一种高强度输电线铝合金复合石墨烯材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高强度输电线铝合金复合石墨烯材料及其制备方法和应用，所述高强度输电线铝合金复合石墨烯材料，按重量百分比计，所述铝合金复合材料包括以下组分，Si：0.4

【技术实现步骤摘要】
一种高强度输电线铝合金复合石墨烯材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于铝合金复合材料
，具体涉及一种高强度输电线铝合金复合石墨烯材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着我国清洁低碳、安全高效能源体系的逐步构建和“双碳”目标的不断落实推进，电网对输电线路的输送能力和损耗水平提出了更高要求，如何充分利用线路走廊多输送电量、降低线损成为电力行业研究的热点。架空线路输电是电力工业采用的主要输电方式，是电能输送的咽喉，对国民经济具有重大的意义。作为理想的输电线路导线材料，必须具有较高的导电性能、较高的比强度和好的弧垂特性。
[0003]公开号为CN111763860A的中国专利公开了一种超高强铝合金线及其生产工艺，其中超高强铝合金线的化学成分按重量百分数计包含以下组分：Zn 3.75
‑
7.17％，Mg1.83
‑
2.56％，Si 0.85
‑
1.0％，Cu1.3
‑
1.72％，Fe 0.3
‑
0.6％，Ti 0.008
‑
0.02％，B 0.01
‑
0.1％，余量为Al。本专利技术配方中的Zn和Mg形成MgZn2强化相，Si和Mg形成Mg2Si强化相，通过第二相强化，来显著提高铝合金的强度，Cu能有效提高合金的强度和导电率，使超高强度铝合金线导电率≥45％IACS，抗拉强度≥625MPa，伸长率≥8％，可用于大跨越、大落差的输电线路，具有显著的经济效益。虽然该专利中的铝合金线的抗拉强度很高，但是其导电率偏低，导电率过低对于输电导线来说是十分危险的，容易引发安全事故。公开号为CN 110706841A的中国专利提供一种高强度高导电率的电工用铝合金导线及其制造方法，按重量百分比计，铝合金中包括以下组分，Si：0.50～0.70％，Fe：0.10～0.50％，Cu：0.02～0.05％，Mg：0.52～0.90％，Ti：0.01～0.40％，余量为铝和不可避免的杂质，制成的铝合金线，其纵向抗拉强度≥380MPa，20℃时导电率≥63％IACS，250mm标距断后伸长率≥4.0％，可广泛用于架空输电线路。虽然该专利导电率高，但是强度依然偏低，容易导致输电线路损耗加大。因此，如何在保证电工铝线导电性能不降低或尽可能少降低的前提下，提高输电线材料强度是目前亟待解决的研究问题。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的不足，本专利技术的目的之一是提供一种高强度输电线铝合金复合石墨烯材料。该高强度输电线铝合金复合石墨烯材料在保证导电性不降低的前提下，还可以提高材料的力学性能。
[0005]本专利技术的目的之二是提供一种高强度输电线铝合金复合石墨烯材料的制备方法。
[0006]本专利技术的目的之三是提供一种高强度输电线铝合金复合石墨烯材料在输电线路中的应用。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种高强度输电线铝合金复合石墨烯材料，按重量百分比计，所述铝合金复合材
料包括以下组分，Si：0.4
‑
0.8％、Fe：0.12
‑
0.4％、Cu：0.02
‑
0.05％、Mg：0.5
‑
0.9％、B：0.4
‑
0.9％，石墨烯0.5
‑
1.2％，余量为铝和不可避免的杂质。
[0009]进一步的，所述高强度输电线铝合金复合材料导电率≥57.5％IACS，抗拉强度≥378MPa，延伸率≥10％。
[0010]进一步的，所述石墨烯的片层直径为50
‑
80μm，所述石墨烯的片层8
‑
10层。
[0011]进一步的，所述不可避免的杂质总含量小于0.02％。
[0012]进一步的，一种如上所述高强度输电线铝合金复合石墨烯材料的制备方法，包括如下步骤：
[0013](1)按照上述重量百分比选择铝合金复合材料中各组分，然后将上述金属组分进行冶炼，得到铝合金熔融液；
[0014](2)将携带有石墨烯材料源的惰性气体通入步骤(1)中铝合金的熔融液中，依次进行精炼、过滤、浇铸，得到铝合金复合石墨烯铸锭；
[0015](3)将步骤(2)中得到的铝合金复合石墨烯铸锭进行轧制得到铝合金复合石墨烯圆杆；
