【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及交流电环境下高性能导线，具体涉及一种成分梯度铝基复材导线及其制备方法。
技术介绍
1、铝及铝合金因低密度、高比强度、高导电、高经济性等一系列优点，被认为是优秀的导体材料，在多个领域有广泛应用。
2、目前高强度的铝合金导线，是用量最大的铝合金导线品种。在铝中添加镁、硅等元素，经过加工变形和热处理后获得足够的强度、塑性和导电性能，其强度较普通铝导线提高近一倍，单线强度达300mpa以上，但电导率较低，仅为～53％iacs(国际退火铜标准)，导致线路损耗大，这制约了高强度铝合金导线的进一步发展。
3、在金属材料中力学性能和导电性能存在此消彼长的矛盾关系，即材料强度上升通常会导致导电性能的下降，导电性能的增加会导致强度的下降。同时提升材料的强度和导电性能是困难的。
4、实际使用过程中交流电存在“趋肤效应”，导体内部的电流分布不均匀，电流集中在导体外表的薄层，越靠近导体表面，电流密度越大，导体内部实际上电流较小，对导体导电率贡献较小。
5、为了解决上述问题，现有技术中制备了外部为纯铝内部为合金的成分梯度变化的导线，采用铸造方法制备圆筒状纯铝铸锭和圆柱状铝合金铸锭，然后采用机加工设备除去圆柱状铝合金铸锭表面的金属氧化皮和圆筒状纯铝铸锭内表面的金属氧化皮，将圆筒状纯铝套在合金外部，再通过热挤压工艺，将两者结合，但是这种方法加工过程繁琐，且不同成分间结合质量较差，难以满足工程应用标准。
技术实现思路
1、鉴于上述问题，本专利技术提供了一
2、本专利技术提供了一种成分梯度铝基复材导线及其制备方法，包括：
3、步骤一：分别制备纯铝粉末和铝合金粉末，将所述纯铝粉末和铝合金粉末进行预处理，获得纯铝预氧化粉末和铝合金预处理粉末；
4、优选的，获得纯铝预氧化粉末和铝合金预处理粉末的具体步骤包括：
5、使用气雾化方法制备纯铝粉末；所述纯铝粉末粒径为1～3μm，纯度高于99.7％；
6、将纯铝粉末放入搅拌罐中进行加热搅拌，使纯铝粉末表面充分氧化，获得纯铝预处理粉末；
7、使用气雾化方法制备铝合金粉末；将铝合金粉末与碳纳米管进行球磨，球磨后混合均匀，获得铝合金预处理粉末。
8、进一步的，所述搅拌罐内具有高纯氧气环境，所述加热的温度为200～300℃；所述搅拌速度为50～100r/min，搅拌时间为2～4h；
9、所述碳纳米管长度为5～15μm，管径为40～60nm，铝合金预处理粉末中碳纳米管的含量为0.3％～2％；
10、球磨机选用行星式球磨机，球磨工艺的球料比5：1～10：1，选用1～3mm不锈钢球，转速300～400rpm，球磨时间5～8h。
11、本专利技术技术方案在纯铝中原位生成纳米氧化物颗粒，纳米氧化物颗粒不但提高纯铝强度，还不会损害基体导电率，在合金中加入碳纳米管可大幅提高基体强度；本专利技术设计了两种增强相分别增强内外部基体，提升整体强度的同时，保持导线在交流电环境下的导电性能。
12、本专利技术技术方案制备的纯铝氧化粉末的外形为近球形，粉末表面充分氧化，覆盖非晶-al2o3薄膜，在后续烧结过程中转化成al2o3颗粒增强相，在外层的纯al中引入纳米al2o3颗粒增强相，其尺寸细小，在纯铝基体中定向分布，一方面增加纯铝强度，另一方面不损害纯铝的导电性能，使导线整体强度提高。
13、步骤二：将步骤一所述铝合金预处理粉末和纯铝预氧化粉末进行铺粉工艺处理获得成分梯度混合粉末；
14、设置烧结温度和时间对所述成分梯度混合粉末进行烧结，获得成分梯度烧结胚料；
15、优选的，步骤二所述获得成分梯度烧结胚料的具体步骤包括：
16、将铝合金预处理粉末进行冷压处理，获得冷压胚料；
17、将冷压胚料和所述纯铝预氧化粉末放入热等静压包套内进行铺粉工艺处理，获得处理后的包套；
18、对所述处理后的包套进行高温除气，设置真空度，对所述包套进行封焊处理；
19、将封焊后的包套放入热等静压炉内，设置烧结温度和时间，进行烧结；
20、烧结结束后，随炉冷却至开炉温度，在炉内取出封焊后的包套；
21、去掉封焊后的包套，得到烧结胚料。
22、进一步的，所述冷压处理的压力为200～300mpa，保载时间为10～20min；
23、进一步的，所述除气温度为200～300℃，所述真空度为0～10-2pa；
24、进一步的，所述烧结温度为500～600℃，烧结时间为6～8h，所述开炉温度为0-100℃。
25、本专利技术技术方案制备的材料中包含两种金属成分和两种增强相，在热等静压铺粉过程中，通过铺粉工艺，使步骤一中所述两种粉末在烧结获得的胚料中成梯度分布，导体的外层为导电性能好的纯铝，提供了导电性能，导体的内层为强度高的铝合金主要提供强度，当导线在交流电环境下使用时，兼顾导电性能和强度。
