CN109274051A - 密集型母线槽 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及密集型母线槽及其制备方法，属于金属材料领域。母线槽外的金属壳体由铝镁合金浇注而成，具体包括：Si：0.18‑0.22％、Mn：0.14‑0.2％、Ni：0.1‑0.16％、Mg：0.21‑0.27％、余量为Al和杂质，本发明在金属壳体中还设有加强筋钛丝作为合金的第二相，能有效避免合金局部区域剪切滑移带来的合金强度不足的缺陷，由于钛丝的加入，阻碍合金单一剪切带的扩展，促发多重剪切带形成，增大了合金的塑性，通过配料、冶炼成型、后处理、表面处理进行制备，使得合金表现出极好的环境适应能力。

Description

密集型母线槽
技术领域
本发明涉及密集型母线槽及其制备方法，属于金属材料领域。
背景技术
母线槽作为一种新型配电导线，既具有高电流输送能力，施工又简便。特别适用于现代化工程设施和装备用电量激增的状况，尤其是众多的高层建筑和大型厂房车间，传统电缆在大电流输送系统中无法满足要求，且多路电缆的并联使用也存在施工不便的情况。与传统电缆相比，在大电流输送时充分体现出母线槽的优越性，而母线槽端部连接处及分线口插接处的接触电阻和温升都较低，并在母线槽中使用了高质量的绝缘材料，从而提高了母线槽的安全可靠性。但是，如何确保母线槽具有较好的使用寿命，仍然需要在材料上进行探究。
母线槽包括导体、金属壳体等结构，导体材料以铜为主，侧重导电性，而金属壳体是隔绝导体与外界的重要保护，其材质很大程度上决定了母线槽的使用寿命。
母线槽壳体通常由合金钢制备而成，但是钢材一般重量较大，但是强度却差强人意，而且容易被腐蚀。所以将钢材转换为镁铝合金，能极大的克服钢材的缺陷。镁铝合金是指以铝为基础，加入一定量的镁、硅、铬等元素并控制杂质元素含量而组成的合金体系。镁铝合金具有高强度、高硬度、重量轻和良好的延展性，特别适合于作结构材料。
而传统的母线槽壳体是采用合金钢压铸成型，而压铸件的公差精度误差又较大，加工费时费力。
针对传统合金钢硬度低，不耐蚀等缺点，公开号(206611136U)公开了一种母线槽，其壳体采用铜覆铝合金材料制成，虽然较之合金钢，在性能防护上有所提升。然而，铜覆铝合金依然存在如强度、耐磨、耐蚀性能上的缺陷。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供高强度、高硬度、耐腐蚀的密集型母线槽。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
密集型母线槽，所述母线槽包括金属壳体，所述金属壳体由铝镁合金浇注而成，金属壳体中还设有加强筋钛丝，所述铝镁合金由如下质量百分比的原料组成：Si：0.18-0.22％、Mn：0.14-0.2％、Ni：0.1-0.16％、Mg：0.21-0.27％、余量为Al和杂质。
本发明在金属壳体中特殊加入钛丝，而不是直接将钛元素熔入到合金成分中。铝镁合金虽然具有耐高温、抗腐蚀的优点，但是其抗压强度没有达到理想的效果，很大程度上限制了应用范围，本发明特殊加入了钛丝作为合金的第二相，而钛丝本身具有极好的韧性，不会在与合金结合的过程中造成断裂，且钛丝具有良好的相融性(即钛与合金具有良好的界面润湿性)，不会对本发明的合金产生排斥，有效避免了钛丝与合金间产生裂隙的可能性。正是加入了钛丝增强相，才能有效避免合金局部区域剪切滑移带来的合金强度不足的缺陷。由于钛丝的加入，阻碍合金单一剪切带的扩展，促发多重剪切带形成，增大了合金的塑性。
作为优选，所述钛丝表面镀有1-3μm的银层。银镀层不仅可以将元素银作为合金组份融入合金中来提升合金性能，增强添加元素在合金相中的流动性，优化相组成，宏观上表现为合金的高耐候性，同时可以作为合金与钛丝结合时的过渡保护金属，缓解两者的温度差带来的冲击，避免钛丝产生弯曲。
作为优选，所述钛丝的直径为0.2-0.4mm。
作为优选，所述钛丝体积占金属壳体体积的5-20％。
