АЛЮМИНИЕВЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ СПЛАВ

Изобретение относится к металлургии сплавов, в частности к сплавам на основе алюминия, предназначенным для изготовления проводов, кабелей, стержней, шин и других изделий для электропромышленности.

Известен проводниковый сплав на основе алюминия, содержащий, масс.%:

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.

Известен алюминиевый сплав, содержащий, масс. %:

 Основные недостатки этого сплава - низкая технологичность сплава при волочении тонких проволок и высокое удельное электрическое сопротивление, что требует использования продолжительных выдержек при термической обработке.

Наиболее близким к предложенному изобретению является сплав типа 8176. Сплав 8176 в качестве легирующего элемента содержит, масс. %:

Основной недостаток этого сплава - низкая коррозионная стойкость и технологичность сплава при волочении проволок диаметрами менее 1,0 мм.

Задачей изобретения является повышение технологичности катанки из сплава при волочении в проволоку малых диаметров, а также расширение арсенала проводниковых алюминиевых сплавов системы Al-Fe с добавкой титана и кремния, обладающих высокой электропроводностью, коррозионной стойкостью и прочностью, в том числе после высокотемпературных нагревов.

Цель изобретения - повышение коррозионной стойкости, стабильности прочностных свойств при сохранении высокой электропроводности. Это достигается тем, что в сплав на основе алюминия, содержащий железо, дополнительно вводят титан и один элемент из группы литий, натрий, калий, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Железо                                                        0,1-1,0

Титан                                                          0,01-0,25

Один элемент из группы

литий, натрий, калий                                0,05-1,0

Алюминий и примеси                              остальное.

Пример осуществления

Синтез сплавов проводилось в шахтном лабораторном печи сопротивления типа СШОЛ при температуре 750 - 800 0С. В качестве шихты при получении алюминиевого сплава AlTi0,1 (Al+0.1 масс.%Ti) использовали алюминий марки А6, который дополнительно легировалось расчётным количеством титана. При легировании алюминия использовалось лигатура алюминия с 2,0 масс.% титаном. Металлический литий, натрий, калий вводились в расплав в завернутом в алюминиевой фольге виде с помощью колокольчика. Химический анализ полученных сплавов на содержание титана проводилось в Центральной заводской лаборатории ГУП “Таджикская алюминиевая компания”. Состав сплавов также контролировалось взвешиванием шихты и полученных сплавов. При отклонении массы сплавов более чем на 1-2% отн. синтез сплавов проводился заново. Далее из расплава удалялось шлак и производилось литьё образцов для коррозионно-электрохимических исследований, в графитовую изложницу. Образцы цилиндрической формы имели диаметр 10мм и длину 140мм.

Исследования проводили в среде нейтрального водного раствора, содержащего NaCl различной концентрации, согласно рекомендациям, ГОСТ 9.017 - 74, т.е. в иммитате морской воды, с целью определения влияния хлорид-иона на коррозионно-электрохимическое поведение алюминиевого проводникового сплава AlTi0,1 с литием, натрием, калием.

Исследования коррозионностойкости сплавов проводили на потенциостате ПИ-50-1-1 потенциостатическим методом в потенциодинамическом режиме при скорости развертки потенциала 2 мВ/с, с помощью программатора ПР-8 и самозаписа ЛКД-4. Температура раствора поддерживалась постоянно 20°С, с помощью термостата МЛШ-8. Электродом сравнения служил хлоридсеребряный, а вспомогательным - платиновый. Результаты исследования коррозионно-электрохимических свойств сплавов, в среде электролита 3%-ного NaCl обобщены в таблице. Из приведённых в таблице электрохимических характеристик и скорости коррозии алюминиевого сплава AlTi0,1 с литием, натрием и калием следует, что добавка по крайней мере одного элемента из группы литий, натрий, калий в пределах 0,05÷1,0 мас. % способствуют смешению в область положительных значений потенциалов свободной коррозии (Есв.кор.), питингообразования (Еп.о.) и репассивации (Ерп.) сплавов, результатом чего является снижение скорости коррозии и плотности тока коррозии сплавов на 40-50%.

Анализ данных, приведенных в таблице, свидетельствует о хорошем комплексе антикоррозионных 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.

Титан, литий, натрий, калий оказывая модифицирующее воздействие, измельчают структуру алюминия и его сплавов с железом, взаимодействуют с газами, растворёнными в алюминии. У модифицированных указанными металлами сплавов в отличие от не модифицированных процесс межкристаллитной коррозии ограничивается при поверхностном слоем металле и не получает сильного развития даже после длительных коррозионных испытаний.

Роль титана как легирующего элемента алюминиевых сплавов не ограничивается его модифицирующим действием. Помимо этого, он резко повышает температуру рекристаллизации алюминия и его сплавов, как после горячей, так и холодной деформации. Исследованные сплавы оптимального состава характеризуются уменьшением скорости коррозии от 40,2 г/м2·час для сплава - прототипа, до 23.4 г/м2·час для сплава оптимального состава в среде электролита 3,0%-ного NaCl.

Механизм действия щелочных металлов (ЩМ) на структуру и свойства алюминиевых сплавов сводится к следующему:

1. ЩМ измельчают кристаллы твердого раствора на основе алюминия.

2. ЩМ рафинируют от неметаллов-кислорода, азота, фосфора, серы, ухудшающих многие свойства сплавов.

3. ЩМ улучшают структуры поверхностной оксидной плёнки и за счёт этого увеличивают коррозионную стойкость сплавов.

4. ЩМ повышают температуру рекристаллизации алюминия.

5. В алюминиевых сплавах от легирования их ЩМ наблюдается эффект механического упрочнения сплавов.

Повышение коррозионной стойкости сплава алюминия, содержащего как примесь железа (0,1-1,0%) путём легирование титаном (0,01-0,25%) и одним металлом из группы литий, натрий, калий (0,01-1,0%) позволяет на 20% повысить коррозионную стойкость исходного алюминиевого сплава.

Расчёт экономической эффективности использования предлагаемого сплава показывает, что 10%-ное снижение металлоемкости изготавливаемых из него изделий при объеме годового производства 1000тн равняется: 10%-е снижение от 1000тн равняется 100тн сплава. При стоимости 1тн сплава 3000$ США экономия 100тн сплава составляет 100тнꞏ3000$ США=300 000$ США.

 Алюминиевый электротехнический сплав