CN109576537B - 一种电力连接金具用WC-Co纳米增强高硅铝合金及其制备方法 - Google Patents

一种电力连接金具用WC-Co纳米增强高硅铝合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种电力连接金具用WC‑Co纳米增强高硅铝合金,其特征在于,所述WC‑Co纳米增强高硅铝合金包括,按质量百分比计的下述组份:3.0~8.0%WC、0.1~2.0%Co、60%~80%Al、10~30%Si,余量为不可避免的杂质。通过添加纳米WC‑Co粉末增强Al‑Si合金的方法有效减少了成分偏析、组织粗化,极大地提高了Al‑Si合金的机械性能,从而保障了电力连接金具的安全性。

Description

一种电力连接金具用WC-Co纳米增强高硅铝合金及其制备 方法
技术领域
本发明涉及一种高硅铝合金增强技术,具体讲涉及一种电力连接金具用WC-Co纳米增强高硅铝合金及其制备方法
背景技术
现有的特高压送电线路特点是输送量大且长,需经过诸如山地、丘陵等地区复杂地质形貌地区。线路具有导线分裂数多,负荷大和档距大的特点。因此,对电力连接金具提出了耐腐蚀、高可靠、高耐磨等一系列技术指标。目前的连接金具设计思路一般通过提高金具吨位、增大尺寸来保证线路的负载需求。但是增加了生产、运输、施工成本与技术难度。因此,实现金具轻量化并保证金具服役的高可靠性是是未来技术发展趋势。
铝合金代替35CrMo、Q345R等传统钢材是实现金具轻量化的一个重要方向。铝合金具有密度低、比强度高的优点,相对传统钢材可实现降重2/3,而且Al元素属于活泼元素,可在表面形成一层致密的Al2O3氧化层,无需防锈处理即可具备优异的防腐蚀性能。现有的高强铝合金主要为5系、6系、7系高强航空铝合金,生产成本高,耐磨性差,不适用与电力连接金具材料的推广应用,是制约轻量化发展进程的一个重要掣肘。在电力连接金具领域,目前的4系Al-Si合金已成为的重要组成部分,4系Al-Si合金可随着Si含量的增加,耐磨性逐渐提高,制造成本相对降低。但是在实际应用中,Al-Si也暴露了一些缺陷。例如,合金抗拉强度相对较弱,并且当Si含量超过15%时会导致显微组织晶粒粗大,从而影响电力连接金具材料机械性能。
因此,需要提供一种能够提高Al-Si合金机械性能,同时又质量稳定,经济节能的技术方案。
发明内容
本发明的目的是通过添加纳米级WC-Co克服Al-Si系合金机械性能具备的缺陷,采用粉末冶金技术增加Al-Si合金中Si的含量,提高Al-Si合金的耐磨性,保证制备的Al-Si合金具有优越的机械性能,本发明采用以下技术方案实现的:
一种电力连接金具用WC-Co纳米增强高硅铝合金,其改进之处在于,所述WC-Co纳米增强高硅铝合金包括,按质量百分比计的下述组份:3.0~8.0%WC、0.1~2.0%Co、60%~80%Al、10~30%Si,余量为不可避免的杂质;
其中,WC粉末的粒度为2~4μm,晶粒度为100-200nm;Co粉末的粒度为1~2μm,Al粉末的粒度为50~75μm,Si粉末的粒度为50~75μm。
进一步的,所述WC-Co纳米增强高硅铝合金包括按质量百分比计的下述组份:6.0~8.0%WC、0.2~1.0%Co、72.0~80.0%Al和11.5~18.0%Si;WC粉末的粒度为3μm,晶粒度为200nm,Co粉末的粒度为2μm,Al粉末的粒度为75μm,Si粉末的粒度为75μm.。
一种电力连接金具用WC-Co纳米增强高硅铝合金的制备方法,其改进之处在于,该方法包括如下步骤:
(1)在保护气氛下球磨所述WC-Co纳米增强高硅铝合金;
(2)于经球磨的所述WC-Co纳米增强高硅铝合金粉末加入分散剂;
(3)机械混合粉末;
(4)模压处理所述机械混合粉末得生坯;
(5)高温烧结所述生胚,保温后随炉冷却。
