CN107904459A

CN107904459A - 一种电缆用石墨烯高导电性复合铝合金及其制备方法

Info

Publication number: CN107904459A
Application number: CN201711182649.XA
Authority: CN
Inventors: 李文钊; 秦蕾; 李峰; 李晓杰; 李文生
Original assignee: State Grid Henan Electric Power Company Mengzhou Power Supply Co; State Grid Corp of China SGCC
Current assignee: State Grid Henan Electric Power Company Mengzhou Power Supply Co; State Grid Corp of China SGCC
Priority date: 2017-11-23
Filing date: 2017-11-23
Publication date: 2018-04-13

Abstract

本发明公开了一种电缆用石墨烯高导电性复合铝合金制备方法，包括熔炼炉预制，制备合金液，混合石墨烯及铝合金表面处理。本发明制备方法简单，易掌握，可有效的提高对电缆回收铝材重复利用率，生产成本低廉，一方面可有效的提高铝基导体的导向性能、抗腐蚀性能和耐高温性能，另一方面可有效的提高铝基导体的结构强度、韧性、抗拉强度、抗疲劳性和机加工性能，从而在有效提供啊电缆产品导电性能稳定性和可靠性的同时，另有助于降低电缆产品生产及制备成本。

Description

一种电缆用石墨烯高导电性复合铝合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种电缆用石墨烯高导电性复合铝合金及其制备方法，属电缆技术领域。

背景技术

铝基合金导体在电力输送电缆中有着极为广泛的应用，但在实际使用中发现，当前所采用的铝基合金导体往往均采用的传统合金配方，从而导致当前的铝基合金导体在运行时，均不同程度存在着导线结构强度、抗拉能力、耐高温性能差、导电率较铜导线差，输送电能时损耗相对较大，同时还不同程度存在塑形加工能力，耐挠曲疲劳性不佳等缺陷，从而极大的限制了铝基合金导体在当前电力电缆产品中的使用性能，并导致电缆设备运行的稳定性和可靠性相对较差，并对导致电缆设备生产加工劳动强度、生产成本相对较高、生产效率低下且生产产品质量稳定性差，因此，针对当前这一现状，迫切开发一种全新的铝基合金导体材料及相应的制备方法。

发明内容

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种电缆用石墨烯高导电性复合铝合金制备方法，包括以下步骤：

第一步，熔炼炉预制，首先由将熔炼炉通过导气管与惰性气体气源连通，然后将惰性气体持续通入到熔炼炉内，并在3—5分钟内使熔炼炉内氧气含量小于1%，然后在保持惰性气体输送到熔炼炉内的速度稳定条件下，在10—60分钟内，将熔炼炉温度升温至500℃—600℃并保温5—10分钟；

第二步，制备合金液，在完成第一步作业后，首先在熔炼炉内添加占铝合金总量30%—60%的铝铜合金基材，然后在10—20分钟内将熔炼炉温度升温至860℃—1100℃，并在铝铜合金基材完全为熔融态后，向熔融态铝铜合金基材中添加占铝合金总量剩余用量的电缆回收废旧电缆铝导体，并与铝铜合金基材一同加热至熔融台，并搅拌均匀，然后向熔融态铝铜合金基材内在3—10分钟内依次添加硅钙合金、锌镁合金，并保温3—10分钟，直至熔炼炉内所有金属均为熔融态并搅拌均匀后，再向熔炼炉内添加稀土并搅拌均匀，然后保温静置2—8分钟，得到成品熔融态铝合金；

第三步，混合石墨烯，完成第二步作业后，向第二步制备的熔融态铝合金中添加石墨烯，并搅拌均匀，然后保温静置2—8分钟，对熔融态铝合金表层进行清渣作业，然后将混合石墨烯的熔融态铝合金浇铸连轧作业，制备得到铝合金锭毛坯；

第四步，铝合金表面处理，对第三步制备的铝合金锭毛坯加入到温度为30℃—80℃的碱性溶液中浸泡清洗1—5分钟，然后由温度为0°—10℃，压力为1.5—5倍大气压力的去离子对清洗后的铝合金锭毛坯表面进行冲洗，然后对铝合金锭毛坯表面进行冷风干燥，并在完成干燥后对铝合金锭毛坯表面由常温压力为1.5—5倍大气压力的防腐油喷淋，并在铝合金锭毛坯表面形成厚度0.5—3毫米油膜后停止防锈油喷淋并得到成品铝合金锭。

进一步的，所述的第一步，在熔炼炉处于保温时，熔炼炉内惰性气体气压为1.1—2.3倍大气压，并在第二步和第三步中保持熔炼炉内惰性气体气压不变。

进一步的，所述的第二步中熔融态铝合金由以下原料构成，其中Cu：9.5%~23.0%，Si：0.5%~1.5%，Mg：0.6%—1.3%，Mo：0.6%—1.3%，Fe：0.1%—0.5%，Zn：0.1%—2.5%，Zr：0.15%—0.3%，S r：0.05%—0.1%，Ca：0.5%—1.8%，Co：0.04%—0.12%，Bi：0.5%~1.5%，Be：0.5%~2.5%，La：0.01%~0.5%，Eu：0.1%—0.25%，Gd：0.1%—0.23%，Nd：0.15%—0.25%，余量为Al及不可避免杂质。

