CN111816364A - 一种铝合金超导电缆及其制备方法 - Google Patents

一种铝合金超导电缆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铝合金超导电缆，属于电力线材技术领域。铝合金超导电缆，包括铝合金缆芯，铝合金缆芯的外部包裹有防护层，防护层的内部至少设置有一根铝合金缆芯；铝合金缆芯包括铝合金超导体，铝合金超导体的外部包覆有复合高半导电导体屏蔽层和交联聚乙烯绝缘层。铝合金超导体包括以下质量百分比的成分：钇钡铜氧化物1‑3％，镁0.05‑0.1％，锌0.02‑0.07％，铬0.08‑0.15％，锶：0.05‑0.1％，硼0.02‑0.06％，锰0.5‑1.0％，锆：0.02‑0.07％，余量铝。本发明还公开了一种铝合金超导电缆的制备方法。本发明所述的铝合金超导电缆的铝合金单丝伸长率≥35％、抗拉强度＞115MPa，90°折弯次数38次以上，20℃时直流电阻率≤0.026，导电率≥64.0％IACS，弯曲半径≥7D，对比铜电缆其反弹性能减少了40％，对比铝芯电缆其抗蠕变性能增加了300％。

Description

一种铝合金超导电缆及其制备方法
技术领域
本发明属于电力线材技术领域，尤其涉及一种铝合金超导电缆及其制备方法。
背景技术
目前，电缆行业是中国仅次于汽车行业的第二大行业，伴随着中国经济的持续快速增长以及电力工业、数据通信业、城市轨道交通业等行业规模不断的扩大，电缆的需求量也将迅速增长。
我国目前制作电线、电缆主要利用纯铜、纯铝的电工铜、铝杆加工而成。铝和铜均具有优良的导电性，相对铜而言铝合金具有更高的比强度，且较小的密度决定其更适宜远距离输电，是铁路电缆轻量化发展的首选导体材料之一。但是铝导体的耐腐蚀性差、强度较低，在制作电线电缆时需要加钢芯形成钢芯铝绞线，增加了电线电缆的自重和电阻，线路的损耗增大。
发明内容
本发明的目的是提供一种铝合金超导电缆，解决现有的铝合金电缆强度低、自重大、损耗高的问题。本发明的另一个目的是提供一种铝合金超导电缆的制备方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种铝合金超导电缆，包括铝合金缆芯，铝合金缆芯的外部包裹有防护层，防护层的内部至少设置有一根铝合金缆芯；所述铝合金缆芯包括铝合金超导体，铝合金超导体的外部包覆有复合高半导电导体屏蔽层和交联聚乙烯绝缘层；
所述铝合金超导体包括以下质量百分比的成分：钇钡铜氧化物1-3％，镁0.05-0.1％，锌0.02-0.07％，铬0.08-0.15％，锶：0.05-0.1％，硼0.02-0.06％，锰0.5-1.0％，锆：0.02-0.07％，余量铝。
优选的，所述铝合金超导体包括以下质量百分比的成分：钇钡铜氧化物2％，镁0.08％，锌0.05％，铬0.1％，锶：0.08％，硼0.04％，锰0.8％，锆：0.05％，余量铝。
优选的，所述钇钡铜氧化物的粒径为800-1000目。
优选的，所述防护层的内部包裹有4根铝合金缆芯，铝合金缆芯与防护层之间设置有填充料；所述防护层包括从内向外同心依次设置的复合高半导电导体屏蔽层、铜带屏蔽层、无纺布和护套。
上述铝合金超导电缆的制备方法，包括以下步骤，
S1、根据设定的化学成分对原料进行称量，备用；
S2、熔化铝锭，将铝锭放入熔炉中进行熔化，熔化完全后保温；
S3、熔炼，将钇钡铜氧化物预热后进行研磨、粉碎成800-1000目，然后将称量好的原料加入熔炉中进行熔炼，升温到1000℃，搅拌，熔化混匀后，保温60min；
S4、成型，除渣、除气后，浇注成圆柱形的铝合金铸坯；
S5、轧制，将铝合金铸坯导入轧机中，对铝合金铸件进行轧制，轧制成铝合金杆；
