EP3555328A1 - Matériau composite aluminium-alumine et son procédé de préparation - Google Patents

Matériau composite aluminium-alumine et son procédé de préparation

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EP3555328A1
EP3555328A1 EP17821684.2A EP17821684A EP3555328A1 EP 3555328 A1 EP3555328 A1 EP 3555328A1 EP 17821684 A EP17821684 A EP 17821684A EP 3555328 A1 EP3555328 A1 EP 3555328A1
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EP
European Patent Office
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aluminum
composite material
aluminum alloy
layer
electrically conductive
Prior art date
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Pending
Application number
EP17821684.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Nicolas MASQUELIER
Rodrigue Sumera
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Nexans SA
Original Assignee
Nexans SA
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • C22C1/1084—Alloys containing non-metals by mechanical alloying (blending, milling)
    • 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
    • B21C1/00—Manufacture of metal sheets, metal wire, metal rods, metal tubes by drawing
    • B21C1/003—Drawing materials of special alloys so far as the composition of the alloy requires or permits special drawing methods or sequences
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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
    • B21C23/00—Extruding metal; Impact extrusion
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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
    • B21C37/045—Manufacture of wire or bars with particular section or properties
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    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/001—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths of specific alloys
    • B22D11/003—Aluminium alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/005—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths of wire
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/02—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of metals or alloys
    • H01B1/023—Alloys based on aluminium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
    • H01B13/0036—Details
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C49/02—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the matrix material
    • C22C49/04—Light metals
    • C22C49/06—Aluminium

Definitions

  • the present invention relates to a composite material based on aluminum and alumina, to its manufacturing method and a cable comprising said composite material as an electrically conductive element.
  • low-voltage in particular less than 6kV
  • medium-voltage in particular 6 to 45-60 kV
  • high-voltage especially greater than 60 kV
  • the invention relates to an electrical cable having good mechanical properties, especially in terms of tensile strength and good electrical properties, especially in terms of electrical conductivity.
  • US Pat. No. 6,245,425 has described a process for preparing an aluminum-alumina composite material, especially in the form of a continuous wire, comprising a step impregnating a fibrous material made of polycrystalline alumina fibers ( ⁇ - ⁇ 2 0 3 ) with molten aluminum and a step in which the impregnated fibrous material coated with molten aluminum is solidified.
  • the impregnation is carried out continuously with a suitable device emitting ultrasound or with the aid of a mold under high pressure.
  • the composite material obtained comprises from 30 to 70% by volume of fibers of alumina and has a tensile strength greater than or equal to 1.38 GPa.
  • said composite material has too low electrical conductivity (eg about 30% IACS) unsuitable for application in the field of cables, and mechanical strength too high to be easily handled.
  • the process for obtaining said material uses expensive raw materials.
  • the object of the present invention is to provide an aluminum-based composite material having improved electrical conductivity and optimized mechanical strength so that it can be easily handled for use in the field of cables, particularly as an electrically conductive element. an energy and / or telecommunications cable.
  • Another object of the invention is to provide a simple and economical method for preparing such a composite material.
  • the invention therefore has for its first object a composite material comprising an aluminum or aluminum alloy matrix and alumina particles dispersed in said aluminum or aluminum alloy matrix.
  • the composite material of the invention has improved electrical conductivity and mechanical strength optimized for easy handling, in particular for use in the field of cables, in particular as an electrically conductive element of an energy cable and / or telecommunications.
  • the composite material preferably comprises from about 1 to about 10,000 ppm of alumina, and preferably from about 100 to about 5000 ppm of alumina.
  • ppm means "part per million” and relates to a mass fraction.
  • the composite material preferably has an electrical conductivity of at least about 45% International Annealed Copper Standard (IACS), more preferably at least 50% IACS, and still more preferably at least about 55% IACS.
  • IACS International Annealed Copper Standard
  • the composite material preferably has a strength tensile strength ranging from about 70 to 500 MPa, and more preferably from about 130 to 400 MPa.
  • the composite material preferably comprises alumina particles uniformly dispersed in an aluminum or aluminum alloy matrix.
  • the alumina particles of the composite material preferably have an irregular and / or random shape.
  • the alumina particles are in the form of needles or plates or comprise particles of alumina in the form of needles or plates.
  • the alumina particles are not spherical.
  • the alumina particles preferably have a thickness (the thickness being defined as the smallest dimension of each of said particles) of at least about 0.1 pm, and preferably at least about 0.5 pm.
  • the alumina particles have a mean size ranging from 0.1 to 50 ⁇ m, preferably from 0.1 to 10 ⁇ m, more preferably from 0.5 to 10 ⁇ m. about, and more preferably about 1 to 10 pm.
  • the average size of the alumina particles is measured by scanning electron microscopy (SEM).
  • the composite material has a porosity of at most about 1% by volume, and preferably it is non-porous.
  • the aluminum content of the aluminum alloy of the matrix may be at least 80% by weight, and preferably at least 95% by weight, relative to the total weight of the aluminum alloy .
  • the aluminum alloy can be chosen from aluminum alloys of the 1000 series (ie at least 99% of aluminum), 5000 (ie comprising at least less magnesium), 6000 (ie comprising at least magnesium and silicon) and 8000 (ie comprising less than 99% aluminum).
  • the aluminum alloy may further comprise one or more unavoidable impurities.
  • alloys AI1120, AI1370 AI6101, AI6201, AI8030, AI8076 and thermal alloys may be mentioned.
  • the composite material does not comprise alumina fibers.
  • the composite material is not too rigid and can be easily handled, especially for use in the field of cables.
  • the composite material of the invention is free of organic polymer (s). Indeed, the presence of organic polymers can degrade its electrical properties, including its electrical conductivity.
  • the composite material is preferably made solely of the aluminum or aluminum alloy matrix and alumina particles dispersed in said aluminum or aluminum alloy matrix.
  • the composite material of the invention is preferably in the form of a solid mass.
  • the subject of the invention is therefore a process for preparing a composite material comprising an aluminum or aluminum alloy matrix and alumina particles dispersed in said aluminum or aluminum alloy matrix, characterized in that it includes at least the following steps:
  • a composite material comprising alumina particles dispersed in an aluminum or aluminum alloy matrix can be easily formed, while having good mechanical properties, especially in terms of mechanical tensile strength, and electrical conductivity, in particular due to the homogeneous dispersion of alumina particles in the aluminum matrix or aluminum alloy. Moreover, it makes it possible to avoid any manipulation of metal powder and / or metal oxide. The process is simple, easy to implement and economical.
  • the elongate electrically conductive element or elements used in step i) generally have a diameter ranging from 1 to 20 mm approximately.
  • the elongated electrically conductive element (s) used in step i) are in the form of solid mass (es).
  • the elongate electrically conductive member (s) used in step i) are generally anodized machine wires.
  • the hydrated alumina layer is a layer of alumina hydroxide or aluminum oxide hydroxide.
  • the hydrated alumina layer may be a layer of alumina monohydrate or a layer of alumina polyhydrate such as for example a layer of alumina trihydrate.
  • a layer of alumina monohydrate there may be mentioned a layer of boehmite, which is the gamma polymorph of AlO (OH) or Al 2 O 3. H2O; or diaspore, which is the alpha polymorph of AIO (OH) or
  • alumina trihydrate layer there may be mentioned a gibbsite or hydrargillite layer, which is the gamma polymorph of AI (OH) 3 ; a layer of bayerite which is the alpha polymorph of Al (OH) 3 ; or a layer of nordstrandite, which is the beta polymorph of AI (OH) 3 .
  • the hydrated alumina layer is directly in physical contact with the elongated electrically conductive member of aluminum or aluminum alloy.
  • the hydrated alumina layer may have a thickness of from about 1 to 50 ⁇ m, and preferably from about 4 to 20 ⁇ m.
  • the molten aluminum or the molten aluminum alloy of step i) is brought to a temperature ranging from about 660 ° C. to 900 ° C., and preferably from 660 ° C. to 760 ° C. ° C approx.
  • Step i) can be carried out according to any of the following methods:
  • the elongate electrically conductive element made of aluminum or aluminum alloy comprising a layer of hydrated alumina is coated with at least one layer of molten aluminum or an alloy of aluminum. molten aluminum surrounding the hydrated alumina layer.
  • Step i) carried out by pouring molten aluminum or molten aluminum alloy onto said elongated electrically conductive element may comprise the following sub-steps (non-continuous process): ia) placing at least one elongated electrically conductive member of aluminum or aluminum alloy comprising a layer of hydrated alumina in a container, and
  • the container may be a mold, and in particular a cylindrical mold.