26、本专利技术获得的烧结胚料具有梯度结构，外层为al2o3增强的纯铝，内层为碳纳米管增强的铝合金，在烧结过程中，设置了烧结温度为500～600℃，烧结时间为6～8h，通过步骤一中金属粉末设计及步骤二的铺粉工艺，热等静压烧结出具有金属成分梯度及增强相成分梯度的复合材料，是一种增强相与金属间界面结合良好的材料，材料整体性能优异，在交流电环境下，兼顾了材料的强度和导电性，解决了材料中强度和导电性能此消彼长的矛盾关系。
27、步骤三：将所述成分梯度烧结胚料经过塑性变形及热处理制备成分梯度铝基复材导线。
28、优选的，所述塑性变形包括：热挤压、冷拉拔；
29、所述制备成分梯度铝基复材导线的具体步骤为：
30、通过热挤压工艺将成分梯度烧结胚料挤压成棒材；所述热挤压的加工温度为400～450℃；
31、对棒材进行固溶热处理后再进行冷拉拔，获得铝合金导线，将所述铝合金导线进行时效热处理，获得将具有不同金属成分与不同增强相种类的成分梯度铝基复材导线。
32、优选的，所述成分梯度铝基复材导线外层为为al2o3增强的纯铝，内层为碳纳米管增强的铝合金；内层铝合金的直径占导线直径的40％～90％。本专利技术制备的成分梯度铝基复材导线，由导线芯部到表面为成分梯度变化的材料，外层为al2o3增强的纯铝，内层为碳纳米管增强的铝合金，导线强度≥350mpa，导线外层纯铝部分电导率≥58％iacs，整体电导率≥55％iacs。
33、本专利技术采用粉末冶金工艺制备胚料，经过后续塑性变形及相应的热处理工艺，可快速制备出成分梯度变化的铝基复材导线，在交本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种成分梯度铝基复材导线制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，获得所述纯铝预氧化粉末和铝合金预处理粉末的具体步骤包括：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述纯铝粉末粒径为1～3μm，纯度高于99.7％。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述铝合金预处理粉末中碳纳米管的含量为0.3％～2％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述获得成分梯度烧结胚料的具体步骤包括：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述铺粉工艺具体包括：
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述烧结温度为500～600℃，烧结时间为6～8h。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备铝合金导线的具体步骤为：
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述成分梯度铝基复材导线外层为增强的纯铝，内层为碳纳米管增强的铝合金；
10.一种成分梯度铝基复材导线，其特征在于，所述成分梯度铝基复材导线
...【技术特征摘要】
1.一种成分梯度铝基复材导线制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，获得所述纯铝预氧化粉末和铝合金预处理粉末的具体步骤包括：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述纯铝粉末粒径为1～3μm，纯度高于99.7％。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述铝合金预处理粉末中碳纳米管的含量为0.3％～2％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述获得成分梯度烧结胚料的具体步骤包括：
6.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑瑞晓，张岩琛，张海平，马朝利，李冬青，刘胜春，周立宪，顾建，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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