S6、拉拔，将轧制后的铝合金杆进行冷拉制，加工成铝合金单丝，将铝合金单丝进行多股胶合，制成铝合金超导体；
S7、热处理，将铝合金超导体进行退火热处理，然后在铝合金超导体的外部依次包裹复合高半导电导体屏蔽层和交联聚乙烯绝缘层形成铝合金缆芯，然后在铝合金缆芯的外部依次包裹复合高半导电导体屏蔽层、铜带屏蔽层、无纺布和护套，复合高半导电导体屏蔽层与铝合金缆芯之间填充上填充料。
优选的，所述步骤S2中，铝锭的熔化温度为810℃，溶化完全后在820℃的温度下保温20min。
优选的，所述步骤S5中，铝合金轧制时的温度为520℃-530℃，终轧温度为310-320℃。
优选的，所述步骤S7中，铝合金超导体的退火温度为300±10℃，保温时间为4-5h。
本发明所述的一种铝合金超导电缆及其制备方法的有益效果是：
1、将钇钡铜氧化物粉末(YBa2Cu3O7)加入到铝合金中，铝合金中钇钡铜氧化物颗粒在低温条件下能排斥磁力线，提高铝合金的导电性能，超导效果明显。
2、在铝合金中加入镁、锌和锰元素可以提高铝合金的抗拉强度。铬、硼、锆元素具有细化铝合金晶粒的作用，提高铝合金的综合力学性能。锶对铝合金具有变质处理的效果，提高铝合金抗拉强度的同时能够提高铝合金的塑性。
3、本发明所述的铝合金超导电缆的铝合金单丝伸长率≥35％、抗拉强度＞115MPa，90°折弯次数38次以上，20℃时直流电阻率≤0.026，导电率≥64.0％IACS，弯曲半径≥7D，对比铜电缆其反弹性能减少了40％，对比铝芯电缆其抗蠕变性能增加了300％，使用寿命在40年以上。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明一种铝合金超导电缆及其制备方法实施例的结构示意图。
附图标记
1、护套；2、无纺布；3、铜带屏蔽层；4、复合高半导电导体屏蔽层；5、交联聚乙烯绝缘层；6、铝合金超导体；7、填充料。
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明作进一步的描述，需要说明的是，以下实施例以本技术方案为前提给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于以下实施例。
图1为本发明一种铝合金超导电缆及其制备方法实施例的结构示意图。一种铝合金超导电缆，包括铝合金缆芯，铝合金缆芯的外部包裹有防护层，防护层的内部至少设置有一根铝合金缆芯。防护层的内部包裹有4根铝合金缆芯，铝合金缆芯与防护层之间设置有填充料7，填充料7可以为绝缘的橡胶料。防护层包括从内向外同心依次设置的复合高半导电导体屏蔽层4、铜带屏蔽层3、无纺布2和护套1。铝合金缆芯包括铝合金超导体6，铝合金超导体6的外部包覆有复合高半导电导体屏蔽层4和交联聚乙烯绝缘层5。
实施例1
铝合金超导体6包括以下质量百分比的成分：钇钡铜氧化物1.2％，镁0.09％，锌0.07％，铬0.14％，锶：0.06％，硼0.05％，锰0.5％，锆：0.03％，余量铝。
钇钡铜氧化物的粒径为800目。
上述铝合金超导电缆的制备方法，包括以下步骤，
S1、根据设定的化学成分对原料进行称量，备用。
S2、熔化铝锭，将铝锭放入熔炉中进行熔化，熔化完全后保温。铝锭的熔化温度为810℃，溶化完全后在820℃的温度下保温20min。
S3、熔炼，将钇钡铜氧化物预热后进行研磨、粉碎成800目，然后将称量好的原料加入熔炉中进行熔炼，升温到1000℃，搅拌，熔化混匀后，保温60min。
S4、成型，除渣、除气后，浇注成圆柱形的铝合金铸坯。
S5、轧制，将铝合金铸坯导入轧机中，对铝合金铸件进行轧制，轧制成铝合金杆。铝合金轧制时的温度为520℃-530℃，终轧温度为310-320℃。
S6、拉拔，将轧制后的铝合金杆进行冷拉制，加工成铝合金单丝，将铝合金单丝进行多股胶合，制成铝合金超导体6。
