行
匀，再静置保温
静置、调温至750℃，
入铸造机进行铸造，得到铝
温度
至310℃
（4）将步骤（3）得到的杆材在电场强度为8kV/cm的均匀电场
时效处理，时效温度为285℃，时效时间为14h，得到铝合金。
将按照上述方法制备的铝合金进行性能测试，结果参见表2。
对比例1
选取99.7%纯度的标准铝锭，其杂质除硅、铁、铜外含量不超过
对比例2
中进行
0.02wt%；将所述铝锭放入熔铝炉中熔化，加入0.15wt%的锆、0.25wt%
的铜、0.70wt%的铁以及0.25wt%的钇，合金化温度为750℃；经均匀
化搅拌、精炼除气、造渣、除渣，铝合金液精炼温度为725℃，用固
体覆盖剂覆盖铝合金液表面，静置60min，进行炉前化学成分分析，
监测、调整以控制元素含量；将铝液进行连续浇铸，得到铝合金铸条；
将铝合金铸条轧成铝合金杆，铝合金铸条进轧温度为500℃，铝合金
杆的终轧温度为250℃；将铝合金杆进行拉线处理，拉线速度为20米
/秒，多次拉线后，拉制成所需的高强度耐热铝合金圆线；将所述铝合
金圆线进行调质热处理，温度为200℃，时间为120min，将热处理后
的铝合金圆线冷却，得到耐热铝合金圆线。将制备的铝合金圆线进行
性能测试，结果参见表2。
选用八吨铝锭，其杂质含量（硅、铁、铜除外）不超过0.02wt%，
形熔铝炉熔化，同时加入0.10wt%的锆、0.02wt%的铜、0.35wt%
0.20wt%的硅以及0.35wt%的稀土，合金化温度为730℃；经均
拌、精炼除气、造渣、除渣，铝合金液精炼温度为725℃，用
盖铝合金液表面，静置40min，进行炉前化学成分分析，
控制元素含量；将铝液进行连续浇铸，得到铝合金铸条；
放入圆
的铁、
匀化搅
固体覆盖剂覆
监测、调整以
将铝合金铸条
轧成铝合金杆，铝合金铸条进轧温度为500℃，铝合金
250℃；将铝合金杆进行拉线处理，拉线速度为10米
拉制成所需的高强度耐热铝合金圆线；将所述铝合
理，温度为200℃，时间为200min，将热处理后
得到耐热铝合金圆线。将制备的铝合金圆线进行
表2。
对比例3
杆的终轧温度为
/秒，多次拉线后，
金圆线进行调质热处
的铝合金圆线冷却，
性能测试，结果参见
在竖炉中加入纯度大于99.70wt%的铝锭，升温至750℃，使铝锭
将温度升高至750℃，依次加入0.86wt%的Fe、0.11wt%的Cu、
的Mg、0.13wt%的Zr、0.29wt%的Ca、0.13wt%的Sc、0.33wt%
0.23wt%的Er，使其完全溶解，并调节合金成分至设定范围，
以铝中间合金的形式加入；在760℃保温30min，再加
进行除渣、除气，然后再浇铸成铝合金铸件；
入轧机的温度为450℃，导入轧机成铝合
金杆进行冷拉加工成3.0mm的铝合
绞合，制备成导体线芯；将所述铝
为370℃，时间为12h，停止对炉体
后从炉中取出，得到铝合金导线。
结果参见表2。
表1实施例制备的铝合金的成分表（wt%）
熔化，
0.15wt%
的Y、
合金元素都是
入0.15wt%的精炼剂，
将铝合金铸件导入轧机，导
金杆的终轧温度为300℃；将铝合
金线，将7根拉制成铝合金线进行
合金导体进行退火处理，退火温度
加热，再退火炉中日然冷却，24h
将制备的铝合金导线进行性能测试，
表1实施例制备的铝合金的成分表（续表）（wt%）
表2实施例及对比例制备的铝合金的性能测试数据表
表2实施例及对比例制备的铝合金的性能测试数据表（续表）
通过表2的比较可以看出，本发明的铝合金材料从综合性能有明
势，特别是长期运行耐热温度能达到230℃，且耐热运行试验
能达到91%，断裂伸长率大于30%，90度反复弯折次数
抗拉强度最小弯曲半径大于4倍电缆外径，400h耐腐蚀
显的优
后强度残存率
达到37次，
试验质量损失
小于0.9g/m2·hr，单丝最小加工直径大于0.1mm。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思
当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发
的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和
落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现
想。应
明原理
修饰也
或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术
说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本
精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将
人员来
发明的
不会被
理和新
限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原
颖特点相一致的最宽的范围。
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