CN108517444A - 耐腐蚀高强度及高导电性铜铝铼稀土合金材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及合金材料技术领域，且公开了耐腐蚀高强度及高导电性铜铝铼稀土合金材料包括以下重量份数配比的原料：铜0.06‑0.12份、铼粉0.08‑0.18份、稀土0.04‑0.10份和铝余量。该耐腐蚀高强度及高导电性铜铝铼稀土合金材料及制备方法，通过熔铸和热挤压等工序将铜、铼粉、稀土和铝制成合金材料，铝具备很好的延展性，可将铝制成需要的形状，同时铝在潮湿空气中能形成一层防止金属腐蚀的氧化膜，增加了合金材料抗氧化的特性，铜和稀土具有良好的接地导通性和优异的耐土壤腐蚀性，铼的熔点较高在其中具有较好的耐热性，使得接地系统在被雷击中时的高温不易造成接地材料熔断或者断开，整体实现了合金材料的耐腐蚀强度高和导电性能高的目的，符合了环保的理念。

Description

耐腐蚀高强度及高导电性铜铝铼稀土合金材料及制备方法

技术领域

本发明涉及合金材料技术领域，具体为一种耐腐蚀高强度及高导电性铜铝铼稀土合金材料及制备方法。

背景技术

接地指电力系统和电气装置的中性点、电气设备的外露导电部分和装置外的导电部分经由导体与大地相连，可以分为工作接地、防雷接地和保护接地三种，近年来有关部门通过对国内发电厂循环水系统和接地系统的大量调研，了解到许多电厂的循环水系统和接地系统均有不同程度的腐蚀，部分接地网腐蚀现象较为严重。

金属在土壤中的腐蚀速率差异巨大，因此电力工程中接地网的设计与材料的选用过程应当严格要求，材料选用不当，电气系统会存在较大安全风险，电力系统三分之一以上的跳闸故障为接地材料故障所致，目前市场上现有的材料不能用来构建稳定的电网用于石油、石化和加油站等易燃易爆区域，为此需要提供长效可靠的接地系统，保障生命财产安全。

目前广泛用于市场的接地金属材料往往都是镀锌钢、覆铜钢和纯铜等，由于使用的需要，许多生产者也会生产一些合金材料来进行使用，例如中国专利CN 101580909 B中公开了一种接地网用铝铜合金材料，它加入了较高比例铜的成分，显著提高了接地材料的导电性，又例如中国专利CN 101976768 A中公开了一种耐腐蚀铝合金接地材料制备方法，它采用表面处理的方法，可有效预防材料表面源头腐蚀的问题，还有，例如中国专利CN106086534 B中公开了一种高强度耐腐蚀的铝碳铜合金接地材料，它加入了碳颗粒成分，显著提高了其硬度和强度，作为接地极强度足够，但是，上述三种合金材料均存在着材料耐腐蚀性能差的缺陷，从而导致金属被腐蚀后释放到土壤中对土壤产生严重的污染，不符合环境保护的理念。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种耐腐蚀高强度及高导电性铜铝铼稀土合金材料及制备方法，具备耐腐蚀性能强等优点，解决了材料耐腐蚀性能差的缺陷，从而导致金属被腐蚀后释放到土壤中对土壤产生严重的污染，不符合环境保护的理念的问题。

(二)技术方案

为实现上述耐腐蚀性能强目的，本发明提供如下技术方案：耐腐蚀高强度及高导电性铜铝铼稀土合金材料，包括以下重量份数配比的原料：铜0.06-0.12份、铼粉0.08-0.18份、稀土0.04-0.10份和铝余量。

优选的，包括以下重量份数配比的原料：铜0.06份、铼粉0.08份、稀土0.04份和铝余量。

优选的，包括以下重量份数配比的原料：铜0.08份、铼粉0.09份、稀土0.05份和铝余量。

优选的，包括以下重量份数配比的原料：铜0.10份、铼粉0.15份、稀土0.08份和铝余量。

本发明要解决的另一技术问题是提供耐腐蚀高强度及高导电性铜铝铼稀土合金材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将固体金属加入热炉中，随着热炉内部温度的逐渐增加，炉内温度高至700℃-950℃之间，同时向热炉内送入空气或者富氧空气，在1.5h-2.5h时间内通过搅拌将固体金属熔化成液体状态并进行调质，将熔化成液体的金属放置在热炉内以备使用；