S7、热处理，将铝合金超导体6进行退火热处理，铝合金超导体6的退火温度为300±10℃，保温时间为4-5h。然后在铝合金超导体6的外部依次包裹复合高半导电导体屏蔽层4和交联聚乙烯绝缘层5形成铝合金缆芯，然后在铝合金缆芯的外部依次包裹复合高半导电导体屏蔽层4、铜带屏蔽层3、无纺布2和护套1，复合高半导电导体屏蔽层4与铝合金缆芯之间填充上填充料7。
经过拉拔成的铝合金单丝的伸长率35％，抗拉强度为118MPa，90°折弯次数38次，20℃时直流电阻率0.026，导电率64.0％IACS，弯曲半径7D，对比铜电缆其反弹性能减少了40％，对比铝芯电缆其抗蠕变性能增加了300％。
实施例2
铝合金超导体6包括以下质量百分比的成分：钇钡铜氧化物2％，镁0.08％，锌0.05％，铬0.1％，锶：0.08％，硼0.04％，锰0.8％，锆：0.05％，余量铝。
钇钡铜氧化物的粒径为900目。
上述铝合金超导电缆的制备方法，包括以下步骤，
S1、根据设定的化学成分对原料进行称量，备用。
S2、熔化铝锭，将铝锭放入熔炉中进行熔化，熔化完全后保温。铝锭的熔化温度为810℃，溶化完全后在820℃的温度下保温20min。
S3、熔炼，将钇钡铜氧化物预热后进行研磨、粉碎成900目，然后将称量好的原料加入熔炉中进行熔炼，升温到1000℃，搅拌，熔化混匀后，保温60min。
S4、成型，除渣、除气后，浇注成圆柱形的铝合金铸坯。
S5、轧制，将铝合金铸坯导入轧机中，对铝合金铸件进行轧制，轧制成铝合金杆。铝合金轧制时的温度为520℃-530℃，终轧温度为310-320℃。
S6、拉拔，将轧制后的铝合金杆进行冷拉制，加工成铝合金单丝，将铝合金单丝进行多股胶合，制成铝合金超导体6。
S7、热处理，将铝合金超导体6进行退火热处理，铝合金超导体6的退火温度为300±10℃，保温时间为4-5h。然后在铝合金超导体6的外部依次包裹复合高半导电导体屏蔽层4和交联聚乙烯绝缘层5形成铝合金缆芯，然后在铝合金缆芯的外部依次包裹复合高半导电导体屏蔽层4、铜带屏蔽层3、无纺布2和护套1，复合高半导电导体屏蔽层4与铝合金缆芯之间填充上填充料7。
经过拉拔成的铝合金单丝的伸长率38％，抗拉强度为125MPa，90°折弯次数40次，20℃时直流电阻率0.022，导电率68.0％IACS，弯曲半径8D，对比铜电缆其反弹性能减少了40％，对比铝芯电缆其抗蠕变性能增加了300％。
实施例3
铝合金超导体6包括以下质量百分比的成分：钇钡铜氧化物2.6％，镁0.06％，锌0.02％，铬0.08％，锶：0.1％，硼0.06％，锰0.9％，锆：0.07％，余量铝。
钇钡铜氧化物的粒径为1000目。
上述铝合金超导电缆的制备方法，包括以下步骤，
S1、根据设定的化学成分对原料进行称量，备用。
S2、熔化铝锭，将铝锭放入熔炉中进行熔化，熔化完全后保温。铝锭的熔化温度为810℃，溶化完全后在820℃的温度下保温20min。
S3、熔炼，将钇钡铜氧化物预热后进行研磨、粉碎成1000目，然后将称量好的原料加入熔炉中进行熔炼，升温到1000℃，搅拌，熔化混匀后，保温60min。
S4、成型，除渣、除气后，浇注成圆柱形的铝合金铸坯；
S5、轧制，将铝合金铸坯导入轧机中，对铝合金铸件进行轧制，轧制成铝合金杆。铝合金轧制时的温度为520℃-530℃，终轧温度为310-320℃。
S6、拉拔，将轧制后的铝合金杆进行冷拉制，加工成铝合金单丝，将铝合金单丝进行多股胶合，制成铝合金超导体6。
S7、热处理，将铝合金超导体6进行退火热处理，铝合金超导体6的退火温度为300±10℃，保温时间为4-5h。然后在铝合金超导体6的外部依次包裹复合高半导电导体屏蔽层4和交联聚乙烯绝缘层5形成铝合金缆芯，然后在铝合金缆芯的外部依次包裹复合高半导电导体屏蔽层4、铜带屏蔽层3、无纺布2和护套1，复合高半导电导体屏蔽层4与铝合金缆芯之间填充上填充料7。