钛丝的直径不能过大(大于0.4mm)，过大则容易产生钛丝与钛丝之间的粘连，造成合金受力不均匀，易发生局部滑移(宏观上表现出裂纹)，而钛丝直径过小(小于0.2mm)，则钛丝与钛丝间的联系变弱，对合金的性能提升比较有限。同样的道理，控制钛丝占总体积的比例，也是进一步增强第二相的控制力度，极大的提升合金的抗相滑移能力，表现出高强度。
本发明在合理选用材料配比的同时还提供了另一种技术方案：
密集型母线槽的制备方法，包括如下步骤：
(1)配料：按上述金属壳体配置钛丝、铝镁合金原料；
(2)冶炼成型：将除钛丝外的材料在真空下混合熔融形成合金液，再将钛丝均匀铺设于壳体模具中，于惰性氛围中浇注成壳体坯件；
(3)后处理：将壳体半成品进行快速淬火得壳体半成品；
(4)表面处理：在壳体半成品表面以钎涂法形成光敏合金涂层得壳体成品。
本发明的合金制备过程中，真空混合冶炼可以极大的缩短熔融的时间，并且由于时间短，不同元素间尚未形成稳定的合金相，这有利于将镀有银层的钛丝对相组成进行干预，提升相的组成复杂程度，使得合金表现出极好的环境适应能力。快速淬火能将结合后的合金进行快速相稳定，避免在缓慢热处理中发生更多的相组成变化，而大量的相变化甚至造成合金性能危害。
而表面处理时还特殊加入了光敏材料，光敏材料能反映出合金被腐蚀的程度。
作为优选，步骤(2)所述混合熔融的温度为650-670℃，保温65-75min。不同原料加热熔融的温度与保温时间必须严格控制，较小的偏差就可能造成合金与钛丝接触面发生熔蚀现象，即钛丝与合金间的界面模糊，造成钛丝失去原有的结构，即合金中的增强相消失，无法达到增强合金强度的作用。
作为优选，步骤(2)所述钛丝均匀铺设时应该控制钛丝与钛丝间的距离为0.001-0.005mm。
作为优选，步骤(3)所述淬火为快速水淬或油淬，淬火液中还加入苯并三唑2-5g/L。由于淬火时容易带入氧化性物质，而苯并三唑能在合金表面形成保护薄膜，阻隔氧化性物质对合金造成破坏。
作为优选，步骤(4)所述光敏合金涂层包括如下质量百分比的成分：锂铝合金粉40-46％、硼粉：11-15％、镍粉：24-28％、余量为丙烯酸羟丙酯。涂层的材料均为纳米级材料，且材料本身也容易与合金相结合，依附力极强，避免剥落，而丙烯酸羟丙酯能有效反映出产品表面被光、氧等因素造成的腐蚀。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明的钛丝加入合金中，阻碍合金单一剪切带的扩展，促发多重剪切带形成，增大了合金的塑性。
(2)本发明的钛丝镀银可以作为过渡保护，缓解钛丝与合金的温度差带来的冲击，避免钛丝产生弯曲。
(3)本发明涂层材料易与合金相结合，依附力极强，避免剥落，且丙烯酸羟丙酯能有效反映出产品表面被光、氧等因素造成的腐蚀。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
配料：按上述金属壳体配置直径为0.3mm的钛丝，并在钛丝表面镀上2μm的银层；铝镁合金原料，所述铝镁合金由如下质量百分比的原料组成：Si：0.2％、Mn：0.17％、Ni：0.13％、Mg：0.24％、余量为Al和杂质。
冶炼成型：将除钛丝外的材料在真空环境中，于660℃下混合熔融形成合金液，并保温70min，再保持钛丝两两之间间隔0.003mm，且钛丝体积占金属壳体体积的13％，将钛丝均匀铺设于壳体模具中，于惰性氛围中浇注成壳体坯件。
后处理：将壳体半成品放入含有3.5g/L苯并三唑的液体中进行快速水淬或油淬得壳体半成品。
表面处理：在壳体半成品表面以钎涂法形成光敏合金涂层得壳体成品，其中光敏合金涂层包括如下质量百分比的成分：锂铝合金粉43％、硼粉：13％、镍粉：26％、余量为丙烯酸羟丙酯。
实施例2
配料：按上述金属壳体配置直径为0.2mm的钛丝，并在钛丝表面镀上1μm的银层；铝镁合金原料，所述铝镁合金由如下质量百分比的原料组成：Si：0.18％、Mn：0.14％、Ni：0.1％、Mg：0.21％、余量为Al和杂质。
冶炼成型：将除钛丝外的材料在真空环境中，于660℃下混合熔融形成合金液，并保温70min，再保持钛丝两两之间间隔0.003mm，且钛丝体积占金属壳体体积的13％，将钛丝均匀铺设于壳体模具中，于惰性氛围中浇注成壳体坯件。
后处理：将壳体半成品放入含有3.5g/L苯并三唑的液体中进行快速水淬或油淬得壳体半成品。
