CN109609797A - 一种石墨烯复合铝线形材料的制造方法 - Google Patents

一种石墨烯复合铝线形材料的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109609797A
CN109609797A CN201811547040.2A CN201811547040A CN109609797A CN 109609797 A CN109609797 A CN 109609797A CN 201811547040 A CN201811547040 A CN 201811547040A CN 109609797 A CN109609797 A CN 109609797A
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene
clad aluminum
linear material
manufacturing
graphene clad
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811547040.2A
Other languages
English (en)
Inventor
胡磊
顾孙望
黄佳伟
缪小林
徐海波
尤伟任
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SHANGHAI ZHONGTIAN ALUMINIUM WIRE CO Ltd
Original Assignee
SHANGHAI ZHONGTIAN ALUMINIUM WIRE CO Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SHANGHAI ZHONGTIAN ALUMINIUM WIRE CO Ltd filed Critical SHANGHAI ZHONGTIAN ALUMINIUM WIRE CO Ltd
Priority to CN201811547040.2A priority Critical patent/CN109609797A/zh
Publication of CN109609797A publication Critical patent/CN109609797A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/46—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling metal immediately subsequent to continuous casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/04—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of bars or wire
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种石墨烯复合铝线形材料的制造方法，制备纳米粉体石墨烯；将石墨烯纳米粉体和铝粉混合，在无氧环境中研磨并压制成合金锭；将合金锭烘烤除水；在合金锭引入熔融态纯铝，进行连铸连轧获得石墨烯复合铝杆材；将石墨烯复合铝杆材进行拉拔得到不同线径的石墨烯复合铝线形材料。本发明解决了石墨烯与铝不互溶的问题，单线的强度获得了较大提升，易重复、易放大、无污染。

Description

一种石墨烯复合铝线形材料的制造方法
技术领域
本发明涉及一种线形材料的制造方法，特别是一种石墨烯复合铝线形材料的制造方法。
背景技术
随着石墨烯制备工艺不断开发，石墨烯的中试和量产路线越来越成熟，市场上涌现出一大批石墨烯制备厂家和应用产品。石墨烯优良的二维平面片层结构和导电性能，在某些领域大放异彩，如储能材料、锂离子电池、半导体材料、导电油墨等。
铝绞线属于裸导线。目前中国普遍采用铝包钢绞线（LGJ）作为导线；钢芯主要起增加强度的作用，铝绞线主要起传送电能的作用。根据电压不同，导线横截面积也不同。
石墨烯和铝进行复合制造复合材料能够兼具两种材料的优点，然而石墨烯与铝互相不浸润而难以添加开发。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种石墨烯复合铝线形材料的制造方法，解决石墨烯与铝不互溶的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种石墨烯复合铝线形材料的制造方法，其特征在于包含以下步骤：
