Термостойкий электропроводный алюминиевый сплав (варианты) Российский патент 2021 года по МПК C22C21/00 

Описание патента на изобретение RU2743499C1

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при получении изделий электротехнического назначения при производстве кабельно-проводниковой продукции для электропроводки зданий и сооружений.

Известны промышленные алюминиевые сплавы А5Е, А7Е (ГОСТ 11069-2001), ABE (ГОСТ 20967-75) и один из американских аналогов сплав 1350, которые широко применяют при производстве изделий электротехнического назначения. Например, технически чистый алюминий марок А5Е (аналог сплав 1350) и А7Е используют для изготовления токопроводящих кабелей и проводов линий электропередач. Эти сплавы имеют высокую электропроводность и коррозионную стойкость. Сплав ABE, дополнительно легированный магнием для упрочнения закалкой и старением, имеет более высокую прочность.

Недостатками описанных выше сплавов является недостаточная прочность, особенно при повышенных температурах, высокая склонность к разупрочнению при нагревах свыше 100°С.

Известен сплав Al-0.35Sc-0.2Zr (A high-strength, ductile Al-0.35Sc-0.2Zr alloy with good electrical conductivity strengthened by coherent nanosized-precipitates. J. Mater. Sci. Technol. 33 (2017) 215-223), который имеет высокий предел прочности 210 МПа при удлинении 7,6% и электропроводности 60,2%IACS.

Недостатком данного сплава является очень высокое содержание скандия и относительно невысокая пластичность.

Известен алюминиевый сплав следующего состава в мас. %: по крайней мере один легирующий компонент, выбранный из группы La, Се, Nd, Pr 7,0-9,0, железо 0,05-0,1, кремний 0,05-0,1, алюминий - остальное (RU 2616316, опубл. 14.04.2017) с ультрамелкозернистой структурой и высокой прочностью.

Недостатком этого сплава является очень высокое содержание дорогостоящих металлов и низкая электропроводность не более 52,6%IACS.

Известен термостойкий сплав на основе алюминия (ЕР 0787811, опубл. 06.08.1997), содержащий в мас. %: Zr 0,28-0,50, Si 0,16-0,30, Cu 0,1-0,4, Mn 0,15-0,80, сочетающий неплохую прочность и электропроводность (270 МПа и 55%IACS).

Недостатком является очень высокая склонность к разупрочнению при температурах выше 150°С.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является сплав состава в мас. %: цирконий 0,2-0,32; железо 0,15-0,42; кремний 0,02-0,1; титан, хром, ванадий, марганец в сумме 0,01-0,04; магний, медь, цинк в сумме 0,01-0,07; бор 0,001-0,01; один из редких или редкоземельных металлов из группы: ниобий, церий, иттрий, скандий 0,005-0,2; алюминий -остальное (RU 2639284, опубл. 20.12.2017), имеющий неплохую электропроводность (не менее 58,5%IACS).

Недостатком является весьма небольшая прочность до 160 МПа.

Техническим результатом изобретения является повышение прочности и электропроводности сплава до предела прочности не менее 140 МПа при электропроводности не менее 60%IACS и предел прочности не менее 220 МПа при электропроводности не менее 54%IACS, а также значительное повышение термической стабильности вплоть до 300°С.

Указанный технический результат достигается в первом варианте изобретения за счет того, что в термостойком электропроводном алюминиевом сплаве, содержащем легирующие элементы, последние состоят из скандия и иттрия при следующем компонентом составе, масс. %:

скандий 0,05-0,2 иттрий 0,18-0,2 остальное алюминий,

при этом структура сплавов состоит из эвтектических частиц фазы Al3Y, размером до 200 нм и дисперсоидов фазы Al3(Y,Sc), размером до 10 нм.

