CN106893919A - 一种防雷耐烧蚀合金的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种防雷耐烧蚀合金的制备方法，属于合金制备技术领域。本发明首先将镍、钨等金属进行粉碎过筛，得到混合粉末，再将石墨进行处理，得到膨胀石墨，石墨具有优良的防雷和耐电弧烧蚀性，再将其氧化后，经微生物作用向内部引入活性位点，再经原位沉积，向内部引入耐电弧烧蚀的稀土金属，然后再将合金粉末压制成坯料，通过聚多巴胺的作用将膨胀石墨包裹于合金外部，经压制后形成防雷耐电弧烧蚀膜保护合金，从而得到防雷耐烧蚀合金，本发明制备的防雷耐烧蚀合金具有较高的耐电弧烧蚀能力，电弧燃烧时不易烧损，延长了其使用寿命，具有广阔的应用前景。

Description

一种防雷耐烧蚀合金的制备方法
技术领域
本发明涉及一种防雷耐烧蚀合金的制备方法，属于合金制备技术领域。
背景技术
架空输电线路多处于偏远地带，容易遭受雷击闪络和污秽闪络，威胁电力系统的安全，为解决这种问题，国内外采取的措施为在耐弧绝缘子串两端并联一对金属电极（招弧角），架空线路遭雷击时，绝缘子串上产生很高的雷电过电压，但因保护间隙的雷电冲击放电电压低于绝缘子串的放电电压，故保护间隙首先放电，接续的工频电弧在电动力和热应力作用下，通过并联间隙所形成的放电通道，被引至招弧角端部，固定在招弧角端部燃烧，从而保护绝缘子串免于电弧灼烧，进而保护架空输电线路的安全运行。防雷保护间隙是一种新型的防雷保护装置，它可以方便的安装在线路绝缘子串两端，当线路遭遇雷电时它在系统中与自动重合闸使用，既可将雷击时产生的过电流及时接地，又可以对用户进行持续不间断供电，从而起到防止绝缘子串表面闪络，维持线路正常运行的作用。
防雷保护间隙（招弧角）在架空输电线路中起着将雷击产生的工频电弧引至保护间隙端部，使电弧固定在保护间隙端部灼烧而使绝缘子串不被雷击损坏，降低输电线路事故率的作用，因此防雷保护间隙应具有较好的耐电弧烧蚀能力。目前用于制造防雷间隙的常规材料有钢、铝、铜等，但是这些材料的耐电弧烧蚀能力较差，电弧燃烧时极易烧损，其使用寿命较低，因而寻求具有良好的耐电弧烧蚀性能的材料对架空输电线路的安全运行有着十分重要的现实意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对传统的制作防雷间隙的材料耐电弧烧蚀能力较差，电弧燃烧时极易烧损，降低了其使用寿命的问题，提供了一种将石墨进行膨胀、氧化处理后，再用微生物处理，增加膨胀石墨内部的活性位点，然后将稀土金属进行原位沉积，再将内部填有稀土金属的石墨经聚多巴胺作用在合金表面形成石墨膜来制备防雷耐烧蚀合金的方法，本发明首先将镍、钨等金属进行粉碎过筛，得到混合粉末，再将石墨进行处理，得到膨胀石墨，石墨具有优良的防雷和耐电弧烧蚀性，再将其氧化后，经微生物作用向内部引入活性位点，再经原位沉积，向内部引入耐电弧烧蚀的稀土金属，然后再将合金粉末压制成坯料，通过聚多巴胺的作用将膨胀石墨包裹于合金外部，经压制后形成防雷耐电弧烧蚀膜保护合金，从而得到防雷耐烧蚀合金，本发明制备的防雷耐烧蚀合金具有较高的耐电弧烧蚀能力，电弧燃烧时不易烧损，延长了其使用寿命，具有广阔的应用前景。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）称取200～300g镍、50～60g钨、300～400g铜、80～100g钼和30～40g二硼化钛加入到粉碎机中粉碎，过80～100目筛，收集过筛物，得到混合粉末，备用；