  • Step i) performed by non-continuous casting is particularly suitable when several elongated electrically conductive elements of aluminum or aluminum alloy comprising a hydrated alumina layer are used. They are then for example placed in a container as defined in the invention, and then the aluminum or molten aluminum alloy is cast on all elongated electrically conductive elements contained in said container.
  • Step i) carried out by casting molten aluminum or molten aluminum alloy on said elongated electrically conductive element may comprise the following substeps (continuous process):
  • Step i) performed by continuously passing said elongated electrically conductive element through a bath of molten aluminum or molten aluminum alloy may comprise the following substeps: iA) placing at least one elongated electrically conductive element aluminum or aluminum alloy comprising a hydrated alumina layer in a device comprising at least one tank intended to contain a bath of molten aluminum or a molten aluminum alloy and means conveying means for conveying said elongated electrically conductive element to said vessel, and
  • Stage i) carried out by "dip forming” may be implemented with one or more elongated electrically conductive elements made of aluminum or aluminum alloy comprising a layer of hydrated alumina.
  • Step ii) is a solidification step.
  • Step ii) is generally carried out in air, in particular at about 20 ° C.
  • the solid mass obtained at the end of step ii) can be of monoblock type such as for example a bar or a solid cylinder.
  • step ii) may consist in removing from the container said at least one elongated electrically conductive element made of aluminum or aluminum alloy comprising a layer of hydrated and coated alumina. of aluminum or a molten aluminum alloy obtained at the end of step i), then to cool to obtain a solid mass.
  • step ii) may consist in cooling said at least one elongated electrically conductive element made of aluminum or aluminum alloy comprising a layer of alumina hydrated and coated with aluminum or a molten aluminum alloy obtained at the end of step i), directly at the outlet of the casting wheel, in particular by means of cooling means, for to obtain a solid mass.
  • the cooling can also take place later in a rolling mill, in particular in the presence of water and possibly lubricants.
  • step ii) may consist in cooling said at least one electrically conductive element elongate aluminum or aluminum alloy comprising a layer of hydrated alumina and coated with aluminum or a molten aluminum alloy obtained at the end of step i), directly at the outlet of the tank, in particular using cooling means contained in the device as defined above, to obtain a solid mass.
  • the cooling can also take place later in a rolling mill, in particular in the presence of water and possibly lubricants.
  • Step iii) is a deformation step of the solid mass which makes it possible to break the layer of hydrated alumina.
  • step iii) makes it possible to break all the layers of hydrated alumina.
  • Step iii) may be a rolling or extrusion step.
  • step iii) is a rolling step, it is generally carried out in the cold, in particular at a temperature ranging from about 5 to 40 ° C., or when it is hot, particularly at a temperature ranging from 40 to 600 ° C.
  • step iii) is an extrusion step, it is generally carried out at a temperature ranging from about 20 to 650 ° C.
  • Extrusion can be direct, indirect or isostatic.
  • Step iii) of rolling is particularly suitable when step i) is carried out according to a continuous process, that is to say by continuously passing said at least one elongated electrically conductive element made of aluminum or aluminum alloy. comprising a layer of alumina hydrated through a bath of molten aluminum or a molten aluminum alloy ("dip forming") or by continuous casting of molten aluminum or molten aluminum alloy on minus an elongated electrically conductive element of aluminum or aluminum alloy comprising a layer of hydrated alumina placed on a casting wheel.
  • steps i), ii) and iii) can then be performed continuously.
  • the "dip forming" device as defined above may further comprise rolling means (e.g. rolling mill) disposed after the cooling means as defined above.
  • rolling means e.g. rolling mill
  • the solid mass can then be fed to said rolling means arranged after the cooling means to perform step iii).
  • Step iii) of extrusion in particular of direct, indirect or isostatic extrusion, is particularly suitable when step i) is carried out by casting molten aluminum or molten aluminum alloy on said at least one element.
  • electrically conductive elongated aluminum or aluminum alloy comprising a hydrated alumina layer placed in a container (non-continuous process).
  • a composite material with a diameter ranging from about 2 to about 350 mm can thus be obtained.
  • the composite material is generally of elongate shape.
  • the method of the invention makes it possible to form in three stages a composite material comprising an aluminum or aluminum alloy matrix and alumina particles uniformly distributed in said matrix.
  • the method may further comprise a step iv) of shaping the composite material obtained in the preceding step iii), in order to obtain a composite material having the desired dimensions and shape.
  • Stage iv) can in particular comprise the following step (s): a spinning step and / or a drawing step and / or a rolling step and / or a conforming extrusion (ie continuous extrusion) step of the composite material of step iii).
  • Step iv) can be carried out at a temperature of at most about 80 ° C.
  • step i) When step i) is carried out by "dip forming” or by continuous casting (ie with a casting wheel) and step iii) by rolling, step iv) preferably comprises a drawing step and / or a conforming type extrusion step.
  • step iv) preferably comprises a rolling step and / or drawing and / or conforming extrusion.
  • the method may further comprise after step iii) or step iv), a step v) of heating.
  • This step notably makes it possible to increase the mechanical elongation of the composite material of step iii) or step iv).
  • annealing step also known as the “annealing step”.
  • the annealing step makes it possible to increase the mechanical elongation of a metal element by heating it, and thus to be able to easily deform it once annealed.
  • step v) is carried out at a temperature ranging from about 200 ° C. to about 500 ° C.
  • step v) varies from
  • the heating step v) is intended to soften the composite material of step iii) or step iv), that is to say to eliminate a part of the deformation caused in particular by step iii) or iv) (eg drawing), without modifying the structure of the composite material obtained at the end of step iii).
  • step v) may lead to an elongate electrically conductive member having an elongation at break of from about 5 to about 50 percent, and preferably from about 20 to about 40 percent.
  • the heating according to step v) can be carried out using an oven electric furnace (ie resistance furnace) and / or an induction furnace and / or a gas furnace.
  • an oven electric furnace ie resistance furnace
  • an induction furnace ie resistance furnace
  • a gas furnace ie resistance furnace
  • the method of the invention further comprises, before step i), a step i 0 ) of forming the hydrated alumina layer.
  • This step can be performed by chemical conversion.
  • stage i 0 of the process is carried out by anodization.
  • Anodizing is a surface treatment which enables the hydrated alumina layer to be formed by anodic oxidation from an elongated electrically conductive element made of aluminum or aluminum alloy. Thus, the anodizing will consume a portion of the elongated electrically conductive member to form said hydrated alumina layer.
  • the hydrated alumina layer is formed from the surface of the electrically conductive element elongated towards the core of said elongated electrically conductive element, in contrast to an electrolytic deposition.
  • Anodizing is conventionally based on the principle of electrolysis of water. It consists of immersing the elongated electrically conductive element in an anodizing bath, said elongated electrically conductive element being placed at the positive pole of a DC generator.
  • the anodizing bath is more particularly an acid bath, preferably a phosphoric acid bath or a sulfuric acid bath. These are respectively phosphoric anodizing or sulfuric anodizing.
  • the electrolytic parameters are imposed by a current density and a conductivity of the bath.
  • the current density is preferably set at about 55 to 65 A / dm 2
  • the voltage is set from 20 to about 21 V
  • the intensity is fixed from 280 to 350 A approximately.
  • the hydrated alumina layer formed after the anodization is porous.
  • the applied current density ensures that a sufficient amount of pores has been formed.
  • the method according to the invention may further comprise at least one of the following steps, prior to step i 0 ):
  • step a) and step b) can be carried out concomitantly.
  • the method according to the invention may further comprise the following step, prior to step i 0 ):
  • the method according to the invention may comprise said three steps a), b) and c), step c) being performed after steps a) and b).
  • the purpose of the degreasing step a) is to eliminate the various bodies and particles contained in the greases that may be present on the surface of the elongated electrically conductive element.
  • the degreasing step a) can be carried out by at least partially immersing the elongate electrically conductive element in a solution comprising at least one surfactant as a degreasing agent.
  • the etching step b) serves to remove the oxides that may be present on the surface of the elongated electrically conductive element. he There are several methods of stripping: chemical, electrolytic or mechanical.
  • a chemical etching consisting in removing the oxides by dissolving or even bursting the oxide layer, without attacking the material of the underlying elongate electrically conductive element.
  • the etching step b) can be carried out by at least partially immersing the elongate electrically conductive element in a solution comprising a base as a etchant.
  • step a) and step b) are performed concomitantly, a single solution comprising a degreasing agent and a etchant may be used to both etch and degrease the elongate electrically conductive member.
  • the neutralization step c) makes it possible to condition the elongated electrically conductive element before step i 0 ).
  • the step c) of neutralization consists in conditioning the elongate electrically conductive element by dipping it at least partially in a solution identical to the anodizing bath provided for in FIG. step i 0 ), in order to bring the surface of the electrically conductive element elongated to the same pH as the anodizing bath of step i 0 ).
