一种高压GIS用耐磨铝合金壳体及其加工工艺制造技术

本发明专利技术提供一种高压GIS用耐磨铝合金壳体及其加工工艺，制备了耐磨性好、气密性优异、使用寿命长的高压GIS用耐磨铝合金壳体，通过对ZAlSi7MgA进行改质锻造，加入铝硅合金，使壳体本体中硅的质量分数为8.5

【技术实现步骤摘要】
一种高压GIS用耐磨铝合金壳体及其加工工艺


[0001]本专利技术涉及高压GIS
，具体是一种高压GIS用耐磨铝合金壳体及其加工工艺。

技术介绍

[0002]GIS是气体绝缘全封闭组合电器的简称，GIS的设备或部件均封闭在接地的金属外壳中，内部充有一定压力的六氟化硫绝缘气体，与常规敞开式变电站相比，GIS具有结构紧凑、占地面积小、可靠性高、环境适应能力强、维护工作量很小等优点，其故障率只有常规设备的20
‑
40％，且特高压GIS开关设备是国家重点开发项目。
[0003]现有高压GIS用铝合金壳体采用的材料原料多为铸造铝合金ZL101A，加工工艺多采用重力铸造工艺，且高压GIS用铝合金壳体在服役时需承载较大负荷，对气密性要求和力学性能有较高要求。
[0004]虽然ZL101A铝合金具有气密性好、铸造流动性好、收缩率小等优点，但ZL101A铝合金在常规铸造过程中存在氧化和针孔倾向较大等问题，使壳体产生冷隔、气孔、缩松、缩孔、针孔、夹渣等主要缺陷，造成对壳体气密性的不良影响，进而导致导电杂质的存在、外部水分的渗入、六氟化硫气体的泄漏、绝缘子老化，造成GIS内部闪络故障。因为GIS是全密封结构，发生故障后的定位及检修困难度高，且事故后平均停电检修时间长于常规设备，为了降低GIS的后期检修工序，延长GIS的使用寿命，对高压GIS用铝合金壳体的气密性、耐磨性及综合力学性能提出更高的要求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种高压GIS用耐磨铝合金壳体及其加工工艺，以解决现有技术中的问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种高压GIS用耐磨铝合金壳体的加工工艺，包括以下步骤：
[0008]S1：取ZAlSi7MgA作为合金钢，将合金钢放入高频电磁感应熔炼炉中熔化，升温至725℃加入六氯乙烷保温20
‑
25min，然后升温至735
‑
745℃时加入变质剂进行变质处理，保温4
‑
7min；
[0009]S2：待熔体温度降温至675
‑
685℃，转移入冷室压铸机中进行非真空压铸，得到铸锭；
[0010]S3：铸锭在540
‑
545℃保温12h，取出后空冷；
[0011]S4：然后依次经过抛光、清洗、吹干、预矫、剥皮、精矫后切割，得到铝合金壳体本体；
[0012]S5：将氨基酸改性二硫化钼超声分散到N
‑
甲基吡咯烷酮中，加入TDE
‑
85环氧树脂，在18
‑
25℃下超声1
‑
1.5h，将溶剂去除后研磨3
‑
5次，加入水性聚酰胺酰亚胺、改性玻璃纤维、甲基四氢邻苯二甲酸酐，使用行星真空混合器在真空环境中以1800
‑
1900r/min的速率
共混10
‑
15min，得到耐磨涂料；
[0013]S6：对步骤S4得到的铝合金壳体表面进行喷砂处理，将耐磨涂料涂覆在铝合金壳体表面，静置20h，在120℃下保温1h，然后升温至160℃保温2h，形成耐磨层，得到一种高压GIS用耐磨铝合金壳体。
[0014]高压GIS用铝合金壳体需要更高的气密性和耐磨性，来匹配日益提速的高压GIS的发展，本专利技术中通过对ZAlSi7MgA进行改质锻造及涂覆耐磨涂层，来提高高压GIS用铝合金壳体的气密性及耐磨性，延长高压GIS用铝合金壳体的使用寿命；
[0015]本专利技术中先将合金钢放入高频电磁感应熔炼炉中熔化后加入六氯乙烷对熔体进行精炼，提高壳体本体的纯净度，然后加入变质剂及铝硅合金进行变质处理，用提高本体的硅含量来提高壳体的耐磨性，在使壳体本体中硅的质量分数8.5
‑
10.5％的情况下，通过调整温度及变质剂加入的量，来改善铝合金本体在常规铸造过程中存在氧化和针孔倾向较大的问题，显著提高壳体的硬度、耐磨性、热稳定性及耐疲劳性。
[0016]ZAlSi7MgA中的初生α
‑
Al晶粒尺寸、共晶硅尺寸及形貌对其性能有重要影响，目前，共晶硅的常用变质剂主要有Na、Sr、Sb和稀土等，但是Na的易挥发、易烧损，大大缩短变质时间，且易吸收气体增加气孔数量，变质过程中会产生烟雾污染环境；Sr易烧损，吸气倾向也极其严重，严重影响拉伸性能；Sb是降低了硅的尺寸，但是变质效果对冷却速度有较高要求；
[0017]本专利技术针对上述缺陷，通过变质剂选用Al
‑