[0016](4)将步骤(3)中得到的铝合金复合石墨烯圆杆进行固溶、拉丝和时效，得到所述高强度输电线铝合金复合石墨烯材料，
[0017]进一步的，所述步骤(1)中冶炼铝合金熔融液的具体过程如下：将工业铝锭在730
‑
740℃下进行熔炼，然后加入Al
‑
B中间合金，搅拌，静置20
‑
30min后升温至740
‑
750℃下保温20
‑
30min，然后加入Al
‑
Si中间合金，搅拌，在740
‑
750℃下保温20
‑
30min，然后降温至720
‑
730℃，再加入Al
‑
Mg中间合金，搅拌，在720
‑
730℃下保温20
‑
30min，之后再加入Al
‑
Cu中间合金待所有合金材料熔化后进行2
‑
3次搅拌，每次搅拌时间为10
‑
15min，每次搅拌间隔时间为10
‑
15min。
[0018]进一步的，所述步骤(2)中精炼过程如下：将通入石墨烯后的铝合金熔融液控制在720℃
‑
730℃，然后向熔融液中通入氮气和精炼剂，通气15
‑
20min后，搅拌20
‑
30min，然后静置30
‑
40min后扒渣，得到精炼后的铝合金溶液；所述步骤(2)中过滤的过程如下：采用三氧化二铝陶瓷过滤网进行过滤，过滤网的孔隙率为80
‑
85％，网孔目为85
‑
95目；所述步骤(2)中所述浇铸过程如下：在紫铜材质模具内进行，浇铸前对紫铜材质模具预热至180℃
‑
200℃。
[0019]进一步的，所述步骤(3)中轧制的处理条件为：在520
‑
550℃下保温为2
‑
3h。
[0020]进一步的，所述步骤(4)中固溶过程如下：将铝合金复合石墨烯圆杆在540
‑
560℃下保温2
‑
3h后放入水中进行水淬；所述拉丝处理条件如下：拉丝速率为8
‑
10m/s，拉丝温度为50
‑
60℃，单道次变形量为5
‑
8％；所述时效的温度为180℃
‑
195℃，时效时间为6
‑
8h。
[0021]进一步的，一种输电线，所述输导线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度输电线铝合金复合石墨烯材料，其特征在于，按重量百分比计，所述铝合金复合材料包括以下组分，Si：0.4
‑
0.8％、Fe：0.12
‑
0.4％、Cu：0.02
‑
0.05％、Mg：0.5
‑
0.9％、B：0.4
‑
0.9％，石墨烯0.5
‑
1.2％，余量为铝和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述高强度输电线铝合金复合石墨烯材料，其特征在于，所述高强度输电线铝合金复合材料导电率≥57.5％IACS，抗拉强度≥378MPa，延伸率≥10％。3.根据权利要求1所述高强度输电线铝合金复合石墨烯材料，其特征在于，所述石墨烯的片层直径为50
‑
80μm，所述石墨烯的片层8
‑
10层。4.根据权利要求1所述高强度输电线铝合金复合石墨烯材料，其特征在于，所述不可避免的杂质总含量小于0.02％。5.一种如权利要求1
‑
4任一项所述高强度输电线铝合金复合石墨烯材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)按照上述重量百分比选择铝合金复合材料中各组分，然后将上述金属组分进行冶炼，得到铝合金熔融液；(2)将携带有石墨烯材料源的惰性气体通入步骤(1)中铝合金的熔融液中，依次进行精炼、过滤、浇铸，得到铝合金复合石墨烯铸锭；(3)将步骤(2)中得到的铝合金复合石墨烯铸锭进行轧制得到铝合金复合石墨烯圆杆；(4)将步骤(3)中得到的铝合金复合石墨烯圆杆进行固溶、拉丝和时效，得到所述高强度输电线铝合金复合石墨烯材料，6.根据权利要求5所述一种高强度输电线铝合金复合石墨烯材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中冶炼铝合金熔融液的具体过程如下：将工业铝锭在730
‑
740℃下进行熔炼，然后加入Al
‑
B中间合金，搅拌，静置20
‑
30min后升温至740
‑
750℃下保温20
‑
30min，然后加入Al
‑
Si中间合金，搅拌，在740
‑
750℃下保温20
‑
30min，然后降温至720
‑
730℃，再加入Al
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈旭，林洋，康喜明，蓝天驰，武威，胡金岩，苏钰淇，吴子镝，何珠岭，艾嘉麒，陈兴发，
申请(专利权)人：国网内蒙古东部电力有限公司建设分公司，
类型：发明
国别省市：