2)在步骤1)中的液体金属内加入铝余量和铼粉0.08-0.18份，此时，炉内的温度升温至750℃，对热炉内的材料进行高速的搅拌工作，期间温度一直保持在750℃，在2h后，待铝完全熔化，加入铜0.06-0.12份和稀土0.04-0.10份，然后将炉内的温度升高至850℃，保温1.5h，进行材料的扒渣搅拌工作；

3)将步骤2)内混合完毕的材料进行取样，取出部分的材料来检测内部成分的含量比例是否符合需要，不符合要求，需要进行材料含量成分的调整工作；

4)将步骤3)中成分含量符合要求的材料在1h-1.5h的自然时效内静置到基本稳定的状态；

5)将步骤4)中自然冷却完毕的材料进行加热和搅拌的工作，将炉内的温度加热至420℃-460℃之间，然后将混合材料倒出热炉浇注成锭，即制得铜铝铼稀土合金材料。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种耐腐蚀高强度及高导电性铜铝铼稀土合金材料及制备方法，具备以下有益效果：

1、该耐腐蚀高强度及高导电性铜铝铼稀土合金材料及制备方法，通过熔铸和热挤压等工序将铜、铼粉、稀土和铝制成合金材料，铝具备很好的延展性，可将铝制成需要的形状，同时铝在潮湿空气中能形成一层防止金属腐蚀的氧化膜，增加了合金材料抗氧化的特性，铝元素含量丰富，有利于合金材料的广泛生产和应用，铜是柔软的金属，具备延展性好、导热性高和导电性能高的特点，因此可以用作建筑材料，也可组成多种合金，铜合金的机械性能优异，电阻率很低，是耐用的金属，可多次回收使用，降低了铸造成本，也提高了合金材料的导电性，铜和稀土具有良好的接地导通性和优异的耐土壤腐蚀性，铼的熔点较高在其中具有较好的耐热性，使得接地系统在被雷击中时的高温不易造成接地材料熔断或者断开，铼的强度较高，能更好的体现出接地极能适应各种环境的土壤和打入深层土壤之中，合金材料的接地极采用三角翼设计，更大的提高了施工中垂直砸入地下时力的分散及导电面积的增加，大大提高应用的可靠性，同时，合金材料采用常见的氩弧焊连接，焊接接头的材质与和母材一致，均具有较好的耐土壤腐蚀性能，氧化产物可保持较好的接地导通性能，可满足接地网40-60年免维护，整体实现了合金材料的耐腐蚀强度高和导电性能高的目的，防止接地材料长期接触地面导致的金属被腐蚀的现象，从而避免了腐蚀的金属释放到土壤中对土壤进行污染，从而符合了环保的理念。

2、该耐腐蚀高强度及高导电性铜铝铼稀土合金材料及制备方法，通过将铜、铼粉、稀土和铝组合一同制成合金材料，由于合金接地材料需要考量单位面积散流的效果，因此常常需要根据材料的单位使用体积来估计价格，在常用的四种接地材料的体积价格排序中，纯铜的体积价格是镀锌钢的十倍，是铝合金的四倍，是铜包钢的两倍，以镀锌钢的标准使用年限为准，设计寿命十年为单位，重大电力设备设施的接地系统要求40-60年免维护，镀锌钢中不包含施工的材料成本是铝合金的两倍，与覆铜钢相当，因此综合多方面因素可以看出，铝合金在接地材料中的体积价格是最低，从而降低了生产者的生产成本，有利于生产者的大量生产。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

实施例一：

耐腐蚀高强度及高导电性铜铝铼稀土合金材料，包括以下重量份数配比的原料：铜0.06份、铼粉0.08份、稀土0.04份和铝余量。

耐腐蚀高强度及高导电性铜铝铼稀土合金材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将固体金属加入热炉中，随着热炉内部温度的逐渐增加，炉内温度高至700℃-950℃之间，同时向热炉内送入空气或者富氧空气，在1.5h-2.5h时间内通过搅拌将固体金属熔化成液体状态并进行调质，将熔化成液体的金属放置在热炉内以备使用；

2)在步骤1)中的液体金属内加入铝余量和铼粉0.08份，此时，炉内的温度升温至750℃，对热炉内的材料进行高速的搅拌工作，期间温度一直保持在750℃，在2h后，待铝完全熔化，加入铜0.06份和稀土0.04份，然后将炉内的温度升高至850℃，保温1.5h，进行材料的扒渣搅拌工作；