Указанный технический результат достигается во втором варианте изобретения за счет того, что в термостойком электропроводном алюминиевом сплаве, содержащем легирующие элементы, последние состоят из скандия, иттрия и иттербия при следующем компонентом составе, масс. %:

скандий 0,18-0,22 иттрий 0,18-0,22 иттербий 0,28-0,32 остальное алюминий,

при этом структура сплавов состоит из эвтектических частиц фазы Al3(Y,Yb) размером до 200 нм и дисперсоидов фазы Al3(Y,Yb,Sc), размером до 10 нм.

Указанный технический результат достигается в третьем варианте изобретения за счет того, что в термостойком электропроводном алюминиевом сплаве, содержащем легирующие элементы, последние состоят из скандия, эрбия и иттербия при следующем компонентом составе, масс. %:

скандий 0,05-0,2 эрбий 0,25-0,32 иттербий 0,25-0,35 остальное алюминий,

при этом структура сплавов состоит из эвтектических частиц фазы Al3(Er,Yb) размером до 200 нм и дисперсоидов фазы Al3(Er,Yb,Sc), размером до 10 нм.

Изобретение поясняется чертежом, где:

на фиг. 1 представлена микроструктура слитка сплава AlErYbSc и распределение элементов между фазами (растровая и просвечивающая электронная микроскопия)

на фиг. 2 представлены кинетические кривые твердости слитков сплавов в процессе отжига: а - AlYSc02, б - AlYScYb, в - AlErYbSc.

на фиг. 3 представлена тонкая структура сплава AlErYbSc после отжига при 300°С в течение 1 часа.

Осуществление изобретения состоит в следующем.

Для достижения поставленной задачи предлагается следующая технология получения сплава: в расплав алюминия марки А99 при температуре 750-800°С вводятся последовательно легирующие элементы в виде лигатур Al-Sc, Al-Y, Al-Er, Al-Yb. После введения легирующих элементов расплав перемешивают и заливают при температуре 750-800°С.

Отжиг слитков проводят при температурах 300-370°С в течение 1-8 часов. Далее следует обработка давлением и последующий отжиг. Обработка давление включает горячую прокатку при температурах 300-370°С (степень обжатия 50%) и последующую холодную прокатку (общая степень обжатия до 95%). Отжиг после прокатки проводят при температуре 300°С в течение 1-100 часов.

Исследование структуры сплавов проводили с использованием светового, растрового и просвечивающего электронного микроскопов. Оценку механических свойств проводили по результатам измерения твердости методом Виккерса (HV) и испытаний на одноосное растяжение. Электросопротивление измеряли методом «двойного моста» с использованием миллиомметра.

Составы сплавов в рамках заявленного диапазона представлены в таблице 1.

Литая микроструктура представлена фиг. 1 на примере сплава AlErYbSc. При кристаллизации скандий растворяется в алюминиевом твердом растворе полностью, концентрация иттрия, эрбия и иттербия в твердом растворе составляет 0,1-0,25%. Иттрий, эрбий и иттербий совместно или отдельно образуют с алюминием при кристаллизации эвтектическую фазу Al3M размером от 20 до 200 нм, где М - иттрий и/или эрбий и/или иттербий. Кинетические кривые твердости слитков сплавов в процессе отжига при температурах 300, 370, 400, 440°С на примере сплавов AlYSc02 (a), AlYScYb (б), AlErYbSc (в) показаны на фиг. 2. По кинетическим кривым для каждой композиции выбраны режимы отжига перед прокаткой, обеспечивающие максимальный прирост твердости. Режимы отжига слитков представлены в таблице 2. Упрочнение в процессе отжига слитков происходит за счет выделения дисперсоидов L12 фазы Al3M размером до 10 нм, где М - скандий и/или иттрий и/или эрбий и/или иттербий. На фиг. 3 на примере сплава AlYbErSc02 показана тонкая структура с дисперсоидами L12 фазы Al3(Yb,Er,Sc) размером до 9 нм, полученной после отжига при 300°С в течение 1 часа.