（2）称取1～2kg石墨加入到粉碎机中粉碎，过80～100目筛，收集过筛粉末，取500～600g过筛粉末加入到盛有1～2L质量分数为30%双氧水的烧杯中，将烧杯置于水浴锅中，控制水浴温度为70～80℃，保温浸泡60～90min后过滤，收集滤渣，将滤渣置于微波炉中，于800W的功率下微波加热3～5min使石墨膨胀，得膨胀石墨，将膨胀石墨加入到粉碎机中粉碎，过80～100目筛，得到膨胀石墨粉；
（3）取400～500g上述膨胀石墨粉、10～15g桃胶和40～50mL沼液加入到盛有900～1000mL质量分数为15%柠檬酸钠溶液的烧杯中，搅拌混合3～5min后，用塑料薄膜密封烧杯，静置发酵15～20天，将烧杯中的物料置于离心机中，以4000～5000r/min的转速离心处理5～10min，收集沉淀；
（4）取280～320g上述沉淀加入到盛有500～600mL质量分数为15%硝酸铈溶液的烧杯中，再向烧杯中加入0.1～0.3g聚乙烯吡咯烷酮，将烧杯移入超声波振荡仪中，以40～45KHz的频率超声分散15～20min，得到悬浊液，向悬浊液中加入2～4g次亚磷酸钠，搅拌沉积反应8～10h后，过滤，收集滤渣，备用；
（5）称取300～400g步骤（1）备用的混合粉末加入到模具中，于15～20MPa的压力下压制成型，得到合金坯料，将合金坯料置于烧结炉中，于氮气保护状态下，升温至1200～1300℃，烧结30～40min，得到合金骨架；
（6）将上述合金骨架置于盛有1～2L质量分数为15%多巴胺盐酸盐溶液的烧杯中，浸泡30～40min后，向烧杯中加入200～300g步骤（4）备用的滤渣和0.3～0.5g二月桂酸二丁基锡，将烧杯移入超声波振荡仪中，于40～45KHz的频率下超声分散30～40min，再静置1～2h，得到复合合金，再将复合合金加入到模具中，于25～30MPa的压力下压制成型，得到防雷耐烧蚀合金。
本发明的应用方法：将本发明制备的防雷耐烧蚀合金制备成防雷间隙球，并将其并联在复合绝缘子上，应用于架空输电线线路上，经检测，本发明制备的防雷耐烧蚀合金在电流20A，电压10kV，燃弧时间0.2s，电弧侵蚀放电200次后，失重量低于1.42mg，且合金表面侵蚀坑较浅，具有较高耐烧蚀能力，且防雷耐烧蚀合金断裂强度达到1350.2～1420.3MPa。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明制备的防雷耐烧蚀合金电弧侵蚀放电200次后，失重量低于1.42mg，且合金表面侵蚀坑较浅，具有较高耐烧蚀能力；
（2）本发明制备的防雷耐烧蚀合金断裂强度达到1350.2～1420.3MPa，强度高，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
首先称取200～300g镍、50～60g钨、300～400g铜、80～100g钼和30～40g二硼化钛加入到粉碎机中粉碎，过80～100目筛，收集过筛物，得到混合粉末，备用；再称取1～2kg石墨加入到粉碎机中粉碎，过80～100目筛，收集过筛粉末，取500～600g过筛粉末加入到盛有1～2L质量分数为30%双氧水的烧杯中，将烧杯置于水浴锅中，控制水浴温度为70～80℃，保温浸泡60～90min后过滤，收集滤渣，将滤渣置于微波炉中，于800W的