CN107119214B - 一种电力电缆用复合铝合金材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种电力电缆用复合铝合金材料，包括铝合金基体和镀层，所述铝合金基体包括以下百分含量组成：Fe 0.65‑0.73％、Mg 4.5‑4.7％、Cu 0.35‑0.58％、Mn 0.03‑0.04％、Li 0.02‑0.035％、N 0.01‑0.02％、稀土0.25‑0.4％、余量为Al和不可避免的杂质，所述镀层为改性掺杂石墨烯/Al复合材料，本发明制得的复合铝合金材料具有优良的力学性能和电学性能，防腐耐磨性强，导热散热性好，抗拉强度大于212MPa，断裂伸长率大于33.5％，导电率大于60.8％IAC。
Description
技术领域
本发明涉及电力电缆制备技术领域，具体涉及一种电力电缆用复合铝合金材料。
背景技术
铝是地壳中含量最丰富的金属。在地壳总质量中，铝约占8％，铁约占5％，而铜约占0.0001％。而这地壳总质量中仅有的0.0001％的铜资源正以不可估量的速度被广泛的用于当今社会的各个领域，包括电力输送、水利管路、散热器应用等诸多方面，因此铜金属的资源日显紧缺，导致铜金属价格不断上涨，致使现如今的建筑等工程造价不断攀升。因此相关技术领域技术人员急需一种能够代替铜质电力电缆的新技术出现，以铝代替铜可以是一个长期发展的战略。就资源而论，在作为电缆导体的金属资源中，铝比铜有绝对优势；就制造方面，一根同样长度的电缆，所需的铝的重要比铜也较轻，一般会轻0-50％，因此，在整个运输和安装过程中，也为客户带来了节能环保的效应。就经济发展而言，降低成本支出角度，铝电缆比铜电缆有更强大的市场空间。但是，现有技术生产的铝合金电力电缆的电导率、耐热性、抗蠕变性、抗拉强度等指标和铜合金电力电缆有一定的差距，基本性能在电力输送行业也不能满足要求。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提出了一种电力电缆用复合铝合金材料，制得的复合铝合金材料具有优良的力学性能和电学性能，防腐耐磨性强，导热散热性好，抗拉强度大于212MPa，断裂伸长率大于33.5％，导电率大于60.8％IAC。
为了实现上述的目的，本发明采用以下的技术方案：
一种电力电缆用复合铝合金材料，包括铝合金基体和镀层，所述铝合金基体包括以下百分含量组成：Fe 0.65-0.73％、Mg 4.5-4.7％、Cu 0.35-0.58％、Mn 0.03-0.04％、Li0.02-0.035％、N 0.01-0.02％、稀土0.25-0.4％、余量为Al和不可避免的杂质，所述镀层为改性掺杂石墨烯/Al复合材料。
优选的，所述铝合金基体中还包括Ni≤0.03％、B≤0.05％、Zn≤0.8％、Nb≤0.02％、Ta≤0.008％。
优选的，所述稀土为镧、铈、镱、钇、钪、钐的组合物。
优选的，所述稀土中(镧+铈)：镱：(钇+钪+钐)的添加质量比为2:1:1。
优选的，所述镀层为B、N、Li、Ca掺杂石墨烯/Al复合材料，四者总掺杂量为24.5-28.7％。
优选的，所述镀层中各掺杂元素占总掺杂量的百分比为N 37-42％、Li 5-12％、Ca0-15％、B余量。
优选的，所述石墨烯/Al复合材料中石墨烯含量为0.29-0.32％，所述石墨烯/Al复合材料采用低温液相电沉积法制得。
由于采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：本发明以合理的元素选择及配比制得铝合金基体，通过稀土、N、Li等元素的强化配合，有效提高了铝合金的强韧性和导电性，同时在基体外设有改性掺杂的石墨烯/Al复合材料，一方面镀层以铝基为主体，以相近的元素材料提高与铝合金基体的结合性，降低镀层工艺难度，且石墨烯、铝基复合工艺较为成熟，可操控性强，另一方面，通过石墨烯的优良性质有效提高了铝合金基体的综合性能，同时通过元素掺杂进一步提高了电学稳定性、导电性及防腐耐磨性，提高了防护效果，改善了电力电缆的综合效能，延长了使用寿命。本发明制得的复合铝合金材料具有优良的力学性能和电学性能，防腐耐磨性强，导热散热性好，抗拉强度大于212MPa，断裂伸长率大于33.5％，导电率大于60.8％IAC。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1:
一种电力电缆用复合铝合金材料，其特征在于，包括铝合金基体和镀层，所述铝合金基体包括以下百分含量组成：Fe 0.68％、Mg 4.6％、Cu 0.35％、Mn 0.03％、Li 0.028％、N 0.01％、稀土0.25％、余量为Al和不可避免的杂质，所述镀层为改性掺杂石墨烯/Al复合材料，具体为B、N、Li、Ca掺杂石墨烯/Al复合材料，四者总掺杂量为24.5％，各掺杂元素占总掺杂量的百分比为N 37％、Li 10％、Ca 0％、B余量，石墨烯/Al复合材料中石墨烯含量为0.3％。