  • the neutralization step c) can be carried out by at least partially immersing the elongated electrically conductive element in a solution comprising an acid as a neutralizing agent.
  • said elongated electrically conductive element it is preferable first of all to strip and degrease said elongated electrically conductive element, by dipping it in a solution of sodium hydroxide and surfactants, such as, for example, the solution GARDOCLEAN referenced by the company CHEMETALL (30-50 g / L of sodium hydroxide), in particular at a temperature ranging from 40 to 60 ° C., for a period of about 30 seconds. Then, said elongated electrically conductive element can be immersed in a solution of sulfuric acid (20% by weight of sulfuric acid in distilled water) to perform the step c) of neutralization, preferably at room temperature (ie 25 ° C), for 10 seconds.
  • a solution of sodium hydroxide and surfactants such as, for example, the solution GARDOCLEAN referenced by the company CHEMETALL (30-50 g / L of sodium hydroxide), in particular at a temperature ranging from 40 to 60 ° C., for a period of about 30
  • Step i 0 can then be performed.
  • an elongated electrically conductive element of aluminum alloy for example of diameter 3 mm, can be anodized by forming a layer of hydrated alumina all around said elongate electrically conductive element, by sulfuric anodizing (20 to 30 mm). % by weight of sulfuric acid in distilled water) at a temperature of 30 ° C, or by phosphoric anodization (8 to 30% by weight of phosphoric acid in distilled water) at room temperature (ie ° C), under the application of a current density between 55 and 65 A / dm 2 . Said elongated electrically conductive element made of aluminum alloy is thus covered with a layer of hydrated alumina.
  • the hydrated alumina layer obtained after step i 0 ) can be porous.
  • the pores are optionally arranged substantially uniformly (or homogeneously) all along the outer surface of the alumina layer, and they may all have substantially the same dimensions.
  • the method according to the invention further comprises, after step i 0 ), and in particular anodizing, the following step:
  • Step ii) makes it possible to improve the compactness of the hydrated alumina layer.
  • Step ii) all the pores on the surface of the hydrated alumina layer are capped.
  • Step ii) may for example be performed by hydrating said elongate electrically conductive member by immersing said elongate electrically conductive member in boiling water or hot water.
  • the clogging may be carried out in water optionally with an additive, for example nickel salt at a temperature above 80 ° C, preferably between 90 and 95 ° C.
  • an additive for example nickel salt at a temperature above 80 ° C, preferably between 90 and 95 ° C.
  • said elongated electrically conductive element obtained after step i 0 ) or said elongated electrically conductive element obtained after step ii), is rinsed with osmosis water.
  • the third subject of the present invention is a composite material obtained according to the process according to the second subject of the invention.
  • the composite material obtained according to the process according to the second subject of the invention may be a composite material as defined in the first subject of the invention.
  • the present invention also has for fourth object an electrical cable comprising at least one composite material according to the first subject of the invention or obtained according to the method according to the second subject of the invention.
  • the cable has improved mechanical and electrical properties.
  • the composite material is used as an elongated electrically conductive member in said cable.
  • the composite material may be in the form of a composite strand of round, trapezoidal or Z-shaped cross section.
  • the cable comprises a plurality of composite strands, and preferably an assembly of composite strands.
  • This assembly can in particular form at least one layer of the continuous envelope type, for example of circular or oval cross-section or still square.
  • the cable may be an OHL cable.
  • it may comprise an elongated reinforcing member, preferably a central one, said assembly being positionable around the elongated reinforcing member.
  • the composite strands When the composite strands are of round cross section, they can have a diameter ranging from 2.25 mm to 4.75 mm. When the strands are of non-round cross section, their equivalent diameter in round section can also range from 2.25 mm to 4.75 mm.
  • the elongate reinforcing member is surrounded by at least one layer of a composite strand assembly.
  • the composite strands constituting at least one layer of an assembly of composite strands are capable of conferring on said layer a substantially regular surface, each constituent strand of the layer possibly having a cross-section of shape complementary to the x) strand (s) which is / are adjacent to it (s).
  • each constituent strand of the layer may in particular have a cross section of shape complementary to the (x) strand (s) which is / are adjacent thereto ( s) "is understood to mean that: the juxtaposition or the interlocking of all the constituent strands of the layer forms a continuous envelope (without irregularities), for example of circular or oval or square section.
  • the Z-shaped or trapezoid-shaped cross-section strands make it possible to obtain a regular envelope, unlike the strands. of round cross section.
  • strands of Z-shaped cross-section are preferred.
  • said layer formed by the assembly of the composite strands has a ring-shaped cross section.
  • the elongated reinforcing member may be typically a composite or metallic member.
  • a composite or metallic member By way of example, mention may be made of steel strands or composite strands of aluminum in an organic matrix.
  • the composite strands may be twisted around the elongate reinforcing member, especially when the cable comprises an assembly of composite strands.
  • the electrical cable of the invention comprises at least one electrically insulating layer surrounding said composite material or the plurality of composite materials, said electrically insulating layer comprising at least one polymeric material.
  • the polymer material of the electrically insulating layer of the cable of the invention may be chosen from crosslinked and non-crosslinked polymers, polymers of the inorganic type and of the organic type.
  • the polymeric material of the electrically insulating layer may be a homo- or co-polymer having thermoplastic and / or elastomeric properties.
  • the polymers of the inorganic type may be polyorganosiloxanes.
  • the organic type polymers may be polyolefins, polyurethanes, polyamides, polyesters, polyvinyls or halogenated polymers such as fluorinated polymers (e.g., polytetrafluoroethylene PTFE) or chlorinated polymers (e.g., polyvinyl chloride PVC).
  • fluorinated polymers e.g., polytetrafluoroethylene PTFE
  • chlorinated polymers e.g., polyvinyl chloride PVC
  • the polyolefins may be chosen from ethylene and propylene polymers.
  • ethylene polymers Linear Low Density Polyethylenes (LLDPE), Low Density Polyethylenes (LDPE), Medium Density Polyethylenes (MDPE), High Density Polyethylenes (HDPE), Ethylene Vinyl Acetate (EVA) Copolymers, Copolymers D ethylene and butyl acrylate (EBA), methyl acrylate (EMA), 2-hexylethyl acrylate (2HEA), copolymers of ethylene and alpha-olefins such as for example polyethylene-octene ( PEO), copolymers of ethylene and propylene (EPR), copolymers of ethylene / ethyl acrylate (EEA), or terpolymers of ethylene and propylene (EPT) such as for example terpolymers of ethylene propylene diene monomer (EPDM).
  • LLDPE Linear Low Density Polyethylenes
  • the electric cable according to the invention may be an electric cable type energy cable.
  • the cable of the invention may comprise a composite material according to the first subject of the invention or obtained according to the method according to the second subject of the invention, a first semiconductor layer surrounding said composite material, an electrically layer insulation surrounding the first semiconductor layer and a second semiconductor layer surrounding the electrically insulating layer.
  • the electrically insulating layer is as defined above.
  • the first semiconductor layer, the electrically insulating layer and the second semiconductor layer constitute a three-layer insulation.
  • the electrically insulating layer is in direct physical contact with the first semiconductor layer
  • the second semiconductor layer is in direct physical contact with the electrically insulating layer.
  • the electrical cable of the invention may further comprise a metal screen surrounding the second semiconductor layer.
  • This metal screen can be a "wired” screen composed of a set of copper or aluminum conductors arranged around and along of the second semiconductor layer, a screen called “ribbon” composed of one or more conductive metal ribbons laid helically around the second semiconductor layer, or a so-called “waterproof” type screen metal tube surrounding the second semiconductor layer.
  • This last type of screen makes it possible in particular to provide a moisture barrier that tends to penetrate the electrical cable radially.
  • All types of metal screens can play the role of grounding the electric cable and can thus carry fault currents, for example in the event of a short circuit in the network concerned.
  • the cable of the invention may comprise an outer protective sheath surrounding the second semiconductor layer, or more particularly surrounding said metal screen when it exists.
  • This outer protective sheath can be made conventionally from suitable thermoplastic materials such as HDPE, MDPE or LLDPE; or else materials retarding the propagation of the flame or resistant to the propagation of the flame. In particular, if they do not contain halogen, it is called cladding type HFFR (for the Anglicism "Halogen Free Flame Retardant").
  • Figure 1 schematically shows a structure, in cross section, of a first variant of an electric cable according to the invention.
  • Figure 2 schematically shows a structure, in cross section, a second variant of an electric cable according to the invention.
  • FIG. 3 schematically represents a variant of a method of manufacturing a composite material according to the invention.
  • FIG. 4 represents two images of a composite material obtained at the end of step ii) according to the method of the invention.