表面处理：在壳体半成品表面以钎涂法形成光敏合金涂层得壳体成品，其中光敏合金涂层包括如下质量百分比的成分：锂铝合金粉43％、硼粉：13％、镍粉：26％、余量为丙烯酸羟丙酯。
实施例3
配料：按上述金属壳体配置直径为0.4mm的钛丝，并在钛丝表面镀上3μm的银层；铝镁合金原料，所述铝镁合金由如下质量百分比的原料组成：Si：0.22％、Mn：0.2％、Ni：0.16％、Mg：0.27％、余量为Al和杂质。
冶炼成型：将除钛丝外的材料在真空环境中，于660℃下混合熔融形成合金液，并保温70min，再保持钛丝两两之间间隔0.003mm，且钛丝体积占金属壳体体积的13％，将钛丝均匀铺设于壳体模具中，于惰性氛围中浇注成壳体坯件。
后处理：将壳体半成品放入含有3.5g/L苯并三唑的液体中进行快速水淬或油淬得壳体半成品。
表面处理：在壳体半成品表面以钎涂法形成光敏合金涂层得壳体成品，其中光敏合金涂层包括如下质量百分比的成分：锂铝合金粉43％、硼粉：13％、镍粉：26％、余量为丙烯酸羟丙酯。
实施例4
配料：按上述金属壳体配置直径为0.3mm的钛丝，并在钛丝表面镀上2μm的银层；铝镁合金原料，所述铝镁合金由如下质量百分比的原料组成：Si：0.2％、Mn：0.17％、Ni：0.13％、Mg：0.24％、余量为Al和杂质。
冶炼成型：将除钛丝外的材料在真空环境中，于650℃下混合熔融形成合金液，并保温65min，再保持钛丝两两之间间隔0.001mm，且钛丝体积占金属壳体体积的5％，将钛丝均匀铺设于壳体模具中，于惰性氛围中浇注成壳体坯件。
后处理：将壳体半成品放入含有3.5g/L苯并三唑的液体中进行快速水淬或油淬得壳体半成品。
表面处理：在壳体半成品表面以钎涂法形成光敏合金涂层得壳体成品，其中光敏合金涂层包括如下质量百分比的成分：锂铝合金粉43％、硼粉：13％、镍粉：26％、余量为丙烯酸羟丙酯。
实施例5
配料：按上述金属壳体配置直径为0.3mm的钛丝，并在钛丝表面镀上2μm的银层；铝镁合金原料，所述铝镁合金由如下质量百分比的原料组成：Si：0.2％、Mn：0.17％、Ni：0.13％、Mg：0.24％、余量为Al和杂质。
冶炼成型：将除钛丝外的材料在真空环境中，于670℃下混合熔融形成合金液，并保温75min，再保持钛丝两两之间间隔0.005mm，且钛丝体积占金属壳体体积的20％，将钛丝均匀铺设于壳体模具中，于惰性氛围中浇注成壳体坯件。
后处理：将壳体半成品放入含有3.5g/L苯并三唑的液体中进行快速水淬或油淬得壳体半成品。
表面处理：在壳体半成品表面以钎涂法形成光敏合金涂层得壳体成品，其中光敏合金涂层包括如下质量百分比的成分：锂铝合金粉43％、硼粉：13％、镍粉：26％、余量为丙烯酸羟丙酯。
实施例6
配料：按上述金属壳体配置直径为0.3mm的钛丝，并在钛丝表面镀上2μm的银层；铝镁合金原料，所述铝镁合金由如下质量百分比的原料组成：Si：0.2％、Mn：0.17％、Ni：0.13％、Mg：0.24％、余量为Al和杂质。
冶炼成型：将除钛丝外的材料在真空环境中，于660℃下混合熔融形成合金液，并保温70min，再保持钛丝两两之间间隔0.003mm，且钛丝体积占金属壳体体积的13％，将钛丝均匀铺设于壳体模具中，于惰性氛围中浇注成壳体坯件。
后处理：将壳体半成品放入含有2g/L苯并三唑的液体中进行快速水淬或油淬得壳体半成品。
表面处理：在壳体半成品表面以钎涂法形成光敏合金涂层得壳体成品，其中光敏合金涂层包括如下质量百分比的成分：锂铝合金粉40％、硼粉：11％、镍粉：24％、余量为丙烯酸羟丙酯。
实施例7
配料：按上述金属壳体配置直径为0.3mm的钛丝，并在钛丝表面镀上2μm的银层；铝镁合金原料，所述铝镁合金由如下质量百分比的原料组成：Si：0.2％、Mn：0.17％、Ni：0.13％、Mg：0.24％、余量为Al和杂质。
冶炼成型：将除钛丝外的材料在真空环境中，于660℃下混合熔融形成合金液，并保温70min，再保持钛丝两两之间间隔0.003mm，且钛丝体积占金属壳体体积的13％，将钛丝均匀铺设于壳体模具中，于惰性氛围中浇注成壳体坯件。
后处理：将壳体半成品放入含有5g/L苯并三唑的液体中进行快速水淬或油淬得壳体半成品。
