电力金具用铝合金、其制备方法及应用与流程

本发明涉及电力材料，具体而言，涉及一种电力金具用铝合金、其制备方法及应用。

背景技术：

1、电力金具是连接组合电力系统的很重要的一部分，指架构电力传送系统的各种金属附件。碗头挂板作为电网建设中重要的连接金具，主要用于连接悬垂线夹与绝缘子串，与其他配件配合起到连接导线和绝缘的作用。通过对各大输电线路的故障分析可知，输电线路的瘫痪主要是由于电力金具存在不同程度的磨损与断裂，因此电力金具的强度需要进一步提升。现有电力金具主要采用铸铁或铝合金复合材料。铸铁金具质重，耐蚀性差；而铝合金材料质轻，且具有一定的耐腐蚀能力，在电力金具领域得到广泛应用。

2、中国专利cn 111455208 b在铝合金中添加碳纳米管以期提升合金的强度，然而碳纳米管与铝液不浸润，难以达到均匀分布，且成本极大提升，限制了该材料在电力金具中的广泛应用。中国专利cn202311625181.2公开了一种含稀土及zr的6系铝合金，不仅成本高，且抗拉强度仅略大于350mpa，不满足电力金具的强度要求。中国专利cn202310210646.1公开了一种高强度铝合金线材及其制备方法与应用，通过控制合金成分和制备方法可以使得抗拉强度达到400mpa以上，但伸长率不足5％，也未公开材料的破坏载荷极限及耐腐蚀性能等电力金具材料重要指标。中国专利cn108300907公开了一种al-mn-si-mg合金材料及其制备方法，通过挤压工艺得到一种铝合金，但是其抗拉强度仅为272～316mpa，延伸率为7.5～11.9％，同样无法满足电力金具的强度和塑性要求。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种电力金具用铝合金、其制备方法及应用，以解决现有技术中电力金具用铝合金无法兼顾低成本和良好的强度、塑性、耐腐蚀性的问题。

2、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种电力金具用铝合金，按重量百分含量计，包括：mg 0.8～1.2％、si 0.9～1.3％、cu 0.3～1.2％、mn 0.1～1.0％、cr0.05～0.6％、bi 0.01～0.05％、ti≤0.05％、fe≤0.5％，余量为al；其中，mg与si的重量比为(0.7～1.0):1；mn和cr的总和与bi的重量比为(5～100):1。

3、进一步地，电力金具用铝合金中，mn与cr的重量比为(1.1～15):1，优选为(1.6～2.8):1；和/或mn和cr的总和与bi的重量比为(10～55):1。

4、进一步地，按重量百分含量计，电力金具用铝合金包括：mg 0.9～1.15％、si 0.9～1.2％、cu 0.3～1.0％、mn 0.2～0.8％、cr 0.1～0.5％、bi 0.02～0.04％、ti≤0.02％、fe≤0.35％，余量为al。

5、进一步地，电力金具用铝合金固溶时效态的平均晶粒尺寸为6～12μm，第二相体积分数为1～2.5％。

6、进一步地，电力金具用铝合金的屈服强度为380～420mpa，抗拉强度为420～450mpa；和/或电力金具用铝合金的延伸率为11～20％；和/或电力金具用铝合金的破坏载荷为140～180kn；和/或电力金具用铝合金的盐雾气氛1000h质量损失≤750mg/cm2。

7、根据本发明的另一方面，提供了本发明上述的电力金具用铝合金的制备方法，包括以下步骤：步骤s1，按照合金成分进行配料和熔铸，得到铝合金铸锭；步骤s2，将铝合金铸锭进行均匀化处理，得到均匀化铸锭；步骤s3，将均匀化铸锭进行挤压，得到挤压材；步骤s4，将挤压材进行锻造，得到锻造材；步骤s5，将锻造材进行固溶时效处理，得到电力金具用铝合金。

8、进一步地，步骤s2中，均匀化处理的温度为550～570℃，保温时间为2～12h，升温速率为20～30℃/h；优选地，当电力金具用铝合金中mn和cr的总和与bi的重量比为(5～40):1，均匀化处理的温度为550～560℃，保温时间为9～12h；优选地，当电力金具用铝合金中mn和cr的总和与bi的重量比大于40:1小于等于100:1，均匀化处理的温度大于560℃小于等于570℃，保温时间大于等于2h小于9h；优选地，均匀化铸锭中直径≥5μm的第二相面积占比≤5％。