  • FIG. 5 represents an image and a transverse section of a composite material according to the invention obtained at the end of step iii) according to the method of the invention.
  • FIG. 6 shows the inside of a composite material according to the invention obtained at the end of step iii) according to the method of the invention.
  • FIG. 1 represents a first variant of an electric cable 1 according to the invention, seen in cross section, comprising a composite material 2 according to the first subject of the invention or obtained according to the method according to the second subject of the invention and an electrically insulating layer 3 surrounding said composite material 2.
  • FIG. 2 represents a second variant of an OHL type electric high voltage electrical transmission cable 4 according to the invention, seen in cross-section, comprising three layers of an assembly 5 of composite strands 6, each composite strand consisting of a composite material according to the invention. These three layers 5 surround an elongated central reinforcing element 7.
  • the composite strands 6 constituting said layers 5 have a Z-shaped cross section (or of "S" shape according to the orientation of the Z).
  • the elongated central reinforcing element 7 shown in FIG. 2 may be, for example, steel strands 8 or composite aluminum strands in an organic matrix.
  • FIG. 3 represents a device 9 that can be used to manufacture a composite material according to the process according to the invention.
  • the device comprises a tank 10 for containing a molten aluminum bath or molten aluminum alloy and transport means 11 for conveying an elongated electrically conductive element comprising a layer of hydrated alumina 13 to said tank 10
  • transport means 11 for conveying an elongated electrically conductive element comprising a layer of hydrated alumina 13 to said tank 10
  • an elongated electrically conductive element made of aluminum or aluminum alloy comprising a layer of hydrated alumina coated with aluminum or a molten aluminum alloy is directly cooled to the outlet of the tank 10, in particular using cooling means 12, to obtain a solid mass (step ii)).
  • the solid mass is fed to rolling means 14 arranged after the cooling means 12 to perform step iii).
  • An electrically conductive aluminum alloy element marketed under the reference AI 1370 and comprising a hydrated alumina layer approximately 6 ⁇ m thick was prepared in the following manner:
  • GARDOCLEAN GARDOCLEAN referenced marketed by CHEMETALL
  • Step i 0 a hydrated alumina layer approximately 6 ⁇ m thick was formed around the electrically conductive element obtained previously by anodizing using a current density of about 60 A / dm 2 and a voltage of about 22V.
  • the elongated electrically conductive elements have been placed in a cylindrical mold.
  • the composite material of the invention therefore has improved mechanical strength while ensuring good electrical conductivity to be used as an elongated electrically conductive member of an electrical cable and / or telecommunications.
  • FIG. 4 shows two photos of the composite material before step iii) of extrusion and
  • FIG. 5 shows two photos of the composite material obtained after extrusion step iii) of extrusion.
  • Figure 6 shows the dispersion of the alumina particles (in gray) within the aluminum alloy matrix.

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Abstract

La présente invention se rapporte à un matériau composite à base d'aluminium et d'alumine, à son procédé de fabrication et un câble comprenant ledit matériau composite à titre d'élément électriquement conducteur.

Description

MATÉRIAU COMPOSITE ALUMINIUM-ALUMINE ET SON PROCÉDÉ DE
PRÉPARATION
La présente invention se rapporte à un matériau composite à base d'aluminium et d'alumine, à son procédé de fabrication et un câble comprenant ledit matériau composite à titre d'élément électriquement conducteur.
Elle s'applique typiquement mais non exclusivement, aux câbles d'énergie à basse tension (notamment inférieure à 6kV) ou à moyenne tension (notamment de 6 à 45-60 kV) ou à haute tension (notamment supérieure à 60 kV, et pouvant aller jusqu'à 800 kV), qu'ils soient en courant continu ou alternatif, dans les domaines du transport d'électricité aérien, sous-marin, terrestre et de l'aéronautique.
Plus particulièrement, l'invention concerne un câble électrique présentant de bonnes propriétés mécaniques, notamment en termes de résistance mécanique à la traction et de bonnes propriétés électriques, notamment en termes de conductivité électrique.
Il est connu de remplacer des conducteurs en cuivre ou en alliage de cuivre par des conducteurs en aluminium ou en alliage d'aluminium . Bien que l'aluminium soit plus léger et plus économique que le cuivre, ce métal présente de faibles propriétés mécaniques, notamment en termes de résistance mécanique à la traction, le rendant difficilement utilisable dans le domaine des câbles.
Afin d'améliorer les propriétés mécaniques d'un conducteur en aluminium ou en alliage d'aluminium, US 6,245,425 a décrit un procédé de préparation d'un matériau composite aluminium-alumine, notamment sous la forme d'un fil continu, comprenant une étape d'imprégnation d'un matériau fibreux constitué de fibres d'alumine polycristallines (α-ΑΙ203) par de l'aluminium fondu et une étape au cours de laquelle le matériau fibreux imprégné et recouvert d'aluminium fondu est solidifié. En particulier, l'imprégnation est réalisée en continu avec un dispositif approprié émettant des ultrasons ou à l'aide d'un moule sous haute pression. Le matériau composite obtenu comprend de 30 à 70% en volume environ de fibres d'alumine et présente une résistance mécanique à la traction supérieure ou égale à 1,38 GPa . Toutefois, ledit matériau composite présente une conductivité électrique trop faible (e.g . 30% IACS environ) inadaptée pour une application dans le domaine des câbles, et une résistance mécanique trop élevée pour être facilement manipulé. Par ailleurs, le procédé permettant d'obtenir ledit matériau met en œuvre des matières premières coûteuses.
Ainsi, le but de la présente invention est de fournir un matériau composite à base d'aluminium présentant une conductivité électrique améliorée et une résistance mécanique optimisée pour pouvoir être manipulé facilement pour une utilisation dans le domaine des câbles, notamment comme élément électriquement conducteur d'un câble d'énergie et/ou de télécommunications. Un autre but de l'invention est de fournir un procédé simple et économique de préparation d'un tel matériau composite.
L'invention a donc pour premier objet un matériau composite comprenant une matrice en aluminium ou en alliage d'aluminium et des particules d'alumine dispersées dans ladite matrice en aluminium ou en alliage d'aluminium .
Le matériau composite de l'invention présente une conductivité électrique améliorée et une résistance mécanique optimisée pour pouvoir être manipulé facilement, notamment pour une utilisation dans le domaine des câbles, en particulier comme élément électriquement conducteur d'un câble d'énergie et/ou de télécommunications.
Le matériau composite comprend de préférence de 1 à 10 000 ppm environ d'alumine, et de préférence de 100 à 5000 ppm environ d'alumine.
Dans la présente invention, l'expression « ppm » signifie « partie par million » et concerne une fraction massique.
Le matériau composite présente de préférence une conductivité électrique d'au moins 45% IACS (International Annealed Copper Standard) environ, de préférence encore d'au moins 50% IACS, et encore plus préférentiellement d'au moins 55% IACS environ.
Le matériau composite présente de préférence une résistance mécanique à la traction allant de 70 à 500 MPa environ, et de préférence encore de 130 à 400 MPa environ.
Le matériau composite comprend de préférence des particules d'alumine uniformément dispersées dans une matrice en aluminium ou en alliage d'aluminium.
Les particules d'alumine du matériau composite ont de préférence une forme irrégulière et/ou aléatoire.
Dans un mode de réalisation particulier, les particules d'alumine sont sous la forme d'aiguilles ou de plaques ou comprennent des particules d'alumine sous la forme d'aiguilles ou de plaques.
Selon une forme de réalisation préférée, les particules d'alumine ne sont pas sphériques.
Les particules d'alumine présentent de préférence une épaisseur (l'épaisseur étant définie comme la dimension la plus petite de chacune desdites particules) d'au moins 0, 1 pm environ, et de préférence d'au moins 0,5 pm environ.
Selon une forme de réalisation de l'invention, les particules d'alumine présentent une taille moyenne allant de 0, 1 à 50 pm environ, de préférence de 0,1 à 10 pm environ, de préférence encore de 0,5 à 10 pm environ, et de préférence encore de 1 à 10 pm environ.
La taille moyenne des particules d'alumine est mesurée par microscopie électronique à balayage (MEB).
Selon une forme de réalisation de l'invention, le matériau composite présente une porosité d'au plus 1% en volume environ, et de préférence il est non poreux.
La teneur en aluminium de l'alliage d'aluminium de la matrice peut être d'au moins 80% en masse, et de préférence d'au moins 95% en masse, par rapport à la masse totale de l'alliage d'aluminium .
L'alliage d'aluminium peut être choisi parmi les alliages d'aluminium des séries 1000 (i.e. 99% d'aluminium minimum), 5000 (i.e. comprenant au moins du magnésium), 6000 (i.e. comprenant au moins du magnésium et du silicium) et 8000 (i.e. comprenant moins de 99% d'aluminium).