3)将步骤2)内混合完毕的材料进行取样，取出部分的材料来检测内部成分的含量比例是否符合需要，不符合要求，需要进行材料含量成分的调整工作；

4)将步骤3)中成分含量符合要求的材料在1h-1.5h的自然时效内静置到基本稳定的状态；

5)将步骤4)中自然冷却完毕的材料进行加热和搅拌的工作，将炉内的温度加热至420℃-460℃之间，然后将混合材料倒出热炉浇注成锭，即制得铜铝铼稀土合金材料。

实施例二：

耐腐蚀高强度及高导电性铜铝铼稀土合金材料，包括以下重量份数配比的原料：铜0.08份、铼粉0.09份、稀土0.05份和铝余量。

耐腐蚀高强度及高导电性铜铝铼稀土合金材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将固体金属加入热炉中，随着热炉内部温度的逐渐增加，炉内温度高至700℃-950℃之间，同时向热炉内送入空气或者富氧空气，在1.5h-2.5h时间内通过搅拌将固体金属熔化成液体状态并进行调质，将熔化成液体的金属放置在热炉内以备使用；

2)在步骤1)中的液体金属内加入铝余量和铼粉0.09份，此时，炉内的温度升温至750℃，对热炉内的材料进行高速的搅拌工作，期间温度一直保持在750℃，在2h后，待铝完全熔化，加入铜0.08份和稀土0.05份，然后将炉内的温度升高至850℃，保温1.5h，进行材料的扒渣搅拌工作；

3)将步骤2)内混合完毕的材料进行取样，取出部分的材料来检测内部成分的含量比例是否符合需要，不符合要求，需要进行材料含量成分的调整工作；

4)将步骤3)中成分含量符合要求的材料在1h-1.5h的自然时效内静置到基本稳定的状态；

5)将步骤4)中自然冷却完毕的材料进行加热和搅拌的工作，将炉内的温度加热至420℃-460℃之间，然后将混合材料倒出热炉浇注成锭，即制得铜铝铼稀土合金材料。

实施例三：

耐腐蚀高强度及高导电性铜铝铼稀土合金材料，包括以下重量份数配比的原料：铜0.10份、铼粉0.15份、稀土0.08份和铝余量。

耐腐蚀高强度及高导电性铜铝铼稀土合金材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将固体金属加入热炉中，随着热炉内部温度的逐渐增加，炉内温度高至700℃-950℃之间，同时向热炉内送入空气或者富氧空气，在1.5h-2.5h时间内通过搅拌将固体金属熔化成液体状态并进行调质，将熔化成液体的金属放置在热炉内以备使用；

2)在步骤1)中的液体金属内加入铝余量和铼粉0.15份，此时，炉内的温度升温至750℃，对热炉内的材料进行高速的搅拌工作，期间温度一直保持在750℃，在2h后，待铝完全熔化，加入铜0.10份和稀土0.08份，然后将炉内的温度升高至850℃，保温1.5h，进行材料的扒渣搅拌工作；

3)将步骤2)内混合完毕的材料进行取样，取出部分的材料来检测内部成分的含量比例是否符合需要，不符合要求，需要进行材料含量成分的调整工作；

4)将步骤3)中成分含量符合要求的材料在1h-1.5h的自然时效内静置到基本稳定的状态；

5)将步骤4)中自然冷却完毕的材料进行加热和搅拌的工作，将炉内的温度加热至420℃-460℃之间，然后将混合材料倒出热炉浇注成锭，即制得铜铝铼稀土合金材料。

实验例：下表是接地合金材料对比试验结果为了验证本发明的效果，在相同的电阻阻值和抗拉强度下，将实施例一至三制备的耐腐蚀高强度及高导电性铜铝铼稀土合金材料与现有的材料进行耐腐蚀和导电性能的对比试验，其结果如下表所示。