铝合金基体中还包括Ni 0.03％、B 0.04％、Zn 0.6％、Nb 0.01％、Ta 0.006％。
实施例2:
一种电力电缆用复合铝合金材料，其特征在于，包括铝合金基体和镀层，所述铝合金基体包括以下百分含量组成：Fe 0.72％、Mg 4.5％、Cu 0.45％、Mn 0.04％、Li 0.025％、N 0.015％、稀土0.35％、余量为Al和不可避免的杂质，所述镀层为改性掺杂石墨烯/Al复合材料，具体为B、N、Li、Ca掺杂石墨烯/Al复合材料，四者总掺杂量为26％，各掺杂元素占总掺杂量的百分比为N 40％、Li 12％、Ca 10％、B余量，石墨烯/Al复合材料中石墨烯含量为0.29％。
铝合金基体中还包括Ni 0.02％、B 0.05％、Zn 0.75％、Nb 0.02％、Ta 0.007％。
实施例3:
一种电力电缆用复合铝合金材料，其特征在于，包括铝合金基体和镀层，所述铝合金基体包括以下百分含量组成：Fe 0.7％、Mg 4.65％、Cu 0.52％、Mn 0.03％、Li 0.02％、N0.02％、稀土0.4％、余量为Al和不可避免的杂质，所述镀层为改性掺杂石墨烯/Al复合材料，具体为B、N、Li、Ca掺杂石墨烯/Al复合材料，四者总掺杂量为28.7％，各掺杂元素占总掺杂量的百分比为N 42％、Li 8％、Ca 0％、B余量，石墨烯/Al复合材料中石墨烯含量为0.31％。
铝合金基体中还包括Ni 0.03％、B 0.03％、Zn 0.8％、Nb 0.02％、Ta 0.008％。
实施例4:
一种电力电缆用复合铝合金材料，其特征在于，包括铝合金基体和镀层，所述铝合金基体包括以下百分含量组成：Fe 0.73％、Mg 4.58％、Cu 0.58％、Mn 0.03％、Li 0.03％、N 0.01％、稀土0.3％、余量为Al和不可避免的杂质，所述镀层为改性掺杂石墨烯/Al复合材料，具体为B、N、Li、Ca掺杂石墨烯/Al复合材料，四者总掺杂量为28％，各掺杂元素占总掺杂量的百分比为N 41％、Li 5％、Ca 5％、B余量，石墨烯/Al复合材料中石墨烯含量为0.32％。
铝合金基体中还包括Ni 0.025％、B 0.04％、Zn 0.5％、Nb 0.01％、Ta 0.007％。
实施例5:
一种电力电缆用复合铝合金材料，其特征在于，包括铝合金基体和镀层，所述铝合金基体包括以下百分含量组成：Fe 0.65％、Mg 4.7％、Cu 0.4％、Mn 0.04％、Li 0.035％、N0.012％、稀土0.35％、余量为Al和不可避免的杂质，所述镀层为改性掺杂石墨烯/Al复合材料，具体为B、N、Li、Ca掺杂石墨烯/Al复合材料，四者总掺杂量为27％，各掺杂元素占总掺杂量的百分比为N 38％、Li 6％、Ca 8％、B余量，石墨烯/Al复合材料中石墨烯含量为0.32％。
实施例6:
一种电力电缆用复合铝合金材料，其特征在于，包括铝合金基体和镀层，所述铝合金基体包括以下百分含量组成：Fe 0.66％、Mg4.65％、Cu 0.38％、Mn 0.03％、Li 0.03％、N0.015％、稀土0.4％、余量为Al和不可避免的杂质，所述镀层为改性掺杂石墨烯/Al复合材料，具体为B、N、Li、Ca掺杂石墨烯/Al复合材料，四者总掺杂量为25％，各掺杂元素占总掺杂量的百分比为N 40％、Li 7％、Ca 15％、B余量，石墨烯/Al复合材料中石墨烯含量为0.3％。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种电力电缆用复合铝合金材料，其特征在于，包括铝合金基体和镀层，所述铝合金基体包括以下百分含量组成：Fe 0.65-0.73％、Mg 4.5-4.7％、Cu 0.35-0.58％、Mn 0.03-0.04％、Li 0.02-0.035％、N 0.01-0.02％、稀土0.25-0.4％、余量为Al和不可避免的杂质，所述镀层为改性掺杂石墨烯/Al复合材料，具体为B、N、Li、Ca掺杂石墨烯/Al复合材料，四者总掺杂量为24.5-28.7％，镀层中各掺杂元素占总掺杂量的百分比为N 37-42％、Li 5-12％、Ca 0-15％、B余量。
2.根据权利要求1所述的电力电缆用复合铝合金材料，其特征在于：所述铝合金基体中还包括Ni≤0.03％、B≤0.05％、Zn≤0.8％、Nb≤0.02％、Ta≤0.008％。
3.根据权利要求1所述的电力电缆用复合铝合金材料，其特征在于：所述稀土为镧、铈、镱、钇、钪、钐的组合物。
4.根据权利要求3所述的电力电缆用复合铝合金材料，其特征在于：所述稀土中(镧+铈)：镱：(钇+钪+钐)的添加质量比为2:1:1。
5.根据权利要求1所述的电力电缆用复合铝合金材料，其特征在于：所述石墨烯/Al复合材料中石墨烯含量为0.29-0.32％，所述石墨烯/Al复合材料采用低温液相电沉积法制得。
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