L'alliage d'aluminium peut comprendre en outre une ou plusieurs impuretés inévitables.
À titre d'exemples d'alliages d'aluminium pouvant être utilisés dans le matériau composite de l'invention, on peut citer les alliages AI1120, AI 1370 AI6101, AI6201, AI8030, AI8076 et les alliages thermiques
De préférence, le matériau composite ne comprend pas de fibres d'alumine. De cette manière, le matériau composite n'est pas trop rigide et peut être manipulé facilement, notamment pour une utilisation dans le domaine des câbles.
De préférence, le matériau composite de l'invention est exempt de polymère(s) organique(s). En effet, la présence de polymères organiques peut dégrader ses propriétés électriques, notamment sa conductivité électrique.
Le matériau composite est de préférence uniquement constitué de la matrice d'aluminium ou d'alliage d'aluminium et des particules d'alumine dispersées dans ladite matrice d'aluminium ou d'alliage d'aluminium .
Le matériau composite de l'invention est de préférence sous la forme d'une masse solide.
En d'autres termes, il n'est pas de préférence sous la forme pulvérulente.
L'invention a donc pour deuxième objet un procédé de préparation d'un matériau composite comprenant une matrice en aluminium ou en alliage d'aluminium et des particules d'alumine dispersées dans ladite matrice en aluminium ou en alliage d'aluminium, caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes suivantes :
i) mettre en contact au moins un élément électriquement conducteur allongé en aluminium ou en alliage d'aluminium comprenant une couche d'alumine hydratée, avec de l'aluminium fondu ou un alliage d'aluminium fondu, ii) former une masse solide à base d'alumine et d'aluminium, et iii) casser la couche d'alumine hydratée au sein de la masse solide, afin de former un matériau composite comprenant une matrice en aluminium ou en alliage d'aluminium et des particules d'alumine dispersées dans ladite matrice en aluminium ou en alliage d'aluminium.
Grâce au procédé de métallurgie liquide de l'invention, un matériau composite comprenant des particules d'alumine dispersées dans une matrice d'aluminium ou d'alliage d'aluminium peut être facilement formé, tout en présentant de bonnes propriétés mécaniques, notamment en termes de résistance mécanique à la traction, et de conductivité électrique, en particulier grâce à la dispersion homogène des particules d'alumine dans la matrice d'aluminium ou d'alliage d'aluminium . Par ailleurs, il permet d'éviter toute manipulation de poudre de métal et/ou d'oxyde de métal. Le procédé est simple, facile à mettre en œuvre et économique.
Le ou les éléments électriquement conducteurs allongés utilisés dans l'étape i) présentent généralement un diamètre allant de 1 à 20 mm environ.
Le ou les éléments électriquement conducteurs allongés utilisés dans l'étape i) sont sous la forme de masse(s) solide(s).
Le ou les éléments électriquement conducteurs allongés utilisés dans l'étape i) sont généralement des fils machines anodisés.
Dans l'invention, la couche d'alumine hydratée est une couche d'hydroxyde d'alumine ou d'hydroxyde d'oxyde d'aluminium .
La couche d'alumine hydratée peut être une couche d'alumine monohydratée ou une couche d'alumine polyhydratée telle que par exemple une couche d'alumine trihydratée.
À titre d'exemple de couche d'alumine monohydratée, on peut citer une couche de boéhmite, qui est le polymorphe gamma de AIO(OH) ou AI2O3. H2O ; ou de diaspore, qui est le polymorphe alpha de AIO(OH) ou À titre d'exemple de couche d'alumine trihydratée, , on peut citer une couche de gibbsite ou d'hydrargillite, qui est le polymorphe gamma de AI(OH)3 ; une couche de bayerite qui est le polymorphe alpha de AI(OH)3 ; ou une couche de nordstrandite, qui est le polymorphe béta de AI(OH)3.
De préférence, la couche d'alumine hydratée est directement en contact physique avec l'élément électriquement conducteur allongé en aluminium ou en alliage d'aluminium. En d'autres termes, il n'y a pas de couche(s) intercalée(s) entre la couche d'alumine hydratée et ledit élément électriquement conducteur allongé en aluminium ou en alliage d'aluminium.
La couche d'alumine hydratée peut avoir une épaisseur allant de 1 à 50 pm environ, et de préférence de 4 à 20 pm environ.
Dans un mode de réalisation particulier, l'aluminium fondu ou l'alliage d'aluminium fondu de l'étape i) est porté à une température allant de 660°C à 900°C environ, et de préférence de 660°C à 760°C environ.
L'étape i) peut être effectuée selon l'une quelconque des méthodes suivantes :
- couler de l'aluminium fondu ou un alliage d'aluminium fondu sur ledit élément électriquement conducteur allongé en aluminium ou en alliage d'aluminium comprenant une couche d'alumine hydratée, ou
- passer en continu ledit élément électriquement conducteur allongé en aluminium ou en alliage d'aluminium comprenant une couche d'alumine hydratée à travers un bain d'aluminium fondu ou d'un alliage d'aluminium fondu (méthode également connue sous l'anglicisme « dip forming »).
A l'issue de l'étape i), l'élément électriquement conducteur allongé en aluminium ou en alliage d'aluminium comprenant une couche d'alumine hydratée est revêtu d'au moins une couche d'aluminium fondu ou d'un alliage d'aluminium fondu entourant la couche d'alumine hydratée.
L'étape i) effectuée par coulée d'aluminium fondu ou d'un alliage d'aluminium fondu sur ledit élément électriquement conducteur allongé peut comprendre les sous-étapes suivantes (procédé non continu) : i-a) placer au moins un élément électriquement conducteur allongé en aluminium ou en alliage d'aluminium comprenant une couche d'alumine hydratée dans un contenant, et
i-b) couler de l'aluminium fondu ou un alliage d'aluminium fondu dans ledit contenant.
Le contenant peut être un moule, et en particulier un moule cylindrique.
L'étape i) effectuée par coulée en non continu est particulièrement adaptée lorsque plusieurs éléments électriquement conducteurs allongés en aluminium ou en alliage d'aluminium comprenant une couche d'alumine hydratée sont utilisés. Ils sont alors par exemple placés dans un contenant tel que défini dans l'invention, puis l'aluminium ou l'alliage d'aluminium fondu est coulé sur l'ensemble des éléments électriquement conducteurs allongés contenus dans ledit contenant.
L'étape i) effectuée par coulée d'aluminium fondu ou d'un alliage d'aluminium fondu sur ledit élément électriquement conducteur allongé peut comprendre les sous-étapes suivantes (procédé continu) :
i-a') placer au moins un élément électriquement conducteur allongé en aluminium ou en alliage d'aluminium comprenant une couche d'alumine hydratée sur une roue de coulée, et
i-b') couler de l'aluminium fondu ou un alliage d'aluminium fondu sur la roue de coulée.
L'étape i) effectuée par passage en continu dudit élément électriquement conducteur allongé à travers un bain d'aluminium fondu ou d'un alliage d'aluminium fondu peut comprendre les sous-étapes suivantes : i-A) placer au moins un élément électriquement conducteur allongé en aluminium ou en alliage d'aluminium comprenant une couche d'alumine hydratée dans un dispositif comprenant au moins une cuve destinée à contenir un bain d'aluminium fondu ou d'un alliage d'aluminium fondu et des moyens de transport servant à acheminer ledit élément électriquement conducteur allongé vers ladite cuve, et
i-B) faire passer en continu ledit au moins un élément électriquement conducteur allongé à travers ledit bain d'aluminium fondu ou d'un alliage d'aluminium fondu.
L'étape i) effectuée par « dip forming » peut être mise en œuvre avec un ou plusieurs éléments électriquement conducteurs allongés en aluminium ou en alliage d'aluminium comprenant une couche d'alumine hydratée.
L'étape ii) est une étape de solidification.
L'étape ii) est généralement effectuée à l'air, notamment à 20°C environ.
La masse solide obtenue à l'issue de l'étape ii) peut être de type monobloc tel que par exemple un barreau ou un cylindre massif.
Lorsque l'étape i) est effectuée par coulée en non continu, l'étape ii) peut consister à retirer du contenant ledit au moins un élément électriquement conducteur allongé en aluminium ou en alliage d'aluminium comprenant une couche d'alumine hydratée et revêtu d'aluminium ou d'un alliage d'aluminium fondu obtenu à l'issue de l'étape i), puis à le refroidir pour obtenir une masse solide.
Lorsque l'étape i) est effectuée par coulée en continu (i.e. avec une roue de coulée), l'étape ii) peut consister à refroidir ledit au moins un élément électriquement conducteur allongé en aluminium ou en alliage d'aluminium comprenant une couche d'alumine hydratée et revêtu d'aluminium ou d'un alliage d'aluminium fondu obtenu à l'issue de l'étape i), directement à la sortie de la roue de coulée, notamment à l'aide de moyens de refroidissement, pour obtenir une masse solide.