步骤一：制备纳米粉体石墨烯；
步骤二：将石墨烯纳米粉体和铝粉混合，在无氧环境中研磨并压制成合金锭；
步骤三：将合金锭烘烤除水；
步骤四：在合金锭引入熔融态纯铝，进行连铸连轧获得石墨烯复合铝杆材；
步骤五：将石墨烯复合铝杆材进行拉拔得到不同线径的石墨烯复合铝线形材料。
进一步地，所述步骤一具体为采用无污染的物理液相剪切分离法，制备出的石墨烯为二维片层状纳米粉体。
进一步地，所述制备出的石墨烯结构完整、纯度高，为少层石墨烯。
进一步地，所述步骤二具体为
2.1将石墨烯和高纯铝粉置于密闭容器内，通过多次抽真空、放氮气，排出容器内的氧气，进行高能研磨1~24h；
2.2将所得混合料，进行压制，制备成饼状中间合金锭。
进一步地，所述2.1在开始研磨前，测试排气口的氧浓度，避免发生氧化。
进一步地，所述高能研磨采用的研磨材料为玛瑙球，按照同重量配比不同尺寸的玛瑙球，玛瑙球的最小尺寸为直径2mm。
进一步地，所述2.2中混合料分批进行压制，每次压制2kg。
进一步地，所述步骤三具体为将石墨烯复合铝中间合金锭投入加热容器中，加热方式为电磁感应加热，中间合金锭随炉升温至320℃~380℃，进行烘烤、除水分。
进一步地，所述步骤四具体为预热完成后，用流槽引入200~800kg的熔融态纯铝，继续加热，加热1~6h后，经搅拌、除气、除渣后，进行连铸连轧，获得石墨烯复合铝杆材。
进一步地，所述继续加热的温度为700℃~750℃。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
1、石墨烯的制备，从原料、工艺、成本、环保等领域，均具备优势，其生产过程中不产生污染和废料，可以满足石墨烯复合铝线形材料的需要。
2、石墨烯复合铝中间合金的过程中，石墨烯的结构不会遭到破坏，其粘附作用保证了石墨烯在产品中的存在，成功在铝单线中加入石墨烯，制备的成本较低。
3、实现了常规条件下石墨烯添加进铝线材中，石墨烯表现为弥散强化、纳米颗粒增强的效果。在用于强度材料时，由于石墨烯的二维平面结构特性，且大多为多层结构，在应力作用下，可以通过片层间的滑移，吸收一定的剪切内应力，增强该体系的变形阻力，从而增加材料的强度。
4、石墨烯复合铝线形材料的制备，可以使用任何方法制备的石墨烯（如化学气相沉积法或电化学插层法），并能适用于所有铝和铝合金的掺杂，具有可放大和扩大的特性。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
本发明的一种石墨烯复合铝线形材料的制造方法，其特征在于包含以下步骤：
步骤一：制备纳米粉体石墨烯；
采用无污染的物理液相剪切分离法，制备出的石墨烯为二维片层状纳米粉体。制备出的石墨烯结构完整、纯度高，为少层石墨烯。
步骤二：将石墨烯纳米粉体和铝粉混合，在无氧环境中研磨并压制成合金锭；
2.1将石墨烯和高纯铝粉按照一定的比例置于密闭容器内，通过多次抽真空、放氮气，排出容器内的氧气，进行高能研磨1~24h；开始研磨前，测试排气口的氧浓度，避免发生氧化。高能研磨采用的研磨材料为玛瑙球，按照同重量配比不同尺寸的玛瑙球，玛瑙球的最小尺寸为直径2mm。
2.2将所得混合料，进行压制，制备成饼状中间合金锭。研磨后的混合料，分批次进行压制，每次压制2kg，以便于上料、下料及后续的熔炼。
该过程为确保安全，应在无动火作业、无明火和静电环境、非密闭环境等条件的场所内进行，避免铝粉产生扬尘，以免发生粉尘爆炸。
步骤三：将合金锭烘烤除水；
将石墨烯复合铝中间合金锭投入加热容器中，加热方式为电磁感应加热，中间合金锭随炉升温至320℃~380℃，进行烘烤、除水分。
步骤四：在合金锭引入熔融态纯铝，进行连铸连轧获得石墨烯复合铝杆材；
炉膛内的铝基材有三个选择：纯铝锭、剪切下待回炉的铸条、保温炉引流的普铝液。为尽量减少杂质、氢气等的不良影响，方便操作，本试制方案选用保温炉内处理后的纯铝液作为基材。
在熔炼过程中，将石墨烯掺杂铝中间合金锭，投入1吨熔炼炉中，随炉升温。待温度升至350℃左右，引入纯铝液，调节输出功率至70~80%。加强搅拌，促进中间铝锭的熔化速度和效率。
待熔化完成后，先后进行除气除渣。继续升温，至720℃以上。在此期间，需要测试铝液中的氢气含量，保证其浓度处于较低水平。
预热完成后，用流槽引入200~800kg的熔融态纯铝，继续加热，加热1~6h后，经搅拌、除气、除渣后，进行连铸连轧，获得石墨烯复合铝杆材。继续加热的温度为700℃~750℃。
