一种石墨烯改性铝合金线及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种石墨烯改性铝合金线及其制备方法，所述石墨烯改性铝合金线，以其化学成分按照重量百分数计，所述石墨烯改性铝合金线包括以下组分：Fe 0.05

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯改性铝合金线及其制备方法


[0001]本专利技术属于架空输电线路架空导线制备
，具体涉及一种石墨烯改性铝合金线及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前，平均年输电线路损耗率较高，相当于三峡电站全年发电量的4倍，其中导线的电阻损耗占比超过80％。而导电率提升1％IACS，每公里线路年节能1000
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2500千瓦时，仅125万公里高压线路年省电20亿千瓦时。因此开发和应用代替传统钢芯铝绞线的节能导线显得尤为迫切。
[0003]现有技术中，铝合金材料包括型号为LHA3的节能铝合金材料和型号为JLHA3的节能铝合金导线。其中，JLHA3节能铝合金导线为时效铝合金，是通过加入Fe、Mg、Si等合金元素，冷加工硬化和时效热处理的方法使得绞合后的导线单丝导电率不低于58.5％IACS，抗张强度不低于230MPa，伸长率不低于3.5％的指标。由于该导线具备优异的节能效果和低弧垂特性，随后节能铝合金导线在主网上得到了广泛应用。
[0004]目前，中强度铝合金线材生产过程较为复杂，主要包括熔炼、精炼和连铸连轧方式获得合金杆材，这种杆材再经过拉丝、时效处理，最终获得符合机械、电气性能要求的中强度铝合金线，在保证抗拉强度、伸长率等力学性能的前提下，现有的中强度铝合金线的导电率普遍为58.5％IACS，实际应用中输电线损依然较大。为了使节能导线输电损耗更低，本领域技术人员研制了电导率达59.2％IACS的铝合金导线，但由于导电率提升幅值较小，推广价值依然有限。
[0005]因此，如何在保证力学性能的前提下大幅提高铝合金导线的导电性能，是目前生产铝合金导线亟待解决的问题，于是，越来越多的研究者开始致力于铝合金线配方和生产工艺的研究。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种石墨烯改性铝合金线及其制备方法。本专利技术提供的铝合金线兼具导电性高、强度高的性能特点，可广泛应用于架空输配电线路，也可用于大距、大落差的高海拔地区的架空输电线路，从而大幅降低架空输配电线路损耗，助力“双碳”目标实现，同时提升线路运行安全可靠性。
[0007]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种石墨烯改性铝合金线，其化学成分按照重量百分数计，所述石墨烯改性铝合金线包括以下组分：Fe 0.05
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0.12％，Si0.03
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0.08％，Er 0.12
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0.35％，C 0.10
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1.0％，余量为Al。
[0009]本专利技术提供的石墨烯改性铝合金线兼具导电性高、强度高的性能特点，可广泛应用于架空输配电线路，也可用于大距、大落差的高海拔地区的架空输电线路，从而大幅降低架空输配电线路损耗，助力“双碳”目标实现，同时提升线路运行安全可靠性。
[0010]本专利技术所述石墨烯改性铝合金线中Si元素能提高合金熔融态的流动性，但过量的Si会降低该材料的塑性；Fe元素既可以起到强化作用，还可以与Al形成高密度尺寸细小的Al
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Fe相以提高该合金强度；Er元素使铝合金成分过冷增大，细化晶粒，促使Al4C3针状相球化，同时可减少合金中的其他金属夹杂，从而提高铝合金的强度以及导电性；C元素(石墨烯)可以显著增加铝材料的强度，同时对导电率影响较小。
[0011]优选地，所述石墨烯改性铝合金线的导电率为61～63％，例如可以是61％、61.4％、61.8％、62.2％、62.6％或63％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
[0012]优选地，所述石墨烯改性铝合金线的抗拉强度为245～256MPa，例如可以是245MPa、247MPa、249MPa、251MPa、253MPa或256MPa，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
[0013]优选地，所述石墨烯改性铝合金线的直径为2.0～4.5mm，例如可以是2.0mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
[0014]第二方面，本专利技术提供了一种如第一方面提供的石墨烯改性铝合金线的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0015](1)惰性气体气氛下，混合铝锭和铝铒合金锭，熔炼、搅拌后得到铝熔液；
[0016](2)混合精炼剂以及步骤(1)所得铝熔液进行精炼除杂、静置，然后混合石墨烯铝块，搅拌后得到铝石墨烯混合熔液；
[0017](3)连续铸造步骤(2)所得铝石墨烯混合熔液，得到石墨烯改性铝合金锭坯；
[0018](4)对步骤(3)所得石墨烯改性铝合金锭坯依次进行连续轧制、淬火、收线以及拉丝后得到所述石墨烯改性铝合金线。