Le refroidissement peut également avoir lieu ultérieurement dans un laminoir, en particulier en présence d'eau et éventuellement de lubrifiants.
Lorsque l'étape i) est effectuée par « dip forming », l'étape ii) peut consister à refroidir ledit au moins un élément électriquement conducteur allongé en aluminium ou en alliage d'aluminium comprenant une couche d'alumine hydratée et revêtu d'aluminium ou d'un alliage d'aluminium fondu obtenu à l'issue de l'étape i), directement à la sortie de la cuve, notamment à l'aide de moyens de refroidissement contenus dans le dispositif tel que défini ci-dessus, pour obtenir une masse solide.
Le refroidissement peut également avoir lieu ultérieurement dans un laminoir, en particulier en présence d'eau et éventuellement de lubrifiants.
L'étape iii) est une étape de déformation de la masse solide qui permet de casser la couche d'alumine hydratée.
En particulier, elle permet de casser ou d'exploser la couche d'alumine hydratée et de répartir de façon uniforme des particules d'alumine dans une matrice d'aluminium ou d'un alliage d'aluminium.
Lorsque plusieurs éléments électriquement conducteurs sont utilisés dans l'étape i), l'étape iii) permet de casser l'ensemble des couches d'alumine hydratée.
L'étape iii) peut être une étape de laminage ou d'extrusion.
Lorsque l'étape iii) est une étape de laminage, elle est généralement effectuée à froid, notamment à une température allant de 5 à 40°C environ, ou à chaud, notamment à une température allant de 40 à 600°C environ.
Lorsque l'étape iii) est une étape d'extrusion, elle est généralement effectuée à une température allant de 20 à 650°C environ.
L'extrusion peut être directe, indirecte ou isostatique.
L'étape iii) de laminage est particulièrement appropriée lorsque l'étape i) est effectuée selon un procédé continu, c'est-à-dire par passage en continu dudit au moins un élément électriquement conducteur allongé en aluminium ou en alliage d'aluminium comprenant une couche d'alumine hydratée à travers un bain d'aluminium fondu ou d'un alliage d'aluminium fondu (« dip forming ») ou par coulée en continu d'aluminium fondu ou d'un alliage d'aluminium fondu sur au moins un élément électriquement conducteur allongé en aluminium ou en alliage d'aluminium comprenant une couche d'alumine hydratée placé sur une roue de coulée.
Dans ce mode de réalisation, les étapes i), ii) et iii) peuvent alors être réalisées en continu.
En particulier, le dispositif de « dip forming » tel que défini ci-dessus peut comprendre en outre des moyens de laminage (e.g. laminoir) disposés après les moyens de refroidissement tels que définis ci-dessus.
La masse solide peut alors être amenée vers lesdits moyens de laminage disposés après les moyens de refroidissement pour effectuer l'étape iii).
L'étape iii) d'extrusion, notamment d'extrusion directe, indirecte ou isostatique, est particulièrement appropriée lorsque l'étape i) est effectuée en coulant de l'aluminium fondu ou un alliage d'aluminium fondu sur ledit au moins un élément électriquement conducteur allongé en aluminium ou en alliage d'aluminium comprenant une couche d'alumine hydratée placé dans un contenant (procédé non continu).
A l'issue de T'étape iii), un matériau composite de diamètre allant de 2 à 350 mm environ peut ainsi être obtenu.
A l'issue de T'étape iii), le matériau composite est généralement de forme allongé.
Ainsi, le procédé de l'invention permet de former en trois étapes un matériau composite comprenant une matrice en aluminium ou en alliage d'aluminium et des particules d'alumine uniformément réparties dans ladite matrice.
Le procédé peut comprendre en outre une étape iv) de mise en forme du matériau composite obtenu à l'étape précédente iii), afin d'obtenir un matériau composite ayant les dimensions et la forme voulues.
L'étape iv) peut en particulier comprendre la ou les étapes suivantes : une étape de filage et/ou une étape de tréfilage et/ou une étape de laminage et/ou une étape d'extrusion de type conform (i.e. extrusion continue) du matériau composite de l'étape iii). L'étape iv) peut être effectuée à une température d'au plus 80°C environ.
Lorsque l'étape i) est effectuée par « dip forming » ou par coulée en continu (i.e. avec une roue de coulée) et l'étape iii) par laminage, l'étape iv) comprend de préférence une étape de tréfilage et/ou une étape d'extrusion de type conform.
Lorsque l'étape i) est effectuée par coulée en non continu et l'étape iii) par extrusion, l'étape iv) comprend de préférence une étape de laminage et/ou de tréfilage et/ou d'extrusion de type conform .
Le procédé peut comprendre en outre après l'étape iii) ou l'étape iv), une étape v) de chauffage.
Cette étape permet notamment d'augmenter l'allongement mécanique du matériau composite de l'étape iii) ou de l'étape iv).
Cette étape est conventionnellement appelée étape « de recuit » également connue sous l'anglicisme « annealing step ». L'étape de recuit permet d'augmenter l'allongement mécanique d'un élément métallique en le chauffant, et ainsi de pouvoir le déformer facilement une fois recuit.
Dans un mode de réalisation particulier, l'étape v) est réalisée à une température allant de 200°C à 500°C environ.
Dans un mode de réalisation particulier, la durée de l'étape v) varie de
10 minutes à 20 heures environ.
En particulier, l'étape de chauffage v) a pour but d'assouplir le matériau composite de l'étape iii) ou de l'étape iv), c'est-à-dire d'éliminer une partie de la déformation provoquée notamment par l'étape iii) ou iv) (e.g . tréfilage), sans modifier la structure du matériau composite obtenu à l'issue de l'étape iii).
Dans un mode de réalisation particulier, l'étape v) peut conduire à un élément électriquement conducteur allongé présentant une élongation à la rupture allant de 5 à 50% environ, et de préférence de 20 à 40% environ.
Le chauffage selon l'étape v) peut être réalisé à l'aide d'un four électrique (i.e. four à résistance) et/ou d'un four à induction et/ou d'un four à gaz.
Selon un mode de réalisation, le procédé de l'invention comprend en outre avant l'étape i), une étape i0) de formation de la couche d'alumine hydratée.
Cette étape peut être effectuée par conversion chimique.
Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, l'étape i0) du procédé est effectuée par anodisation.
L'anodisation est un traitement de surface qui permet de former par oxydation anodique, à partir d'un élément électriquement conducteur allongé en aluminium ou en alliage d'aluminium, la couche d'alumine hydratée. Ainsi, l'anodisation va consommer une partie de l'élément électriquement conducteur allongé pour former ladite couche d'alumine hydratée.
Lors de l'anodisation, la couche d'alumine hydratée se forme à partir de la surface de l'élément électriquement conducteur allongé vers le cœur dudit élément électriquement conducteur allongé, contrairement à un dépôt électrolytique.
L'anodisation est classiquement basée sur le principe de l'électrolyse de l'eau. Elle consiste à immerger l'élément électriquement conducteur allongé dans un bain d'anodisation, ledit élément électriquement conducteur allongé étant placé au pôle positif d'un générateur de courant continu.
Le bain d'anodisation est plus particulièrement un bain acide, de préférence un bain d'acide phosphorique ou un bain d'acide sulfurique. On parle alors respectivement d'anodisation phosphorique ou d'anodisation sulfurique.
Lorsque la couche d'alumine hydratée est formée avantageusement par anodisation, les paramètres électrolytiques sont imposés par une densité de courant et une conductivité du bain. Pour une épaisseur souhaitée sur un élément électriquement conducteur allongé prototype de 8 à 10 pm environ, la densité de courant est préférentiellement fixée de 55 à 65 A/dm2 environ, la tension est fixée de 20 à 21 V environ, et l'intensité est fixée de 280 à 350 A environ.
La couche d'alumine hydratée formée à l'issue de l'anodisation est poreuse.
La densité de courant appliquée permet de garantir qu'une quantité suffisante de pores a été formée.
Le procédé conforme à l'invention peut comprendre en outre au moins l'une des étapes suivantes, préalables à l'étape i0) :
a) dégraisser ledit élément électriquement conducteur allongé, et/ou b) décaper ledit élément électriquement conducteur allongé.
De préférence, l'étape a) et l'étape b) peuvent être réalisées de façon concomitante.
Par ailleurs, le procédé conforme à l'invention peut comprendre en outre l'étape suivante, préalable à l'étape i0) :
c) Neutraliser ledit élément électriquement conducteur allongé.
Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, le procédé conforme à l'invention peut comprendre lesdites trois étapes a), b) et c), l'étape c) étant réalisée après les étapes a) et b).
L'étape de dégraissage a) a pour objet d'éliminer les différents corps et particules contenus dans les graisses susceptibles d'être présentes sur la surface de l'élément électriquement conducteur allongé.
Elle peut être effectuée par voie chimique ou aidée par voie électrolytique.
À titre d'exemple, l'étape a) de dégraissage peut être réalisée en plongeant au moins partiellement l'élément électriquement conducteur allongé dans une solution comprenant au moins un tensio-actif en tant qu'agent dégraissant.
L'étape de décapage b) sert à éliminer les oxydes susceptibles d'être présents sur la surface de l'élément électriquement conducteur allongé. Il existe plusieurs méthodes de décapage : chimique, électrolytique ou mécanique.
De préférence, on pourra utiliser un décapage chimique consistant à éliminer les oxydes par dissolution, voire par éclatement de la couche d'oxyde, sans attaquer le matériau de l'élément électriquement conducteur allongé sous-jacent.
À titre d'exemple, l'étape b) de décapage peut être réalisée en plongeant au moins partiellement l'élément électriquement conducteur allongé dans une solution comprenant une base en tant qu'agent décapant.
Lorsque l'étape a) et l'étape b) sont réalisées concomitamment, une unique solution comprenant un agent dégraissant et un agent décapant peut être utilisée pour à la fois décaper et dégraisser l'élément électriquement conducteur allongé.
L'étape de neutralisation c) permet de conditionner l'élément électriquement conducteur allongé, avant l'étape i0).
Plus particulièrement, lorsque l'étape i0) est une étape d'anodisation, l'étape c) de neutralisation consiste à conditionner l'élément électriquement conducteur allongé en le plongeant au moins partiellement dans une solution identique au bain d'anodisation prévu à l'étape i0), afin de mettre la surface de l'élément électriquement conducteur allongé au même pH que le bain d'anodisation de l'étape i0).
Cette solution permet en outre d'une part d'éliminer certaines traces d'oxydes pouvant nuire à l'anodisation, et d'autre part d'éliminer les éventuels résidus de l'agent décapant. La neutralisation permet de mettre la surface de l'aluminium au même pH que le bain anodique.
À titre d'exemple, l'étape c) de neutralisation peut être réalisée en plongeant au moins partiellement l'élément électriquement conducteur allongé dans une solution comprenant un acide en tant qu'agent neutralisant.
À titre d'exemple, il est préférable tout d'abord de décaper et de dégraisser ledit élément électriquement conducteur allongé, en le plongeant dans une solution de soude et de tensio-actifs telle que par exemple la solution référencée GARDOCLEAN commercialisé par la société CHEMETALL (30-50 g/L de soude), notamment à une température allant de 40 à 60°C environ, pendant une durée de 30 secondes environ. Puis, ledit élément électriquement conducteur allongé peut être plongé dans une solution d'acide sulfurique (20% en poids d'acide sulfurique dans de l'eau distillée) pour effectuer l'étape c) de neutralisation, de préférence à température ambiante (i.e. 25°C), pendant 10 secondes.
L'étape i0) peut ensuite être réalisée.
À titre d'exemple, un élément électriquement conducteur allongé en alliage d'aluminium, par exemple de diamètre 3 mm, peut être anodisé en formant une couche d'alumine hydratée tout autour dudit élément électriquement conducteur allongé, par anodisation sulfurique (20 à 30% en poids d'acide sulfurique dans de l'eau distillée) à une température de 30°C, ou par anodisation phosphorique (8 à 30% en poids d'acide phosphorique dans de l'eau distillée) à température ambiante (i.e. 25°C), sous l'application d'une densité de courant comprise entre 55 et 65 A/dm2. Ledit élément électriquement conducteur allongé en alliage d'aluminium obtenu est ainsi recouvert d'une couche d'alumine hydratée.
La couche d'alumine hydratée obtenue à l'issue de l'étape i0) peut être poreuse. Les pores sont éventuellement agencés de façon sensiblement régulière (ou homogène) tout le long de la surface externe de la couche d'alumine, et ils ont éventuellement tous sensiblement les mêmes dimensions.
Dans un mode de réalisation particulier, le procédé conforme à l'invention comprend en outre après l'étape i0), et notamment d'anodisation, l'étape suivante :
ii) Colmater les pores de ladite couche d'alumine hydratée.
Cette étape ii) permet d'améliorer la compacité de la couche d'alumine hydratée. Suite à cette étape ii), tous les pores en surface de la couche d'alumine hydratée sont bouchés. L'étape ii) peut par exemple être réalisée en effectuant une hydratation à chaud dudit élément électriquement conducteur allongé, en plongeant ledit élément électriquement conducteur allongé dans de l'eau bouillante ou de l'eau chaude.
Le colmatage peut être effectué dans de l'eau avec éventuellement un additif, par exemple du sel de nickel à une température supérieure à 80°C, préférentiellement comprise entre 90 et 95°C.
Avantageusement, ledit élément électriquement conducteur allongé obtenu après l'étape i0) ou ledit élément électriquement conducteur allongé obtenu après l'étape ii), est rincé à l'eau osmosée.
La présente invention a pour troisième objet un matériau composite obtenu selon le procédé conforme au deuxième objet de l'invention.
Le matériau composite obtenu selon le procédé conforme au deuxième objet de l'invention peut être un matériau composite tel que défini dans le premier objet de l'invention.
La présente invention a également pour quatrième objet un câble électrique comprenant au moins un matériau composite conforme au premier objet de l'invention ou obtenu selon le procédé conforme au deuxième objet de l'invention. Ledit câble présente des propriétés mécaniques et électriques améliorées.
Ainsi, le matériau composite est utilisé comme un élément électriquement conducteur allongé dans ledit câble.
Dans un mode de réalisation particulier, le matériau composite peut être sous la forme d'un brin composite de section transversale ronde, trapézoïdale ou en forme de Z.
Dans un mode de réalisation, le câble comprend plusieurs brins composites, et de préférence un assemblage de brins composites.
Cet assemblage peut notamment former au moins une couche du type enveloppe continue, par exemple de section transversale circulaire ou ovale ou encore carrée.
Selon une forme de réalisation particulièrement préférée de l'invention, le câble peut être un câble OHL.
Par conséquent, il peut comprendre un élément allongé de renforcement, de préférence central, ledit assemblage pouvant être positionné autour de l'élément allongé de renforcement.
Lorsque les brins composites sont de section transversale ronde, ils peuvent avoir un diamètre pouvant aller de 2,25 mm à 4,75 mm . Lorsque les brins sont de section transversale non ronde, leur diamètre équivalent en section ronde peut également aller de 2,25 mm à 4,75 mm .
Bien entendu, il est préférable que tous les brins constitutifs d'un assemblage aient la même forme et les mêmes dimensions.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, l'élément allongé de renforcement est entouré par au moins une couche d'un assemblage de brins composites.
De préférence, les brins composites constitutifs d'au moins une couche d'un assemblage de brins composites, sont aptes à conférer à ladite couche une surface sensiblement régulière, chaque brin constitutif de la couche pouvant notamment présenter une section transversale de forme complémentaire au(x) brin(s) qui lui est/sont adjacent(s).
Selon l'invention, par « brins composites apte à conférer à ladite couche une surface sensiblement régulière, chaque brin constitutif de la couche pouvant notamment présenter une section transversale de forme complémentaire au(x) brin(s) qui lui est/sont adjacent(s)», on entend que : la juxtaposition ou l'emboîtement de l'ensemble des brins constitutifs de la couche, forme une enveloppe continue (sans irrégularités), par exemple de section circulaire ou ovale ou encore carrée.
Ainsi, les brins de section transversale en forme de Z ou en forme de trapèze permettent d'obtenir une enveloppe régulière contrairement aux brins de section transversale ronde. En particulier, des brins de section transversale en forme de Z sont préférés.
De manière encore plus préférée, ladite couche formée par l'assemblage des brins composites présente une section transversale en forme d'anneau.
L'élément allongé de renforcement peut être typiquement un élément composite ou métallique. A titre d'exemple, on peut citer des brins d'acier ou des brins composites d'aluminium dans une matrice organique.
Les brins composites peuvent être torsadés autour de l'élément allongé de renforcement, notamment lorsque le câble comprend un assemblage de brins composites.
Dans un mode de réalisation particulier, le câble électrique de l'invention comprend au moins une couche électriquement isolante entourant ledit matériau composite ou la pluralité de matériaux composites, ladite couche électriquement isolante comprenant au moins un matériau polymère.
Le matériau polymère de la couche électriquement isolante du câble de l'invention peut être choisi parmi les polymères réticulés et non réticulés, les polymères du type inorganique et du type organique.