功率下微波加热3～5min使石墨膨胀，得膨胀石墨，将膨胀石墨加入到粉碎机中粉碎，过80～100目筛，得到膨胀石墨粉；取400～500g上述膨胀石墨粉、10～15g桃胶和40～50mL沼液加入到盛有900～1000mL质量分数为15%柠檬酸钠溶液的烧杯中，搅拌混合3～5min后，用塑料薄膜密封烧杯，静置发酵15～20天，将烧杯中的物料置于离心机中，以4000～5000r/min的转速离心处理5～10min，收集沉淀；取280～320g上述沉淀加入到盛有500～600mL质量分数为15%硝酸铈溶液的烧杯中，再向烧杯中加入0.1～0.3g聚乙烯吡咯烷酮，将烧杯移入超声波振荡仪中，以40～45KHz的频率超声分散15～20min，得到悬浊液，向悬浊液中加入2～4g次亚磷酸钠，搅拌沉积反应8～10h后，过滤，收集滤渣，备用；称取300～400g备用的混合粉末加入到模具中，于15～20MPa的压力下压制成型，得到合金坯料，将合金坯料置于烧结炉中，于氮气保护状态下，升温至1200～1300℃，烧结30～40min，得到合金骨架；将上述合金骨架置于盛有1～2L质量分数为15%多巴胺盐酸盐溶液的烧杯中，浸泡30～40min后，向烧杯中加入200～300g备用的滤渣和0.3～0.5g二月桂酸二丁基锡，将烧杯移入超声波振荡仪中，于40～45KHz的频率下超声分散30～40min，再静置1～2h，得到复合合金，再将复合合金加入到模具中，于25～30MPa的压力下压制成型，得到防雷耐烧蚀合金。
实例1
首先称取300g镍、60g钨、400g铜、100g钼和40g二硼化钛加入到粉碎机中粉碎，过100目筛，收集过筛物，得到混合粉末，备用；再称取2kg石墨加入到粉碎机中粉碎，过100目筛，收集过筛粉末，取600g过筛粉末加入到盛有2L质量分数为30%双氧水的烧杯中，将烧杯置于水浴锅中，控制水浴温度为80℃，保温浸泡90min后过滤，收集滤渣，将滤渣置于微波炉中，于800W的功率下微波加热5min使石墨膨胀，得膨胀石墨，将膨胀石墨加入到粉碎机中粉碎，过100目筛，得到膨胀石墨粉；取500g上述膨胀石墨粉和15g桃胶和50mL沼液加入到盛有1000mL质量分数为15%柠檬酸钠溶液的烧杯中，搅拌混合5min后，用塑料薄膜密封烧杯，静置发酵20天，将烧杯中的物料置于离心机中，以5000r/min的转速离心处理10min，收集沉淀；取320g上述沉淀加入到盛有600mL质量分数为15%硝酸铈溶液的烧杯中，再向烧杯中加入0.3g聚乙烯吡咯烷酮，将烧杯移入超声波振荡仪中，以45KHz的频率超声分散20min，得到悬浊液，向悬浊液中加入4g次亚磷酸钠，搅拌沉积反应10h后，过滤，收集滤渣，备用；称取400g备用的混合粉末加入到模具中，于20MPa的压力下压制成型，得到合金坯料，将合金坯料置于烧结炉中，于氮气保护状态下，升温至1300℃，烧结40min，得到合金骨架；将上述合金骨架置于盛有2L质量分数为15%多巴胺盐酸盐溶液的烧杯中，浸泡40min后，向烧杯中加入300g备用的滤渣和0.5g二月桂酸二丁基锡，将烧杯移入超声波振荡仪中，于45KHz的频率下超声分散40min，再静置2h，得到复合合金，再将复合合金加入到模具中，于30MPa的压力下压制成型，得到防雷耐烧蚀合金。