进一步的，所述的第二步硅钙合金、锌镁合金均为直径为1—10毫米的颗粒结构。

进一步的，所述的第二步和第三步中，对熔融态金属搅拌时，均采用电磁搅拌与超声波搅拌中的任意一种或两种方式共用。

进一步的，所述的碱性溶液为Na₂SiO₃、Na₃PO₄、Na₂CO₃及NaOH中的任意或几种混合构成，且当为两种或两种以上混合时，则以1：1比例混合。

进一步的，所述的第四步中，在进行防锈油喷淋作业时，铝合金锭毛坯表面温度为0℃—10℃。

进一步的，所述的惰性气体为氮气、氩气、氦气中的任意一种。

进一步的，所述的第三步中，添加的石墨烯为成品熔融态铝合金总量的8%—20%，且石墨烯的表面积为2600—2700 m²/ g。

本发明制备方法简单，易掌握，可有效的提高对电缆回收铝材重复利用率，生产成本低廉，一方面可有效的提高铝基导体的导向性能、抗腐蚀性能和耐高温性能，另一方面可有效的提高铝基导体的结构强度、韧性、抗拉强度、抗疲劳性和机加工性能，从而在有效提供啊电缆产品导电性能稳定性和可靠性的同时，另有助于降低电缆产品生产及制备成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明

图1：本发明制备方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

实施例1

如图1所示，一种电缆用石墨烯高导电性复合铝合金制备方法，包括以下步骤：

第一步，熔炼炉预制，首先由将熔炼炉通过导气管与氮气气体气源连通，然后将氮气持续通入到熔炼炉内，并在5分钟内使熔炼炉内氧气含量为1%，然后在保持氮气1米/秒的速度输送到熔炼炉内，并使熔炼炉内氮气气压为1.5倍大气压，然后使熔炼炉内在10—60分钟内，将熔炼炉温度升温至550℃并保温8分钟，；

第二步，制备合金液，在完成第一步作业后，首先在熔炼炉内添加占铝合金总量50%的铝铜合金基材，然后在15分钟内将熔炼炉温度升温至900℃，并在铝铜合金基材完全为熔融态后，向熔融态铝铜合金基材中添加占铝合金总量剩余用量的电缆回收废旧电缆铝导体，并与铝铜合金基材一同加热至熔融台，并搅拌均匀，然后向熔融态铝铜合金基材内在5分钟内依次添加直径为1毫米硅钙合金、锌镁合金颗粒，并保温8分钟，直至熔炼炉内所有金属均为熔融态并搅拌均匀后，再向熔炼炉内添加稀土并搅拌均匀，然后保温静置4分钟，得到成品熔融态铝合金，其中硅钙合金、锌镁合金均为直径为3毫米的颗粒结构，熔融态铝合金由以下原料构成，其中Cu：13.0%，Si：1.1%，Mg：0.8%，Mo：1.3%，Fe：0.4%，Zn：0.1%，Zr： 0.3%，Sr：0.1%，Ca：1.8%，Co：0.05%，Bi：1%，Be：1.3%，La：0.3%，Eu：0.2%，Gd：0.15%，Nd0.2%，余量为Al及不可避免杂质。

第三步，混合石墨烯，完成第二步作业后，向第二步制备的熔融态铝合金中添加石墨烯，并搅拌均匀，然后保温静置2—8分钟，对熔融态铝合金表层进行清渣作业，然后将混合石墨烯的熔融态铝合金浇铸连轧作业，制备得到铝合金锭毛坯，其中添加的石墨烯为成品熔融态铝合金总量的13%，且石墨烯的表面积为2650 m²/ g；

第四步，铝合金表面处理，对第三步制备的铝合金锭毛坯加入到温度为40℃的NaOH碱性溶液中浸泡清洗3分钟，然后由温度为5℃，压力为3.5倍大气压力的去离子对清洗后的铝合金锭毛坯表面进行冲洗，然后对铝合金锭毛坯表面进行冷风干燥，并在完成干燥后，且铝合金锭毛坯表面温度为5℃时对铝合金锭毛坯表面由常温压力为2.1倍大气压力的防腐油喷淋，并在铝合金锭毛坯表面形成厚度1毫米油膜后停止防锈油喷淋并得到成品铝合金锭。

本实施例中，所述的第二步和第三步中，对熔融态金属搅拌时，均采用电磁搅拌与超声波搅拌中的任意一种或两种方式共用。

实施例2

第一步，熔炼炉预制，首先由将熔炼炉通过导气管与氩气气源连通，然后将氩气持续通入到熔炼炉内，并在5分钟内使熔炼炉内氧气含量为0，然后在保持惰氩气2.5米/秒的速度输送到熔炼炉内，并使熔炼炉内氮气气压为2.3倍大气压，在30分钟内，将熔炼炉温度升温至600℃并保温10分钟；