经过拉拔成的铝合金单丝的伸长率36％，抗拉强度为120MPa，90°折弯次数38次，20℃时直流电阻率0.025，导电率67.0％IACS，弯曲半径7D，对比铜电缆其反弹性能减少了40％，对比铝芯电缆其抗蠕变性能增加了300％。
因此，本发明采用上述铝合金超导电缆及其制备方法，能够解决现有的铝合金电缆强度低、自重大、损耗高、导电率差的问题。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种铝合金超导电缆，其特征在于：包括铝合金缆芯，铝合金缆芯的外部包裹有防护层，防护层的内部至少设置有一根铝合金缆芯；所述铝合金缆芯包括铝合金超导体，铝合金超导体的外部包覆有复合高半导电导体屏蔽层和交联聚乙烯绝缘层；
所述铝合金超导体包括以下质量百分比的成分：钇钡铜氧化物1-3％，镁0.05-0.1％，锌0.02-0.07％，铬0.08-0.15％，锶：0.05-0.1％，硼0.02-0.06％，锰0.5-1.0％，锆：0.02-0.07％，余量铝。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金超导电缆，其特征在于：所述铝合金超导体包括以下质量百分比的成分：钇钡铜氧化物2％，镁0.08％，锌0.05％，铬0.1％，锶：0.08％，硼0.04％，锰0.8％，锆：0.05％，余量铝。
3.根据权利要求1所述的一种铝合金超导电缆，其特征在于：所述钇钡铜氧化物的粒径为800-1000目。
4.根据权利要求1所述的一种铝合金超导电缆，其特征在于：所述防护层的内部包裹有4根铝合金缆芯，铝合金缆芯与防护层之间设置有填充料；所述防护层包括从内向外同心依次设置的复合高半导电导体屏蔽层、铜带屏蔽层、无纺布和护套。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种铝合金超导电缆的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1、备料，根据设定的化学成分对原料进行称量，备用；
S2、熔化铝锭，将铝锭放入熔炉中进行熔化，熔化完全后保温；
S3、熔炼，将钇钡铜氧化物预热后进行研磨、粉碎成800-1000目，然后将称量好的原料加入熔炉中进行熔炼，升温到1000℃，搅拌，熔化混匀后，保温60min；
S4、成型，除渣、除气后，浇注成圆柱形的铝合金铸坯；
S5、轧制，将铝合金铸坯导入轧机中，对铝合金铸件进行轧制，轧制成铝合金杆；
S6、拉拔，将轧制后的铝合金杆进行冷拉制，加工成铝合金单丝，将铝合金单丝进行多股胶合，制成铝合金超导体；
S7、热处理，将铝合金超导体进行退火热处理，然后在铝合金超导体的外部依次包裹复合高半导电导体屏蔽层和交联聚乙烯绝缘层形成铝合金缆芯，然后在铝合金缆芯的外部依次包裹复合高半导电导体屏蔽层、铜带屏蔽层、无纺布和护套，复合高半导电导体屏蔽层与铝合金缆芯之间填充上填充料。
6.根据权利要求5述的一种铝合金超导电缆的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，铝锭的熔化温度为810℃，溶化完全后在820℃的温度下保温20min。
7.根据权利要求5述的一种铝合金超导电缆的制备方法，其特征在于：所述步骤S5中，铝合金轧制时的温度为520℃-530℃，终轧温度为310-320℃。
8.根据权利要求5述的一种铝合金超导电缆的制备方法，其特征在于：所述步骤S7中，铝合金超导体的退火温度为300±10℃，保温时间为4-5h。
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