将本发明制备的防雷耐烧蚀合金制备成防雷间隙球，并将其并联在复合绝缘子上，应用于架空输电线线路上，经检测，本发明制备的防雷耐烧蚀合金在电流20A，电压10kV，燃弧时间0.2s，电弧侵蚀放电200次后，失重量未1.35mg，且合金表面侵蚀坑较浅，具有较高耐烧蚀能力，且防雷耐烧蚀合金断裂强度达到1420.3MPa。
实例2
首先称取200g镍、50g钨、300g铜、80g钼和30g二硼化钛加入到粉碎机中粉碎，过80目筛，收集过筛物，得到混合粉末，备用；再称取1kg石墨加入到粉碎机中粉碎，过80目筛，收集过筛粉末，取500g过筛粉末加入到盛有1L质量分数为30%双氧水的烧杯中，将烧杯置于水浴锅中，控制水浴温度为70℃，保温浸泡60min后过滤，收集滤渣，将滤渣置于微波炉中，于800W的功率下微波加热3min使石墨膨胀，得膨胀石墨，将膨胀石墨加入到粉碎机中粉碎，过80目筛，得到膨胀石墨粉；取400g上述膨胀石墨和10g桃胶和40mL沼液加入到盛有900mL质量分数为15%柠檬酸钠溶液的烧杯中，搅拌混合3min后，用塑料薄膜密封烧杯，静置发酵15天，将烧杯中的物料置于离心机中，以4000r/min的转速离心处理5min，收集沉淀；取280g上述沉淀加入到盛有500mL质量分数为15%硝酸铈溶液的烧杯中，再向烧杯中加入0.1g聚乙烯吡咯烷酮，将烧杯移入超声波振荡仪中，以40KHz的频率超声分散15min，得到悬浊液，向悬浊液中加入2g次亚磷酸钠，搅拌沉积反应8h后，过滤，收集滤渣，备用；称取300g备用的混合粉末加入到模具中，于15MPa的压力下压制成型，得到合金坯料，将合金坯料置于烧结炉中，于氮气保护状态下，升温至1200℃，烧结30min，得到合金骨架；将上述合金骨架置于盛有1L质量分数为15%多巴胺盐酸盐溶液的烧杯中，浸泡30min后，向烧杯中加入200g备用的多孔石墨粉、30g备用的混合粉末和0.3g二月桂酸二丁基锡，将烧杯移入超声波振荡仪中，于40KHz的频率下超声分散30min，再静置1h，得到复合合金，再将复合合金加入到模具中，于25MPa的压力下压制成型，得到防雷耐烧蚀合金。
将本发明制备的防雷耐烧蚀合金制备成防雷间隙球，并将其并联在复合绝缘子上，应用于架空输电线线路上，经检测，本发明制备的防雷耐烧蚀合金在电流20A，电压10kV，燃弧时间0.2s，电弧侵蚀放电200次后，失重量为1.31mg，且合金表面侵蚀坑较浅，具有较高耐烧蚀能力，且防雷耐烧蚀合金断裂强度达到1350.2MPa。
实例3
首先称取250g镍、55g钨、350g铜、90g钼和35g二硼化钛加入到粉碎机中粉碎，过90目筛，收集过筛物，得到混合粉末，备用；再称取1kg石墨加入到粉碎机中粉碎，过90目筛，收集过筛粉末，取550g过筛粉末加入到盛有2L质量分数为30%双氧水的烧杯中，将烧杯置于水浴锅中，控制水浴温度为75℃，保温浸泡80min后过滤，收集滤渣，将滤渣置于微波炉中，于800W的功率下微波加热4min使石墨膨胀，得膨胀石墨，将膨胀石墨加入到粉碎机中粉碎，过90目筛，得到膨胀石墨粉；取450g上述膨胀石墨粉、12g桃胶和45mL沼液加入到盛有950mL质量分数为15%柠檬酸钠溶液的烧杯中，搅拌混合4min后，用塑料薄膜密封烧杯，静置发酵18天，将烧杯中的物料置于离心机中，以4500r/min的转速离心处理8min，收集沉淀；取300g上述沉淀加入到盛有550mL质量分数为15%硝酸铈溶液的烧杯中，再向烧杯中加入0.2g聚乙烯吡咯烷酮，将烧杯移入超声波振荡仪中，以43KHz的频率超声分散18min，得到悬浊液，向悬浊液中加入3g次亚磷酸钠，搅