В таблице 3 представлены результаты испытаний на одноосное растяжение и электропроводность деформированных листов в нагартованном и отожженном при 300°С состояниях.

Таблица 3. Характеристики механических свойств на растяжение и электропроводность

Для достижения предела прочности не менее 140 МПа при электропроводности не менее 60% IACS в отожженном состоянии термостойкий электропроводный алюминиевый сплав содержит следующие компоненты, масс. %: скандий 0,05 и иттрий 0,2 или скандий 0,05 и эрбий 0,25 и иттербий 0,35, остальное алюминий

Для достижения предела прочности не менее 190 МПа при электропроводности не менее 60% IACS в отожженном состоянии термостойкий электропроводный алюминиевый сплав содержит следующие компоненты, масс. %: скандий 0,18 и иттрий 0,18, остальное алюминий.

Для достижения предела прочности не менее 220 МПа при электропроводности не менее 54% IACS в отожженном состоянии термостойкий электропроводный алюминиевый сплав содержит следующие компоненты, масс. %: скандий 0,2 и иттрий 0,2 и иттербий 0,3 или скандий 0,2, эрбий 0,32 и иттербий 0,25, остальное алюминий.

Предлагаемое изобретение представляет новый термостойкий электропроводный алюминиевый сплав, который сочетает высокую прочность и электропроводность при очень высокой термической стабильности вплоть до 300°С. Предлагаемый сплав позволит повысить срок эксплуатации изделий электротехнического назначения, что определяется его вышеуказанными свойствами.

Похожие патенты RU2743499C1

название год авторы номер документа
СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И ИЗДЕЛИЕ ИЗ НЕГО 2022
  • Манн Виктор Христьянович
  • Крохин Александр Юрьевич
  • Рябов Дмитрий Константинович
  • Вахромов Роман Олегович
  • Градобоев Александр Юрьевич
  • Алиев Руслан Теймурович
RU2804566C1
Деформируемый алюминиевый сплав на основе системы Al-Mg-Sc-Zr с добавками Er и Yb (варианты) 2020
  • Барков Руслан Юрьевич
  • Поздняков Андрей Владимирович
RU2743079C1
ТЕРМОСТОЙКИЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ 2016
  • Манн Виктор Христьянович
  • Алабин Александр Николаевич
  • Крохин Александр Юрьевич
  • Фролов Виктор Федорович
  • Трифоненков Леонид Петрович
RU2659546C1
ТЕРМОСТОЙКИЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗ НЕГО ДЕФОРМИРОВАННЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ 2010
  • Белов Николай Александрович
  • Алабин Александр Николаевич
RU2446222C1
ТЕРМОСТОЙКИЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДЕФОРМИРОВАННОГО ПОЛУФАБРИКАТА ИЗ СПЛАВА НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ 2013
  • Гречников Федор Васильевич
  • Попов Игорь Петрович
  • Гольдбухт Галина Ефимовна
  • Бибиков Алексей Михайлович
  • Журавель Леонид Васильевич
  • Живодеров Виктор Макарьевич
RU2556179C2
ТЕРМОСТОЙКИЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗ НЕГО ДЕФОРМИРОВАННЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ 2012
  • Белов Николай Александрович
  • Алабин Александр Николаевич
RU2534170C1
ТЕПЛОПРОЧНЫЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ 2014
  • Гречников Федор Васильевич
  • Попов Игорь Петрович
  • Гольдбухт Галина Ефимовна
  • Демьяненко Елена Геннадьевна
  • Бибиков Алексей Михайлович
RU2573463C1
СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ 2019
  • Манн Виктор Христьянович
  • Алабин Александр Николаевич
  • Хромов Александр Петрович
  • Вальчук Сергей Викторович
  • Крохин Александр Юрьевич
  • Фокин Дмитрий Олегович
  • Вахромов Роман Олегович
  • Юрьев Павел Олегович
RU2735846C1
СПЛАВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ 2017
  • Манн Виктор Христьянович
  • Крохин Александр Юрьевич
  • Алабин Александр Николаевич
  • Хромов Александр Петрович
RU2683399C1
Свариваемый термически не упрочняемый сплав на основе системы Al-Mg 2019
  • Дриц Александр Михайлович
  • Арышенский Владимир Юрьевич
  • Арышенский Евгений Владимирович
  • Захаров Валерий Владимирович
RU2726520C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 743 499 C1