判断标准：相比于现有的接地合金材料，采用本发明配方制备的耐腐蚀高强度及高导电性铜铝铼稀土合金材料，其耐腐蚀性和导电性能更好。

本发明的有益效果是：通过熔铸和热挤压等工序将铜、铼粉、稀土和铝制成合金材料，铝具备很好的延展性，可将铝制成需要的形状，同时铝在潮湿空气中能形成一层防止金属腐蚀的氧化膜，增加了合金材料抗氧化的特性，铝元素含量丰富，有利于合金材料的广泛生产和应用，铜是柔软的金属，具备延展性好、导热性高和导电性能高的特点，因此可以用作建筑材料，也可组成多种合金，铜合金的机械性能优异，电阻率很低，是耐用的金属，可多次回收使用，降低了铸造成本，也提高了合金材料的导电性，铜和稀土具有良好的接地导通性和优异的耐土壤腐蚀性，铼的熔点较高在其中具有较好的耐热性，使得接地系统在被雷击中时的高温不易造成接地材料熔断或者断开，铼的强度较高，能更好的体现出接地极能适应各种环境的土壤和打入深层土壤之中，合金材料的接地极采用三角翼设计，更大的提高了施工中垂直砸入地下时力的分散及导电面积的增加，大大提高应用的可靠性，同时，合金材料采用常见的氩弧焊连接，焊接接头的材质与和母材一致，均具有较好的耐土壤腐蚀性能，氧化产物可保持较好的接地导通性能，可满足接地网40-60年免维护，整体实现了合金材料的耐腐蚀强度高和导电性能高的目的，防止接地材料长期接触地面导致的金属被腐蚀的现象，从而避免了腐蚀的金属释放到土壤中对土壤进行污染，从而符合了环保的理念，通过将铜、铼粉、稀土和铝组合一同制成合金材料，由于合金接地材料需要考量单位面积散流的效果，因此常常需要根据材料的单位使用体积来估计价格，在常用的四种接地材料的体积价格排序中，纯铜的体积价格是镀锌钢的十倍，是铝合金的四倍，是铜包钢的两倍，以镀锌钢的标准使用年限为准，设计寿命十年为单位，重大电力设备设施的接地系统要求40-60年免维护，镀锌钢中不包含施工的材料成本是铝合金的两倍，与覆铜钢相当，因此综合多方面因素可以看出，铝合金在接地材料中的体积价格是最低，从而降低了生产者的生产成本，有利于生产者的大量生产。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.耐腐蚀高强度及高导电性铜铝铼稀土合金材料，其特征在于，包括以下重量份数配比的原料：铜0.06-0.12份、铼粉0.08-0.18份、稀土0.04-0.10份和铝余量。

2.根据权利要求1所述的耐腐蚀高强度及高导电性铜铝铼稀土合金材料，其特征在于，包括以下重量份数配比的原料：铜0.06份、铼粉0.08份、稀土0.04份和铝余量。

3.根据权利要求1所述的耐腐蚀高强度及高导电性铜铝铼稀土合金材料，其特征在于，包括以下重量份数配比的原料：铜0.08份、铼粉0.09份、稀土0.05份和铝余量。

4.根据权利要求1所述的耐腐蚀高强度及高导电性铜铝铼稀土合金材料，其特征在于，包括以下重量份数配比的原料：铜0.10份、铼粉0.15份、稀土0.08份和铝余量。

5.耐腐蚀高强度及高导电性铜铝铼稀土合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将固体金属加入热炉中，随着热炉内部温度的逐渐增加，炉内温度高至700℃-950℃之间，同时向热炉内送入空气或者富氧空气，在1.5h-2.5h时间内通过搅拌将固体金属熔化成液体状态并进行调质，将熔化成液体的金属放置在热炉内以备使用；

2)在步骤1)中的液体金属内加入铝余量和铼粉0.08-0.18份，此时，炉内的温度升温至750℃，对热炉内的材料进行高速的搅拌工作，期间温度一直保持在750℃，在2h后，待铝完全熔化，加入铜0.06-0.12份和稀土0.04-0.10份，然后将炉内的温度升高至850℃，保温1.5h，进行材料的扒渣搅拌工作；

3)将步骤2)内混合完毕的材料进行取样，取出部分的材料来检测内部成分的含量比例是否符合需要，不符合要求，需要进行材料含量成分的调整工作；

4)将步骤3)中成分含量符合要求的材料在1h-1.5h的自然时效内静置到基本稳定的状态；

5)将步骤4)中自然冷却完毕的材料进行加热和搅拌的工作，将炉内的温度加热至420℃-460℃之间，然后将混合材料倒出热炉浇注成锭，即制得铜铝铼稀土合金材料。