进一步的,按质量百分比计,所述的WC-Co纳米增强高硅铝合金粉末包括:70%Al,24.8%Si,5.2%的WC-Co。
进一步的,所述的WC为5.0%和Co为0.2%。
进一步的,所述的球磨时间为12h,球料比为10:1,球磨速度为200r/min。
进一步的,所述的球磨为湿磨,湿磨溶剂选自水、乙醇或煤油。
进一步的,所述的机械混合包括混合30-60min后,在300-800MPa下模压1-3min。
进一步的,所述的生胚于Ar保护气氛下,在600-800℃下的电炉中烧结3-8h。
与最接近的现有技术相比,本发明提供的技术方案具有如下优异效果:
(1)本发明提供通过添加纳米WC-Co粉末增强Al-Si合金的方法有效减少了成分偏析、组织粗化,极大地提高了Al-Si合金的机械性能,其拉伸强度可达到438Mpa,从而保障了电力连接金具的安全性。
(2)本发明提供的纳米WC-Co粉末的冶金技术使Al-Si合金具有优越的致密度、减少组织间的缺陷,其耐磨性可达到2.3min/mg,相对于普通4系Al-Si合金耐磨性提高约一半,在电力连接金具的耐磨性方面展现了优异的性能特点。
(3)本发明提供的纳米WC-Co增强Al-Si合金中的Si含量可以达到10~30%,在提高了Al-Si合金机械性能的条件下,还实现了电力连接金具的轻量化,因此本发明适于推广应用。
(4)本发明提供的纳米WC-Co增强Al-Si合金,制作工艺简单,质量稳定,制造成本相对降低,经济节能,有极强的实际操作意义。
附图说明
图1:本发明提供的纳米WC-Co增强Al-Si合金制备工艺示意图。
具体实施方式
下面将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的一部分实施例,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
(1)作为对本发明的限定,本发明所述的所用WC-Co纳米增强高硅铝合金成分配比为:3.0%WC,0.1%Co,60%Al,36.9%Si,余量为不可避免的杂质。其中,WC粉末的粒度为3μm,晶粒度为200nm,Co粉末的粒度为2μm,Al粉末的粒度为75μm,Si粉末的粒度为75μm.
(2)将Al粉末放入球磨机中球磨12h,球料比为10:1,球磨速度为200r/min,并采用高纯Ar气作为保护气氛,用于破坏Al粉表面氧化层,随后按照成分配比将3.0%WC,0.1%Co,60%Al,36.9%Si,在混料机上混合30-60min,均匀混合,然后将机械混合粉末放入模具中进行加压,模压压制压力为500MPa,保压时间为1-3min,放入快速升温电炉中进行烧结,烧结环境在高纯Ar保护气氛下进行,烧结温度为650℃,保温时间为5h,随炉冷却。
实施例2
(1)所用WC-Co纳米增强高硅铝合金成分配比为:5.0%WC,0.2%Co,70%Al,24.8%Si,余量为不可避免的杂质。其中,WC粉末的粒度为3μm,晶粒度为200nm,Co粉末的粒度为2μm,Al粉末的粒度为75μm,Si粉末的粒度为75μm.
(2)将Al粉末放入球磨机中球磨12h,球料比为10:1,球磨速度为200r/min,并采用高纯Ar气作为保护气氛,用于破坏Al粉表面氧化层,随后按照成分配比将5.0%WC,0.2%Co,70%Al,24.8%Si,余量为不可避免的杂质。在混料机上混合45min,均匀混合,然后将机械混合粉末放入模具中进行加压,模压压制压力为500MPa,保压时间为3min,放入快速升温电炉中进行烧结,烧结环境在高纯Ar保护气氛下进行,烧结温度为700℃,保温时间为6h,随炉冷却。
实施例3
(1)所用WC-Co纳米增强高硅铝合金成分配比为:8.0%WC,0.3%Co,80%Al,11.8%Si,余量为不可避免的杂质。其中,WC粉末的粒度为3μm,晶粒度为200nm,Co粉末的粒度为2μm,Al粉末的粒度为75μm,Si粉末的粒度为75μm.
