Изобретение относится к металлургии, в частности к сплавам на основе алюминия, предназначенным для изготовления проводов, кабелей, стержней, шин и других изделий для электрической промышленности.
Известен проводниковый сплав на основе алюминия [1], содержащий, мас.%:
Железо – 0,45-0,95
Кремний – ≤0,15
Алюминий – 98,95-99,45.
Недостаток известного сплава - его низкие прочностные свойства. Типичные свойства сплава в отожженном состоянии: предел прочности 10 кгс/мм2; относительное удлинение 20%; число перегибов до разрушения 20.
Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является сплав на основе алюминия [2] следующего состава, мас.%:
Никель – 0,5
Железо – 0,5
Алюминий – остальное.
Сплав обладает хорошей электропроводностью, но разупрочняется после нагревов при температурах выше 300 0С. Так пределы прочности отожженного при 204 0С, 1 ч и 316 0С, 1 ч сплава, соответственно равны 21,4 и 15,4 кгс/мм2.
Цель изобретения является повышение коррозионной стойкости, стабильности прочностных свойств алюминиевых сплавов при сохранении высокой электропроводности. Это достигается тем, что в сплаве на основе алюминия, содержащий железо, дополнительно вводят магний, цирконий и один элемент из группы щелочноземельных (кальций, стронций, барий) и/или редкоземельных металлов (лантан, церий, празеодим) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Железо – 0,1-1,0
Магний – 0,05-0,2
Цирконий – 0,05-0,15
Один элемент из группы щелочноземельных (кальций, стронций, барий) и/или редкоземельных (лантан, церий, празеодим) металлов – 0,01-0,2
Алюминий – остальное.
Механические и коррозионные свойства отожженной проволоки диаметром 2,72 мм, полученной из горячекатаной заготовки с последующим холодным волочением без промежуточных отжигов, приведены в таблице.
Данные анализа, приведенных в таблице, свидетельствует о хорошем комплексе антикоррозионных и прочностных свойств предложенного сплава.
Это позволяет использовать описываемый сплав в качестве жилы электропроводов с изоляционной оболочкой и оболочки кабеля, при производстве которых проводят отверждение оболочки при повышенных температурах.
Таблица
Механические и коррозионные свойства заявляемого сплава и прототипа
|
Химический состав сплавов, мас.% (алюминий-остальное)
|
Скорость коррозии (плотность тока полной пассивации), мА/см2
|
Относительное удлинение, %
|
|
Магний
|
Цирконий
|
Железо
|
Щелочноземельный металл
|
Редкоземельный металл
|
|
0.10
|
0.05
|
0.20
|
0.05Ca
|
0.05Ce
|
0.24
|
25.2
|
|
0.15
|
0.10
|
0.15
|
0.10Ca
|
0.05La
|
0.26
|
24.3
|
|
0.10
|
0.05
|
0.15
|
0.05Ca
|
0.05Ce
|
0.15
|
24.1
|
|
-
|
0.10
|
0.15
|
-
|
0.10Ce
|
0.23
|
24.3
|
|
-
|
-
|
0.15
|
0.10Ca
|
0.05Ce
|
0.41
|
23.1
|
|
0.10
|
0.10
|
0.10
|
0.03Sr
|
0.10Ce
|
0.27
|
22.4
|
|
Сплав прототип по: Korrosion, 1973, 19, №92, С. 295-299
Химический состав, мас.%:
Никель – 0,5
Железо – 0,5
Алюминий – остальное [2]
|
20.3
|
0.82
|
Цирконий, кальций и барий, оказывая модифицирующее воздействие, измельчают структуру алюминия и его сплавов с магнием, которое взаимодействуют с газами, растворёнными в алюминии. У модифицированных указанными металлами сплавов в отличие от не модифицированных процесс межкристаллитной коррозии ограничивается при по верхностном слоем металла, и не получает сильного развития даже после длительных коррозионных испытаний.
Роль циркония как легирующего элемента алюминиевых сплавов не ограничивается его модифицирующим действием. Помимо этого, он резко повышает температуру рекристаллизации алюминияи его сплавов, как после горячей, так и холодной деформации. Исследованные сплавы оптимального состава подвергнутые прессованию (степень деформации 80%) характеризуются уменьшением скорости коррозии от 0,0136 г/м2·час для исходного состояния, до 0,0094 г/м2·час после деформации.
Механизм действия редкоземельных металлов на структуру и свойства алюминиевых сплавов сводится к следующему:
1. РЗМ измельчают кристаллы твердого раствора на основе алюминия.
2. РЗМ рафинируют от неметаллов-кислорода, азота, фосфора, серы, ухудшающих многие свойства сплавов.
3. РЗМ улучшают структуры поверхностной оксидной плёнки и за счёт этого увеличивают коррозионную стойкость сплавов.
4. РЗМ повышают температуру рекристаллизации алюминия.
5. В алюминиевых сплавах от легирования РЗМ наблюдается эффект механического упрочнения сплавов.