表面处理：在壳体半成品表面以钎涂法形成光敏合金涂层得壳体成品，其中光敏合金涂层包括如下质量百分比的成分：锂铝合金粉46％、硼粉：15％、镍粉：28％、余量为丙烯酸羟丙酯。
实施例8
与实施例1的区别仅在于，实施例8的加强筋钛丝的银镀层厚度为4μm。
实施例9
与实施例1的区别仅在于，实施例9的加强筋钛丝的银镀层厚度为0.5μm。
实施例10
与实施例1的区别仅在于，实施例10的钛丝体积占金属壳体体积的4％。
实施例11
与实施例1的区别仅在于，实施例11的钛丝体积占金属壳体体积的21％。
实施例12
与实施例1的区别仅在于，实施例12的钛丝直径为0.1mm。
实施例13
与实施例1的区别仅在于，实施例13的钛丝直径为0.5mm。
实施例14
与实施例1的区别仅在于，实施例14冶炼成型时的混合熔融温度为640℃。
实施例15
与实施例1的区别仅在于，实施例15冶炼成型时的混合熔融温度为680℃。
实施例16
与实施例1的区别仅在于，实施例16冶炼成型时钛丝与钛丝间的距离为0.006mm。
实施例17
与实施例1的区别仅在于，实施例17冶炼成型时钛丝与钛丝间的距离为0.0005mm。
实施例18
与实施例1的区别仅在于，实施例18将钛丝替换成不锈钢丝。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，对比例1的加强筋钛丝表面无镀银层。
对比例2
与实施例1的区别仅在于，对比例2的金属壳体中不加入钛丝。
对比例3
与实施例1的区别仅在于，对比例3仅在壳体表面喷漆处理。
将实施例1-17及对比例1-3的产品进行测试，测试其强度、韧性、耐腐蚀性和硬度，结果如表1所示：
表1：实施例1-17及对比例1-3中产品的性能
表1中的耐蚀性数据均是在含有10％的盐酸酸雾中进行，在壳体表面出现白点时进行记录的时间。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (9)

1.密集型母线槽，其特征在于，所述母线槽包括金属壳体，所述金属壳体由铝镁合金浇注而成，金属壳体中还设有加强筋钛丝，所述铝镁合金由如下质量百分比的原料组成：Si：0.18-0.22％、Mn：0.14-0.2％、Ni：0.1-0.16％、Mg：0.21-0.27％、余量为Al和杂质。
2.根据权利要求1所述的密集型母线槽，其特征在于，所述钛丝表面镀有1-3μm的银层。
3.根据权利要求1所述的密集型母线槽，其特征在于，所述钛丝的直径为0.2-0.4mm。
4.根据权利要求1所述的密集型母线槽，其特征在于，所述钛丝体积占金属壳体体积的5-20％。
5.密集型母线槽的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)配料：按权利要求1所述金属壳体配置钛丝、铝镁合金原料；
(2)冶炼成型：将除钛丝外的材料在真空下混合熔融形成合金液，再将钛丝均匀铺设于壳体模具中，于惰性氛围中浇注成壳体坯件；
(3)后处理：将壳体半成品进行快速淬火得壳体半成品；
(4)表面处理：在壳体半成品表面以钎涂法形成光敏合金涂层得壳体成品。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述混合熔融的温度为650-670℃，保温65-75min。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述钛丝均匀铺设时应该控制钛丝与钛丝间的距离为0.001-0.005mm。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述淬火为快速水淬或油淬，淬火液中还加入苯并三唑2-5g/L。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述光敏合金涂层包括如下质量百分比的成分：锂铝合金粉40-46％、硼粉：11-15％、镍粉：24-28％、余量为丙烯酸羟丙酯。
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