净化后的熔融石墨烯复合铝合金液，经流槽引入结晶轮，浇铸获得铸锭。该设备为连铸连轧设备，可进行连续铸造。铸条送到轧制设备前，进行加热固溶化处理，经淬火、多道次变径，获得Ф9.5mm直径的石墨烯复合铝合金杆材。
步骤五：将石墨烯复合铝杆材进行拉拔得到不同线径的石墨烯复合铝线形材料。
石墨烯复合铝合金杆材，经多道次拉拔，获得线径为2.50mm的单线。在拉丝过程中，未发生断线等明显缺陷。
使用本发明的制造方法制备出线径为2.50mm的石墨烯掺杂铝单线，500m/盘，共25盘，分别测试单线的电阻率、强度、伸长率，并与同规格普铝单线的国家标准值进行对比。
石墨烯复合铝单线平均抗拉强度达到219.4MPa，相对于普铝的标准值166.25MPa，提升幅度高达30%，电阻率相对标准值基本无变化。
由上可以看出，石墨烯增强铝合金单线的强度获得了较大提升，导电率基本上与普铝单线持平，该石墨烯复合铝线形材料的制造方法是可行的，增强效果达到预期目标。
本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种石墨烯复合铝线形材料的制造方法，其特征在于包含以下步骤：
步骤一：制备纳米粉体石墨烯；
步骤二：将石墨烯纳米粉体和铝粉混合，在无氧环境中研磨并压制成合金锭；
步骤三：将合金锭烘烤除水；
步骤四：在合金锭引入熔融态纯铝，进行连铸连轧获得石墨烯复合铝杆材；
步骤五：将石墨烯复合铝杆材进行拉拔得到不同线径的石墨烯复合铝线形材料。
2.按照权利要求1所述的一种石墨烯复合铝线形材料的制造方法，其特征在于：所述步骤一具体为采用无污染的物理液相剪切分离法，制备出的石墨烯为二维片层状纳米粉体。
3.按照权利要求2所述的一种石墨烯复合铝线形材料的制造方法，其特征在于：所述制备出的石墨烯结构完整、纯度高，为少层石墨烯。
4.按照权利要求1所述的一种石墨烯复合铝线形材料的制造方法，其特征在于：所述步骤二具体为
2.1将石墨烯和高纯铝粉置于密闭容器内，通过多次抽真空、放氮气，排出容器内的氧气，进行高能研磨1~24h；
2.2将所得混合料，进行压制，制备成饼状中间合金锭。
5.按照权利要求4所述的一种石墨烯复合铝线形材料的制造方法，其特征在于：所述2.1在开始研磨前，测试排气口的氧浓度，避免发生氧化。
6.按照权利要求4所述的一种石墨烯复合铝线形材料的制造方法，其特征在于：所述高能研磨采用的研磨材料为玛瑙球，按照同重量配比不同尺寸的玛瑙球，玛瑙球的最小尺寸为直径2mm。
7.按照权利要求4所述的一种石墨烯复合铝线形材料的制造方法，其特征在于：所述2.2中混合料分批进行压制，每次压制2kg。
8.按照权利要求1所述的一种石墨烯复合铝线形材料的制造方法，其特征在于：所述步骤三具体为将石墨烯复合铝中间合金锭投入加热容器中，加热方式为电磁感应加热，中间合金锭随炉升温至320℃~380℃，进行烘烤、除水分。
9.按照权利要求1所述的一种石墨烯复合铝线形材料的制造方法，其特征在于：所述步骤四具体为预热完成后，用流槽引入200~800kg的熔融态纯铝，继续加热，加热1~6h后，经搅拌、除气、除渣后，进行连铸连轧，获得石墨烯复合铝杆材。
10.按照权利要求9所述的一种石墨烯复合铝线形材料的制造方法，其特征在于：所述继续加热的温度为700℃~750℃。
CN201811547040.2A 2018-12-18 2018-12-18 一种石墨烯复合铝线形材料的制造方法 Pending CN109609797A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811547040.2A CN109609797A (zh) 2018-12-18 2018-12-18 一种石墨烯复合铝线形材料的制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811547040.2A CN109609797A (zh) 2018-12-18 2018-12-18 一种石墨烯复合铝线形材料的制造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109609797A true CN109609797A (zh) 2019-04-12

Family

ID=66009639