第二步，制备合金液，在完成第一步作业后，首先在熔炼炉内添加占铝合金总量30%的铝铜合金基材，然后在10分钟内将熔炼炉温度升温至1000℃，并在铝铜合金基材完全为熔融态后，向熔融态铝铜合金基材中添加占铝合金总量剩余用量的电缆回收废旧电缆铝导体，并与铝铜合金基材一同加热至熔融台，并搅拌均匀，然后向熔融态铝铜合金基材内在10分钟内依次添加直径为5毫米的硅钙合金、锌镁合金颗粒，并保温5分钟，直至熔炼炉内所有金属均为熔融态并搅拌均匀后，再向熔炼炉内添加稀土并搅拌均匀，然后保温静置8分钟，得到成品熔融态铝合金, 其中熔融态铝合金由以下原料构成，其中Cu：20%，Si：1.8%，Mg：1.2%，Mo：0.8%，Fe：0.1，Zn：0.1%，Zr：0.15%，S r： 0.1%，Ca：1.5%，Co：0.1%，Bi：1.1%，Be：2.3%，La：0.3%，Eu：0.18%，Gd：0.15%，Nd：.25%，余量为Al及不可避免杂质；

第三步，混合石墨烯，完成第二步作业后，向第二步制备的熔融态铝合金中添加石墨烯，并搅拌均匀，然后保温静置8分钟，对熔融态铝合金表层进行清渣作业，然后将混合石墨烯的熔融态铝合金浇铸连轧作业制备得到铝合金锭毛坯，其中添加的石墨烯为成品熔融态铝合金总量的10%，且石墨烯的表面积为2700 m²/ g；

第四步，铝合金表面处理，对第三步制备的铝合金锭毛坯加入到温度为50℃的碳酸钠和氢氧化钠1：1混合溶液中浸泡清洗3分钟，然后由温度为10℃，压力为5倍大气压力的去离子对清洗后的铝合金锭毛坯表面进行冲洗，然后对铝合金锭毛坯表面进行冷风干燥，并在完成干燥后且铝合金锭毛坯表面温度为10℃时，对铝合金锭毛坯表面由常温压力2.5倍大气压力的防腐油喷淋，并在铝合金锭毛坯表面形成厚度0.5毫米油膜后停止防锈油喷淋并得到成品铝合金锭。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种电缆用石墨烯高导电性复合铝合金制备方法，其特征在于，电缆用石墨烯高导电性复合铝合金制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种电缆用石墨烯高导电性复合铝合金，其特征在于，所述的第一步，在熔炼炉处于保温时，熔炼炉内惰性气体气压为1.1—2.3倍大气压，并在第二步和第三步中保持熔炼炉内惰性气体气压不变。

3.根据权利要求1所述的一种电缆用石墨烯高导电性复合铝合金，其特征在于，所述的第二步中熔融态铝合金由以下原料构成，其中Cu：9.5%~23.0%，Si：0.5%~1.5%，Mg：0.6%—1.3%，Mo：0.6%—1.3%，Fe：0.1%—0.5%，Zn：0.1%—2.5%，Zr：0.15%—0.3%，S r：0.05%—0.1%，Ca：0.5%—1.8%，Co：0.04%—0.12%，Bi：0.5%~1.5%，Be：0.5%~2.5%，La：0.01%~0.5%，Eu：0.1%—0.25%，Gd：0.1%—0.23%，Nd：0.15%—0.25%，余量为Al及不可避免杂质。

4.根据权利要求1所述的一种电缆用石墨烯高导电性复合铝合金，其特征在于，所述的第二步硅钙合金、锌镁合金均为直径为1—10毫米的颗粒结构。

5.根据权利要求1所述的一种电缆用石墨烯高导电性复合铝合金，其特征在于，所述的第二步和第三步中，对熔融态金属搅拌时，均采用电磁搅拌与超声波搅拌中的任意一种或两种方式共用。

6.根据权利要求1所述的一种电缆用石墨烯高导电性复合铝合金，其特征在于，所述的碱性溶液为Na₂SiO₃、Na₃PO₄、Na₂CO₃及NaOH中的任意或几种混合构成，且当为两种或两种以上混合时，则以1：1比例混合。

7.根据权利要求1所述的一种电缆用石墨烯高导电性复合铝合金，其特征在于，所述的第四步中，在进行防锈油喷淋作业时，铝合金锭毛坯表面温度为0℃—10℃。

8.根据权利要求1所述的一种电缆用石墨烯高导电性复合铝合金，其特征在于，所述的惰性气体为氮气、氩气、氦气中的任意一种。

9.根据权利要求1所述的一种电缆用石墨烯高导电性复合铝合金，其特征在于，所述的第三步中，添加的石墨烯为成品熔融态铝合金总量的8%—20%，且石墨烯的表面积为2600—2700 m²/ g。