[0019]作为本专利技术的优选技术方案，步骤(1)所述惰性气体包括氮气、氦气、氩气或氦气中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括氮气和氦气的组合，氮气和氩气的组合，氮气和氖气的组合，或氦气、氩气和氖气的组合。
[0020]本专利技术在铝熔炼过程中采用惰性气体保护熔炼，熔炼炉中流出的铝合金液经氮气保护下直接送入浇铸机，防止铝液被氧化产生三氧化二铝杂质，同时防止石墨烯被氧化，避免新的杂质引入到铝熔体中。
[0021]优选地，步骤(1)所述铝锭中铝的含量大于99.85wt％，例如可以是99.85wt％、99.9wt％或99.95wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
[0022]优选地，步骤(1)所述铝铒合金锭中铒的含量为9.5～10.5wt％，例如可以是9.5wt％、9.7wt％、9.9wt％、10.1wt％、10.3wt％或10.5wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
[0023]优选地，步骤(1)所述铝锭和铝铒合金锭的质量比为(8.5～9.5):1，例如可以是8.5:1、8.7:1、8.9:1、9.1:1、9.3:1或9.5:1，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
[0024]优选地，步骤(1)所述熔炼后铝熔液的温度为720～730℃，例如可以是720℃、722℃、724℃、726℃、728℃或730℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值
同样适用。
[0025]优选地，步骤(1)所述熔炼后铝熔液的保温时间为40～60min，例如可以是40min、44min、48min、52min、56min或60min，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
[0026]优选地，步骤(1)所述搅拌包括永磁搅拌。
[0027]优选地，步骤(1)所述搅拌的时间为2～5min，例如可以是2min、2.5min、3min、3.5min、4min、4.5min或5min，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯改性铝合金线，其特征在于，其化学成分按照重量百分数计，所述石墨烯改性铝合金线包括以下组分：Fe 0.05
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0.12％，Si 0.03
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0.08％，Er0.12
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0.35％，C 0.10
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1.0％，余量为Al。2.根据权利要求1所述的石墨烯改性铝合金线，其特征在于，所述石墨烯改性铝合金线的导电率为61～63％，优选地，所述石墨烯改性铝合金线的抗拉强度为245～256MPa；优选地，所述石墨烯改性铝合金线的平均直径为2.0～4.5mm。3.一种如权利要求或2所述石墨烯改性铝合金线的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)惰性气体气氛下，混合铝锭和铝铒合金锭，熔炼、搅拌后得到铝熔液；(2)混合精炼剂以及步骤(1)所得铝熔液进行精炼除杂、静置，然后混合石墨烯铝块，搅拌后得到铝石墨烯混合熔液；(3)连续铸造步骤(2)所得铝石墨烯混合熔液，得到石墨烯改性铝合金锭坯；(4)对步骤(3)所得石墨烯改性铝合金锭坯依次进行连续轧制、淬火、收线以及拉丝后得到所述石墨烯改性铝合金线。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述惰性气体包括氮气、氦气、氩气或氦气中的任意一种或至少两种的组合；优选地，步骤(1)所述铝锭中铝的含量大于99.85wt％；优选地，步骤(1)所述铝铒合金锭中铒的含量为9.5～10.5wt％；优选地，步骤(1)所述铝锭和铝铒合金锭的质量比为(8.5～9.5):1。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述熔炼后铝液的温度为720～730℃；优选地，步骤(1)所述熔炼后铝熔液的保温时间为40～60min；优选地，步骤(1)所述搅拌包括永磁搅拌；优选地，步骤(1)所述搅拌的时间为2～5min。6.根据权利要求3
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5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述混合精炼剂与铝熔液的方法为：通过惰性气体将精炼剂吹入铝熔液中；优选地，所述精炼剂的吹入温度为710～730℃；优选地，所述精炼剂与铝熔液的质量比为(1～3):1000；优选地，步骤(2)所述精炼除杂的时间为5～8min；优选地，步骤(2)所述静置的温度为710～730℃；优选地，步骤(2)所述静置的时间为10～15min。7.根据权利要求3
‑
6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述混合石墨烯铝块的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张孝雷，胡楠，宗强，徐静，张右，夏霏霏，王瑶，蒋达，周锋，杨伯其，杨志豪，
申请(专利权)人：远东复合技术有限公司南通电力设计院有限公司新远东电缆有限公司远东电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：