B与稀土Sc，通过控制两者之间的比例及与壳体本体之间的比例，达到延长变质效果，细化晶粒，降低脆性断裂，提高壳体本体的综合力学性能。
[0018]进一步的，步骤S1中变质剂为Al
‑
B细化剂与稀土Sc以质量比为4:3复配得到。
[0019]本专利技术选用Al
‑
B替代Al
‑
5Ti
‑
B，是因为Al
‑
5Ti
‑
B主要依赖其熔化释放出来的TiAl3来细化晶粒，而本专利技术中用提高硅含量来提高壳体的耐磨性，TiAl3会和多余Si相发生反应，生成Al
‑
Ti
‑
Si三元金属间化合物，使得细化效果稳定性较差，且存在衰退快的缺陷；
[0020]在本专利技术中，当稀土Sc含量低于0.28％，初生α
‑
Al，共晶硅出现严重的团聚现象，对基体的割裂作用大，恶化合金性能，当Sc质量分数达到0.28％时，粗大的枝晶得到细化，二次枝晶间距最小，当Sc含量超过0.3％，会使与Al、Si反应生成AlSiSc金属间化合物增多，渗透在晶界处，促进了共晶硅同向生长网，从而使变质效果变差；将稀土Sc与Al
‑
B共同加入可以延长变质改性壳体本体的有效作用的时间，是因为稀土Sc改善了铝液对硼化物的润湿性，使加入的Al
‑
B细化剂不易凝聚和沉淀，减弱Si
‑
Si、Si
‑
Al原子团之间的结合力，加强了A1
‑
A1原子团的结合导致α
‑
Al相先形核过冷，在共晶结晶时，α
‑
Al作为领先相先析出长大，从而限制了共晶硅的生长，对共晶硅起到细化作用；
[0021]稀土Sc不能进入α
‑
Al晶格，只能在晶界上偏聚或吸附在固液界面上，增大枝晶熔断机会，从而细化晶粒，改变共晶Si的形貌分布，同时熔体凝固时，Sc呈原子态吸附在共晶Si的生长表面阻碍Si相的生长，细化共晶Si尺寸；稀土Sc与Al形成Al3Sc金属间化合物，和α
‑
Al晶格同属面心立方结构，且错配度低于2％，充当形核核心，从而细化晶粒，且B与Al反应生成具有面心立方的晶格结构的AlB2相，其晶格常数与α
‑
Al的点阵常数具有较好的共格关系，Al本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压GIS用耐磨铝合金壳体的加工工艺，其特征在于，所述加工工艺包括以下步骤：S1：取ZAlSi7MgA作为合金钢，将合金钢放入高频电磁感应熔炼炉中熔化，升温至725℃加入六氯乙烷保温20
‑
25min，然后升温至735
‑
745℃时加入变质剂和铝硅合金进行变质处理，保温4
‑
7min；S2：待熔体温度降温至675
‑
685℃，转移入冷室压铸机中进行非真空压铸，得到铸锭；S3：铸锭在540
‑
545℃保温12h，取出后空冷；S4：然后依次经过抛光、清洗、吹干、预矫、剥皮、精矫后切割，得到铝合金壳体本体；S5：将氨基酸改性二硫化钼超声分散到N
‑
甲基吡咯烷酮中，加入TDE
‑
85环氧树脂，在18
‑
25℃下超声1
‑
1.5h，将溶剂去除后研磨3
‑
5次，加入水性聚酰胺酰亚胺、改性玻璃纤维、甲基四氢邻苯二甲酸酐，使用真空混合器在真空环境中以1800
‑
1900r/min的速率共混10
‑
15min，得到耐磨涂料；S6：对步骤S4得到的铝合金壳体本体表面进行喷砂处理，然后将耐磨涂料涂覆在铝合金壳体本体表面，静置20h，在120℃下保温1h，然后升温至160℃保温2h，形成耐磨层，得到一种高压GIS用耐磨铝合金壳体。2.根据权利要求1所述的一种高压GIS用耐磨铝合金壳体的加工工艺，其特征在于，步骤S1中变质剂为Al
‑
B细化剂与稀土Sc以质量比为4:3复配得到；铝合金壳体本体中硅的质量分数为8.5
‑
10.5％；稀土Sc在壳体本体中质量分数为0.28
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0.3％。3.根据权利要求1所述的一种高压GIS用耐磨铝合金壳体的加工工艺，其特征在于，步骤S2中模具的预热温度为180℃，压射速度为4.5
‑
6m/s。4.根据权利要求1所述的一种高压GIS用耐磨铝合金壳体的加工工艺，其特征在于，步骤S5中氨基酸改性二硫化钼与改性玻璃纤维的质量之和计为M1，TDE
‑
85环氧树脂与水性聚酰胺酰亚胺的质量之和计为M2，M1与M2的质量比为10.5
‑
12.5％。5.根据权利要求1所述的一种高压GIS用耐磨铝合金壳体的加工工艺，其特征在于，步骤S5中TDE
‑
85环氧树脂、水性聚酰胺酰亚胺、甲基四氢邻苯二甲酸酐的质量比为2:2:1；氨基酸改性二硫化钼与改性玻璃纤维的质量比为3:1。6.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：周超，林江，俞鑫，
申请(专利权)人：玉环市东南塑胶机电有限公司，
类型：发明
国别省市：