拌沉积反应9h后，过滤，收集滤渣，备用；称取350g备用的混合粉末加入到模具中，于17MPa的压力下压制成型，得到合金坯料，将合金坯料置于烧结炉中，于氮气保护状态下，升温至1250℃，烧结35min，得到合金骨架；将上述合金骨架置于盛有2L质量分数为15%多巴胺盐酸盐溶液的烧杯中，浸泡35min后，向烧杯中加入250g备用的多孔石墨粉、35g备用的混合粉末和0.4g二月桂酸二丁基锡，将烧杯移入超声波振荡仪中，于42KHz的频率下超声分散35min，再静置2h，得到复合合金，再将复合合金加入到模具中，于27MPa的压力下压制成型，得到防雷耐烧蚀合金。
将本发明制备的防雷耐烧蚀合金制备成防雷间隙球，并将其并联在复合绝缘子上，应用于架空输电线线路上，经检测，本发明制备的防雷耐烧蚀合金在电流20A，电压10kV，燃弧时间0.2s，电弧侵蚀放电200次后，失重量为1.22mg，且合金表面侵蚀坑较浅，具有较高耐烧蚀能力，且防雷耐烧蚀合金断裂强度达到1380.3MPa。

Claims (1)

1.一种防雷耐烧蚀合金的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）称取200～300g镍、50～60g钨、300～400g铜、80～100g钼和30～40g二硼化钛加入到粉碎机中粉碎，过80～100目筛，收集过筛物，得到混合粉末，备用；
（2）称取1～2kg石墨加入到粉碎机中粉碎，过80～100目筛，收集过筛粉末，取500～600g过筛粉末加入到盛有1～2L质量分数为30%双氧水的烧杯中，将烧杯置于水浴锅中，控制水浴温度为70～80℃，保温浸泡60～90min后过滤，收集滤渣，将滤渣置于微波炉中，于800W的功率下微波加热3～5min使石墨膨胀，得膨胀石墨，将膨胀石墨加入到粉碎机中粉碎，过80～100目筛，得到膨胀石墨粉；
（3）取400～500g上述膨胀石墨粉、10～15g桃胶和40～50mL沼液加入到盛有900～1000mL质量分数为15%柠檬酸钠溶液的烧杯中，搅拌混合3～5min后，用塑料薄膜密封烧杯，静置发酵15～20天，将烧杯中的物料置于离心机中，以4000～5000r/min的转速离心处理5～10min，收集沉淀；
（4）取280～320g上述沉淀加入到盛有500～600mL质量分数为15%硝酸铈溶液的烧杯中，再向烧杯中加入0.1～0.3g聚乙烯吡咯烷酮，将烧杯移入超声波振荡仪中，以40～45KHz的频率超声分散15～20min，得到悬浊液，向悬浊液中加入2～4g次亚磷酸钠，搅拌沉积反应8～10h后，过滤，收集滤渣，备用；
（5）称取300～400g步骤（1）备用的混合粉末加入到模具中，于15～20MPa的压力下压制成型，得到合金坯料，将合金坯料置于烧结炉中，于氮气保护状态下，升温至1200～1300℃，烧结30～40min，得到合金骨架；
（6）将上述合金骨架置于盛有1～2L质量分数为15%多巴胺盐酸盐溶液的烧杯中，浸泡30～40min后，向烧杯中加入200～300g步骤（4）备用的滤渣和0.3～0.5g二月桂酸二丁基锡，将烧杯移入超声波振荡仪中，于40～45KHz的频率下超声分散30～40min，再静置1～2h，得到复合合金，再将复合合金加入到模具中，于25～30MPa的压力下压制成型，得到防雷耐烧蚀合金。
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