9、进一步地，步骤s3中，挤压的温度为480～560℃，优选为510～560℃，挤压比为25～60，出口速率为120～180mm/s。

10、进一步地，步骤s4中，锻造的温度为420～520℃；步骤s5中，固溶处理的温度为510～565℃，保温时间为0.5～4h；时效处理的温度为160～180℃，保温时间为6～12h；优选地，将锻造材进行固溶时效处理，然后进行表面喷丸处理，得到电力金具用铝合金。

11、根据本发明的另一方面，提供了一种电力金具，电力金具的材料包括本发明上述的电力金具用铝合金。

12、应用本发明的技术方案，优化了电力金具用铝合金中mg、si元素含量，既保证了合金的高强度，又避免了mg、si元素过剩形成粗大的第二相；优化了mn、cr元素含量，形成细小第二相阻碍再结晶晶粒长大，从而改善了电力金具用铝合金的晶粒尺寸；优化了cu元素含量，使合金强度得到进一步提升；添加了适量的bi元素，使电力金具用铝合金更易于切削加工，同时限定了主要强化元素mg与si的比例，以及主要增韧元素mn和cr与电力金具特征元素bi的比例，得到一种高强度、高塑性、耐腐蚀的电力金具用铝合金材料，综合性能良好，可以实现对铸铁的有效替换，推进电力金具轻量化进程。而且，本发明提供的电力金具用高强铝合金不添加碳纳米管、稀土等昂贵原料，提升了材料的塑性并极大地降低了材料制备成本，工业上容易实现，可广泛用于电力金具。

技术特征：

1.一种电力金具用铝合金，其特征在于，按重量百分含量计，包括：mg 0.8～1.2％、si0.9～1.3％、cu 0.3～1.2％、mn 0.1～1.0％、cr 0.05～0.6％、bi 0.01～0.05％、ti≤0.05％、fe≤0.5％，余量为al；

2.根据权利要求1所述的电力金具用铝合金，其特征在于，所述电力金具用铝合金中，

3.根据权利要求1或2所述的电力金具用铝合金，其特征在于，按重量百分含量计，所述电力金具用铝合金包括：mg 0.9～1.15％、si 0.9～1.2％、cu 0.3～1.0％、mn 0.2～0.8％、cr0.1～0.5％、bi 0.02～0.04％、ti≤0.02％、fe≤0.35％，余量为al。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电力金具用铝合金，其特征在于，所述电力金具用铝合金固溶时效态的平均晶粒尺寸为6～12μm，第二相体积分数为1～2.5％。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电力金具用铝合金，其特征在于，

6.权利要求1至5中任一项所述的电力金具用铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述均匀化处理的温度为550～570℃，保温时间为2～12h，升温速率为20～30℃/h；

8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，所述挤压的温度为480～560℃，优选为510～560℃，挤压比为25～60，出口速率为120～180mm/s。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的制备方法，其特征在于，

10.一种电力金具，其特征在于，所述电力金具的材料包括权利要求1至5中任一项所述的电力金具用铝合金。

技术总结本发明提供了一种电力金具用铝合金、其制备方法及应用。按重量百分含量计，铝合金包括：Mg 0.8～1.2％、Si 0.9～1.3％、Cu 0.3～1.2％、Mn 0.1～1.0％、Cr 0.05～0.6％、Bi 0.01～0.05％、Ti≤0.05％、Fe≤0.5％，余量为Al；其中，Mg与Si的重量比为(0.7～1.0):1；Mn和Cr的总和与Bi的重量比为(5～100):1。本发明优化了铝合金中元素含量，同时限定了Mg与Si的比例，以及Mn和Cr与Bi的比例，得到一种高强度、高塑性、耐腐蚀的电力金具用铝合金材料，综合性能良好，可以实现对铸铁的有效替换，推进低成本电力金具轻量化进程。技术研发人员：李响,纪艳丽,钟鼓,李虎田,孙中国,张俊超,陈伟受保护的技术使用者：中铝材料应用研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/14