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811547040.2A Pending CN109609797A (zh) 2018-12-18 2018-12-18 一种石墨烯复合铝线形材料的制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109609797A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115302193A (zh) * 2022-07-11 2022-11-08 西北工业大学 一种性能呈径向梯度分布的GNPs/Al复合材料丝材的制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160150412A (ko) * 2015-06-22 2016-12-30 성균관대학교산학협력단 표면 개질된 그래핀 투명 전극 및 이의 제조 방법
CN107675028A (zh) * 2017-09-25 2018-02-09 广州埃米石墨烯投资管理有限公司 一种单层石墨烯/铝复合材料及其制备方法
CN108677052A (zh) * 2018-04-04 2018-10-19 国网山东省电力公司电力科学研究院 一种颗粒增强铝基复合材料及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160150412A (ko) * 2015-06-22 2016-12-30 성균관대학교산학협력단 표면 개질된 그래핀 투명 전극 및 이의 제조 방법
CN107675028A (zh) * 2017-09-25 2018-02-09 广州埃米石墨烯投资管理有限公司 一种单层石墨烯/铝复合材料及其制备方法
CN108677052A (zh) * 2018-04-04 2018-10-19 国网山东省电力公司电力科学研究院 一种颗粒增强铝基复合材料及其制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115302193A (zh) * 2022-07-11 2022-11-08 西北工业大学 一种性能呈径向梯度分布的GNPs/Al复合材料丝材的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100474667C (zh) 非水电解质二次电池负极材料和用于此的金属硅粉
CN105609155B (zh) 一种高导电率硬铝导线单丝及其制备方法
CN101886198A (zh) 电缆用高导电率铝合金材料及其制备方法
WO2018000946A1 (zh) 一种高强度耐腐蚀的铝碳铜合金接地材料
CN106636695A (zh) 耐热铝合金线的制备方法
CN101914708A (zh) 一种A1-Fe-Cu合金材料及其制备方法
CN106449163B (zh) 一种超级电容器集流体专用石墨烯复合导电剂及制备方法
CN102208615A (zh) 一种碳-碳复合锂离子电池负极材料的制备方法
CN102569755A (zh) 一种锂离子电池用石墨类碳负极材料及其制备方法
CN103886930A (zh) 一种电缆导体用铝合金配方
CN103266241A (zh) 一种稀土铝合金导体材料及其生产方法
CN109609797A (zh) 一种石墨烯复合铝线形材料的制造方法
CN106636987A (zh) 一种严寒环境中抗机械损伤的电缆线芯及其制备方法
CN102912154B (zh) 一种提高紫铜导电率的熔炼工艺
CN103952753B (zh) 一种用于太阳能电池的多晶硅制作方法
CN108823464B (zh) 一种铜合金材料及其制备方法
CN113186415A (zh) 一种高耐热无氧铜的制备方法
CN111326274B (zh) 一种高分散稳定性的改性石墨烯复合浆料及其制备方法
CN109754912A (zh) 一种合金电缆及其制备方法
CN115821125A (zh) 一种高导电率硬铝合金导线及其制造方法
CN105331857A (zh) 一种铝合金杆及其制备方法
CN107287470A (zh) 一种包含纳米碳化钨材料的铅蓄电池板栅合金及制备方法
CN110129623B (zh) 一种稀土铝合金箔及其制备方法和应用
CN111074112B (zh) 一种预绞式导线接续金具用铝合金线材及其制备方法
CN114182132A (zh) 一种耐盐溶液腐蚀纳米颗粒增强Mg-Al合金的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190412