(2)将Al粉末放入球磨机中球磨12h,球料比为10:1,球磨速度为200r/min,并采用高纯Ar气作为保护气氛,用于破坏Al粉表面氧化层,随后按照成分配比将8.0%WC,0.3%Co,80%Al,11.8%Si在混料机上混合45min,均匀混合,然后将机械混合粉末放入模具中进行加压,模压压制压力为500MPa,保压时间为3min,放入快速升温电炉中进行烧结,烧结环境在高纯Ar保护气氛下进行,烧结温度为800℃,保温时间为8h,随炉冷却。
将上述实施例中所记录的数据进行统计整理,激光熔覆粉末配比如表1所示:
表一
Figure GDA0001981352960000041
通过上述实施例及实验检测数据可得,采用本发明所提供的一种电力连接金具用WC-Co纳米增强高硅铝合金及其制备方法,改善了Al-Si系合金机械性能具备的缺陷,通过粉末冶金技术增加Al-Si合金中Si的含量,提高Al-Si合金的耐磨性,并且通过添加纳米级WC-Co提高Al-Si合金耐磨性与机械强度。同时,通过控制制备工艺,保证Al-Si合金具有优越的致密度、减少组织间的缺陷,从而使制备的Al-Si合金具有优越的机械性能,实现了电力连接金具轻量化的需求,减轻生产、运输、施工成本与技术难度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均在本发明待批权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电力连接金具用WC-Co纳米增强高硅铝合金,其特征在于,所述WC-Co纳米
增强高硅铝合金包括,按质量百分比计的下述组份:3.0~8.0%WC、0.1~2.0%Co、60%~80%Al、10~30%Si, 余量为不可避免的杂质;
其中,WC粉末的粒度为2~4μm,晶粒度为100-200nm; Co粉末的粒度为1~2μm,Al粉末的粒度为50~75μm,Si粉末的粒度为50~75μm。
2.如权利要求1所述电力连接金具用WC-Co纳米增强高硅铝合金的制备方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:
(1)在保护气氛下球磨所述WC-Co纳米增强高硅铝合金;
(2)于经球磨的所述WC-Co纳米增强高硅铝合金粉末加入分散剂;
(3)机械混合粉末;
(4)模压处理所述机械混合粉末得生坯;
(5)高温烧结所述生坯,保温后随炉冷却。
3.如权利要求2所述的电力连接金具用WC-Co纳米增强高硅铝合金的制备方法,其特征在于,按质量百分比计,所述WC-Co纳米增强高硅铝合金粉末包括:70%Al,24.8%Si,5.2%的WC-Co。
4.如权利要求3所述的电力连接金具用WC-Co纳米增强高硅铝合金的制备方法,其特征在于,其中,WC为5.0%和Co为 0.2%。
5.如权利要求2所述的电力连接金具用WC-Co纳米增强高硅铝合金的制备方法,其特征在于,所述球磨12h,球料比为10:1,球磨速度为200r/min。
6.如权利要求2所述的电力连接金具用WC-Co纳米增强高硅铝合金的制备方法,其特征在于,所述的球磨为湿磨,湿磨溶剂选自水、乙醇或煤油。
7.如权利要求2所述的电力连接金具用WC-Co纳米增强高硅铝合金的制备方法,其特征在于,所述的机械混合包括混合30-60min后,在300-800 MPa下模压1-3min。
8.如权利要求2所述的电力连接金具用WC-Co纳米增强高硅铝合金的制备方法,其特征在于,于Ar保护气氛下,所述生坯 在600-800℃下的电炉中烧结3-8h。
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