Реферат патента 2021 года Термостойкий электропроводный алюминиевый сплав (варианты)

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплаву на основе алюминия, и может быть использовано при получении изделий электротехнического назначения при производстве кабельно-проводниковой продукции для электропроводки зданий и сооружений. Термостойкий электропроводный алюминиевый сплав содержит легирующие элементы в следующем соотношении, мас. %: по первому варианту скандий 0,05-0,2, иттрий 0,18-0,2, остальное - алюминий; по второму варианту скандий 0,18-0,22, иттрий 0,18-0,22, иттербий 0,28-0,32, остальное - алюминий; по третьему варианту скандий 0,05-0,2, эрбий 0,25-0,32, иттербий 0,25-0,35, остальное - алюминий. Техническим результатом изобретения является повышение прочности и электропроводности сплава, а также значительное повышение термической стабильности до температуры 300 °С. 3 н.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл.

Формула изобретения RU 2 743 499 C1

1. Термостойкий электропроводный алюминиевый сплав, содержащий легирующие элементы, отличающийся тем, что легирующие элементы сплава состоят из скандия и иттрия при следующем компонентном составе, мас. %:

скандий 0,05-0,2 иттрий 0,18-0,2 остальное алюминий,

при этом структура сплава состоит из эвтектических частиц фазы Al3Y размером до 200 нм и дисперсоидов фазы Al3(Y,Sc) размером до 10 нм.

2. Термостойкий электропроводный алюминиевый сплав, содержащий легирующие элементы, отличающийся тем, что легирующие элементы сплава состоят из скандия, иттрия и иттербия при следующем компонентном составе, мас. %:

скандий 0,18-0,22 иттрий 0,18-0,22 иттербий 0,28-0,32 остальное алюминий,

при этом структура сплава состоит из эвтектических частиц фазы Al3(Y,Yb) размером до 200 нм и дисперсоидов фазы Al3(Y,Yb,Sc) размером до 10 нм.

3. Термостойкий электропроводный алюминиевый сплав, содержащий легирующие элементы, отличающийся тем, что легирующие элементы сплава состоят из скандия, эрбия и иттербия при следующем компонентном составе, мас. %:

скандий 0,05-0,2 эрбий 0,25-0,32 иттербий 0,25-0,35 остальное алюминий,

при этом структура сплава состоит из эвтектических частиц фазы Al3(Er,Yb) размером до 200 нм и дисперсоидов фазы Al3(Er,Yb,Sc) размером до 10 нм.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2021 года RU2743499C1

ТЕРМОКОРРОЗИОННО-СТОЙКИЙ АЛЮМИНИЕВЫЙ СПЛАВ 2015
  • Барсуков Валерий Кондратьевич
  • Барсуков Евгений Валерьевич
  • Курашов Денис Александрович
  • Савченко Владимир Григорьевич
RU2639284C2
RU 2014130334 A, 20.02.2016
CN 102021444 B, 22.08.2012
Пьезоэлектрический резонатор 1958
  • Васин И.Г.
  • Поздняков П.Г.
  • Сухарев С.Т.
  • Ярославский М.И.
SU123573A1
Устройство для электрического зажигания горелки 1979
  • Быковец Анатолий Петрович
  • Габидовский Айрат Галеевич
  • Панарин Юрий Иванович
  • Смирнов Мариан Григорьевич
SU787811A1

RU 2 743 499 C1

Авторы

Барков Руслан Юрьевич

Поздняков Андрей Владимирович

Даты

2021-02-19Публикация

2020-07-31Подача