一种纳米改性铝合金材料与其制备方法及其制造的节能环保电力金具技术

本发明专利技术公开了一种纳米改性铝合金材料与其制备方法及其制造的节能环保电力金具，该方法包括如下步骤：1)制备硅包覆碳纳米管：将硅粉与碳纳米管混合后进行机械球磨，使硅粉与碳纳米管充分混合，构建核壳结构，得到硅包覆碳纳米管；2)制备纳米改性铝合金材料：将步骤1)所得硅包覆碳纳米管加入铝合金基体中进行半固态搅拌，使添加的硅包覆碳纳米管在铝合金基体中均匀分散，随后升温浇铸，得到纳米改性铝合金材料铸棒。本发明专利技术制备的纳米改性铝合金材料较传统的电力金具用可锻铸铁材料具有轻质、高强、免镀锌的优势，且比常规铝合金强度更高。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米改性铝合金材料与其制备方法及其制造的节能环保电力金具
本专利技术属于铝基复合材料及电力金具制备的
，具体涉及一种纳米改性铝合金材料与其制备方法及其制造的节能环保电力金具。
技术介绍
目前，我国配电线路仍在大规模使用铸铁金具，在运行过程中时刻产生巨大的电能损失，而且，现阶段镀锌难的问题也影响到了铸铁金具的生产和供货。行业内在较早以前，就有了采用铝合金作为节能金具材料，然而铝合金强度不足，限制了它在金具领域的推广使用。实际上，高性能节能金具的发展，材料是最大的瓶颈。现有技术对铝合金材料强度的提升主要有两种手段，一种是通过添加合金元素，形成合金相对材料起强化作用；另一种是添加增强相如氧化铝、碳化硅等形成铝基复合材料。然而，第一种方法对材料的性能提升较大，但是有一定的局限，且容易导致材料加工性能变差；第二种方法目前主要采用粉末冶金的工艺，能大幅提升基体材料的强度，但是不适合批量化生产。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述
技术介绍
存在的不足，提供一种加工性能良好且易于批量生产的纳米改性铝合金材料与其制备方法及其制造的节能环保电力金具。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种纳米改性铝合金材料的制备方法，包括如下步骤：1)制备硅包覆碳纳米管：将硅粉与碳纳米管混合后进行机械球磨，使硅粉与碳纳米管充分混合，构建核壳结构，得到硅包覆碳纳米管；2)制备纳米改性铝合金材料：将步骤1)所得硅包覆碳纳米管加入铝合金基体中进行半固态搅拌，使添加的硅包覆碳纳米管在铝合金基体中均匀分散，随后升温浇铸，得到纳米改性铝合金材料铸棒。作为优选实施方式地，所述步骤1)中，硅粉与碳纳米管质量比为7:6～14:3。作为优选实施方式地，所述步骤2)中，硅包覆碳纳米管的添加质量百分比为铝合金基体的0.1～0.4wt％。作为优选实施方式地，所述步骤2)中，铝合金基体选用6005铝合金。作为优选实施方式地，所述步骤2)中，半固态搅拌的温度为600～680℃。作为优选实施方式地，所述步骤2)中，半固态搅拌的时间为15～60min。作为优选实施方式地，所述步骤2)中，升温浇铸的温度为700～760℃。本专利技术还提供一种纳米改性铝合金材料，所述纳米改性铝合金材料由上述的方法制备而成。本专利技术还提供一种节能环保电力金具，所述节能环保电力金具由上述的纳米改性铝合金材料制备而成。作为优选实施方式地，所述节能环保电力金具的表面自然氧化形成致密的氧化铝层。作为优选实施方式地，所述节能环保电力金具为球头挂环、碗头挂板、中心回转式悬垂线夹、NX楔形线夹、UT线夹中的一种。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：其一，本专利技术提供的纳米改性铝合金材料较传统的电力金具用可锻铸铁材料具有轻质、高强、免镀锌的优势，且比常规铝合金强度更高；纳米改性铝合金密度比铸铁低(轻质)，强度比铸铁及常规铝合金高(高强)；铝合金金具表面会自然氧化生产氧化铝，具有耐腐蚀效果，不需要进行镀锌来防腐(免镀锌、环保)；铝合金磁导率与空气接近，在磁场作用下产生的损耗小，而铸铁是铁磁材料磁损大，因此更加节能，以这种材料制备的新型电力金具具有轻质高强、节能环保的优点，较铸铁金具更能满足线路安全稳定性能需求。其二，根据能耗试验结果，纳米改性铝合金金具可降低能耗24％左右，如果用它来替代目前使用量大的铸铁金具，每年可以节约电能超过1.6亿千瓦时，相当于每年节省电煤约536万吨，可以发挥巨大的经济社会效益；其三，本专利技术的纳米改性铝合金金具表面无需热镀锌，有天然的耐腐蚀性，响应国家环保政策；纳米改性铝合金金具的重量不到相同规格铸铁金具的一半，但强度反而更高，它的破坏载荷提升了30％以上，保证了线路安全可靠性，同时可以让运输、安装和维护变得非常方便。附图说明图1为本专利技术实施例1所制备的硅包覆碳纳米管SEM照片，图(a)为放大200倍，图(b)为放大4000倍；图2为本专利技术实施例6制备的纳米改性铝合金材料拉伸断口SEM照片，图(a)为放大1000倍，图(b)为放大5000倍。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明，便于清楚地了解本专利技术，但它们不对本专利技术构成限定。实施例1一种纳米改性铝合金材料的制备方法，具体步骤如下：1)将硅粉与碳纳米管以质量比7:3混合后进行机械球磨，通过控制球磨工艺参数，使硅粉与碳纳米管充分混合，构建核壳结构，得到硅包覆碳纳米管；2)将步骤1)所得硅包覆碳纳米管加入6005铝合金基体中进行半固态搅拌，硅包覆碳纳米管的添加量为0.25wt％，搅拌温度600℃，搅拌时间30min，随后升温至740℃进行浇铸，得到纳米改性铝合金铸棒。如图1所示为球磨后的硅包覆碳纳米管SEM照片，碳纳米管与硅粉的混合粉末受到球磨介质的反复冲撞，承受了冲击、剪切、摩擦和压缩等多种力的共同作用，经历了反复的挤压、冷焊合及粉碎等过程，最终硅粉与碳纳米管充分混合，得到核壳结构的硅包覆碳纳米管，由于硅能固溶到铝液中，同时硅粉对碳纳米管的包裹能增加碳纳米管与铝液的润湿性，对后续硅包覆碳纳米管加入铝基体中起到了很大作用。对本实施例制备的纳米改性铝合金材料进行性能测试，测试结果见表1。实施例2一种纳米改性铝合金材料的制备方法，制备方法与实施例1相似，不同之处在于硅粉与碳纳米管质量比为7:6。对本实施例制备的纳米改性铝合金材料进行性能测试，测试结果见表1。实施例3一种纳米改性铝合金材料的制备方法，制备方法与实施例1相似，不同之处在于硅粉与碳纳米管质量比为14:3。对本实施例制备的纳米改性铝合金材料进行性能测试，测试结果见表1。实施例4一种纳米改性铝合金材料的制备方法，制备方法与实施例1相似，不同之处在于硅包覆碳纳米管的添加量为0.1wt％。对本实施例制备的纳米改性铝合金材料进行性能测试，测试结果见表1。实施例5一种纳米改性铝合金材料的制备方法，制备方法与实施例1相似，不同之处在于硅包覆碳纳米管的添加量为0.4wt％。对本实施例制备的纳米改性铝合金材料进行性能测试，测试结果见表1。实施例6一种纳米改性铝合金材料的制备方法，制备方法与实施例1相似，不同之处在于半固态搅拌温度为640℃。如图2所示为本实施例制备材料拉伸断口SEM照片，由图(a)可见复合材料的断口呈现出具有典型韧性断裂特征的韧窝和撕裂棱，韧窝的直径在0.3～0.8μm。由图(b)可见，在拉伸过程中，材料从韧窝处断裂，并没有观察到碳纳米管从基体中拔出的现象，说明了碳纳米管与基体金属间存在很高的结合强度。对本实施例制备的纳米改性铝合金材料进行性能测试，测试结果见表1。实施例7一种纳米改性铝合金材料的制备方法，制备方法与实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米改性铝合金材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：/n1)制备硅包覆碳纳米管：将硅粉与碳纳米管混合后进行机械球磨，使硅粉与碳纳米管充分混合，构建核壳结构，得到硅包覆碳纳米管；/n2)制备纳米改性铝合金材料：将步骤1)所得硅包覆碳纳米管加入铝合金基体中进行半固态搅拌，使添加的硅包覆碳纳米管在铝合金基体中均匀分散，随后升温浇铸，得到纳米改性铝合金材料铸棒。/n

【技术特征摘要】
1.一种纳米改性铝合金材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)制备硅包覆碳纳米管：将硅粉与碳纳米管混合后进行机械球磨，使硅粉与碳纳米管充分混合，构建核壳结构，得到硅包覆碳纳米管；
2)制备纳米改性铝合金材料：将步骤1)所得硅包覆碳纳米管加入铝合金基体中进行半固态搅拌，使添加的硅包覆碳纳米管在铝合金基体中均匀分散，随后升温浇铸，得到纳米改性铝合金材料铸棒。


2.根据权利要求1所述的纳米改性铝合金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，硅粉与碳纳米管质量比为7:6～14:3。


3.根据权利要求1所述的纳米改性铝合金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，硅包覆碳纳米管的添加质量百分比为铝合金基体的0.1～0.4wt％。


4.根据权利要求1所述的纳米改性铝合金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述铝合金基体采用6005铝合金。

<...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡炜，王利民，卢才璇，何卫，汤超，吴昊，詹耿，陈胜男，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，南瑞集团有限公司，国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11