Le matériau polymère de la couche électriquement isolante peut être un homo- ou un co-polymère ayant des propriétés thermoplastiques et/ou élastomères.
Les polymères du type inorganique peuvent être des polyorganosiloxanes.
Les polymères du type organique peuvent être des polyoléfines, des polyuréthanes, des polyamides, des polyesters, des polyvinyliques ou des polymères halogénés tels que des polymères fluorés (e.g . polytétrafluoroéthylène PTFE) ou des polymères chlorés (e.g . polychlorure de vinyle PVC).
Les polyoléfines peuvent être choisies parmi les polymères d'éthylène et de propylène. A titre d'exemple de polymères d'éthylène, on peut citer les polyéthylènes linéaires basse densité (LLDPE), les polyéthylènes basse densité (LDPE), les polyéthylènes moyenne densité (MDPE), les polyéthylènes haute densité (HDPE), les copolymères d'éthylène et d'acétate de vinyle (EVA), les copolymères d'éthylène et d'acrylate de butyle (EBA), d'acrylate de méthyle (EMA), de 2-hexyléthyl acrylate (2HEA), les copolymères d'éthylène et d'alpha-oléfines tels que par exemple les polyéthylène-octène (PEO), les copolymères d'éthylène et de propylène (EPR), les copolymères d'éthylène/éthyle acrylate (EEA), ou les terpolymères d'éthylène et de propylène (EPT) tels que par exemple les terpolymères d'éthylène propylène diène monomère (EPDM).
Plus particulièrement, le câble électrique conforme à l'invention peut être un câble électrique de type câble d'énergie.
Par exemple, le câble de l'invention peut comprendre un matériau composite conforme au premier objet de l'invention ou obtenu selon le procédé conforme au deuxième objet de l'invention, une première couche semi-conductrice entourant ledit matériau composite, une couche électriquement isolante entourant la première couche semi-conductrice et une deuxième couche semi-conductrice entourant la couche électriquement isolante.
La couche électriquement isolante est telle que définie précédemment.
Dans un mode de réalisation particulier, généralement conforme au câble électrique de type câble d'énergie de l'invention, la première couche semi-conductrice, la couche électriquement isolante et la deuxième couche semi-conductrice constituent une isolation tricouche. En d'autres termes, la couche électriquement isolante est directement en contact physique avec la première couche semi-conductrice, et la deuxième couche semi-conductrice est directement en contact physique avec la couche électriquement isolante.
Le câble électrique de l'invention peut comprendre en outre un écran métallique entourant la deuxième couche semi-conductrice.
Cet écran métallique peut être un écran dit « filaire » composé d'un ensemble de conducteurs en cuivre ou en aluminium arrangé autour et le long de la deuxième couche semi-conductrice, un écran dit « rubané » composé d'un ou de plusieurs rubans métalliques conducteurs posé(s) en hélice autour de la deuxième couche semi-conductrice, ou d'un écran dit « étanche » de type tube métallique entourant la deuxième couche semi-conductrice. Ce dernier type d'écran permet notamment de faire barrière à l'humidité ayant tendance à pénétrer le câble électrique en direction radiale.
Tous les types d'écrans métalliques peuvent jouer le rôle de mise à la terre du câble électrique et peuvent ainsi transporter des courants de défaut, par exemple en cas de court-circuit dans le réseau concerné.
En outre, le câble de l'invention peut comprendre une gaine extérieure de protection entourant la deuxième couche semi-conductrice, ou bien entourant plus particulièrement ledit écran métallique lorsqu'il existe. Cette gaine extérieure de protection peut être réalisée classiquement à partir de matériaux thermoplastiques appropriés tels que des HDPE, des MDPE ou des LLDPE ; ou encore des matériaux retardant la propagation de la flamme ou résistant à la propagation de la flamme. Notamment, si ces derniers ne contiennent pas d'halogène, on parle de gainage de type HFFR (pour l'anglicisme « Halogen Free Flame Retardant »).
D'autres couches, telles que des couches gonflantes en présence d'humidité peuvent être ajoutées entre la deuxième couche semi-conductrice et l'écran métallique lorsqu'il existe et/ou entre l'écran métallique et la gaine extérieure lorsqu'ils existent, ces couches permettant d'assurer l'étanchéité longitudinale du câble électrique à l'eau.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière des exemples qui vont suivre en référence aux figures annotées, lesdits exemples et figures étant donnés à titre illustratif et nullement limitatif.
La figure 1 représente de manière schématique une structure, en coupe transversale, d'une première variante d'un câble électrique selon l'invention.
La figure 2 représente de manière schématique une structure, en coupe transversale, d'une seconde variante d'un câble électrique selon l'invention.
La figure 3 représente de manière schématique une variante d'un procédé de fabrication d'un matériau composite selon l'invention. La figure 4 représente deux images d'un matériau composite obtenu à l'issue de l'étape ii) selon le procédé de l'invention.
La figure 5 représente une image et une coupe transverse d'un matériau composite selon l'invention obtenu à l'issue de l'étape iii) selon le procédé de l'invention.
La figure 6 montre l'intérieur d'un matériau composite selon l'invention obtenu à l'issue de l'étape iii) selon le procédé de l'invention.
Pour des raisons de clarté, seuls les éléments essentiels pour la compréhension de l'invention ont été représentés de manière schématique, et ceci sans respect de l'échelle.
La figure 1 représente une première variante d'un câble électrique 1 selon l'invention, vue en coupe transversale, comprenant un matériau composite 2 conforme au premier objet de l'invention ou obtenu selon le procédé conforme au deuxième objet de l'invention et une couche électriquement isolante 3 entourant ledit matériau composite 2. La figure 2 représente une seconde variante d'un câble électrique 4 de transmission électrique à haute tension du type OHL selon l'invention, vue en coupe transversale, comprenant trois couches d'un assemblage 5 de brins composites 6, chaque brin composite étant constitué d'un matériau composite selon l'invention. Ces trois couches 5 entourent un élément central allongé de renforcement 7. Les brins composites 6 constitutifs desdites couches 5 ont une section transversale en forme de Z (ou en de forme « S » selon l'orientation du Z). L'élément central allongé de renforcement 7 représenté dans la figure 2 peut être par exemple des brins d'acier 8 ou des brins composites d'aluminium dans une matrice organique.
Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2, il est possible de modifier le nombre de brins composites 6 de chaque couche 5, leur forme, le nombre de couches 5 ou encore le nombre de brins d'acier ou brins composites 8.
La figure 3 représente un dispositif 9 pouvant être utilisé pour fabriquer un matériau composite selon le procédé conforme à l'invention. Le dispositif comprend une cuve 10 destinée à contenir un bain d'aluminium fondu ou d'un alliage d'aluminium fondu et des moyens de transport 11 servant à acheminer un élément électriquement conducteur allongé comprenant une couche d'alumine hydratée 13 vers ladite cuve 10. À l'issue de l'étape i), un élément électriquement conducteur allongé en aluminium ou en alliage d'aluminium comprenant une couche d'alumine hydratée et revêtu d'aluminium ou d'un alliage d'aluminium fondu est directement refroidi à la sortie de la cuve 10, notamment à l'aide de moyens de refroidissement 12, pour obtenir une masse solide (étape ii)). Puis, la masse solide est amenée vers des moyens de laminage 14 disposés après les moyens de refroidissement 12 pour effectuer l'étape iii).
Préparation de matériaux composites conformes à l'invention et obtenus selon le procédé conforme à l'invention
Un élément électriquement conducteur en alliage d'aluminium commercialisé sous la référence AI 1370 et comprenant une couche d'alumine hydratée d'épaisseur 6 pm environ a été préparé de la façon suivante :
Etapes a), b), c) : pour ces étapes on a utilisé un élément électriquement conducteur en alliage d'aluminium AI1370 de 2,97 mm de diamètre. Ledit élément électriquement conducteur allongé a été décapé et dégraissé, en le plongeant dans une solution de soude et de tensio-actifs référencée GARDOCLEAN commercialisé par la société CHEMETALL (30-50 g/L de soude), à une température de 40 à 60°C environ, pendant une durée de 30 secondes environ. Puis, ledit élément électriquement conducteur allongé a été plongé dans une solution d'acide sulfurique (20% en poids d'acide sulfurique dans de l'eau distillée) pour effectuer l'étape c) de neutralisation, à température ambiante, pendant 10 secondes. Etape i0) : on a formé une couche d'alumine hydratée d'épaisseur 6 pm environ autour de l'élément électriquement conducteur obtenu précédemment par anodisation en utilisant une densité de courant de 60 A/dm2 environ et une tension de 22V environ. Etape ii) : on a colmaté les pores de la couche d'alumine hydratée en.
Etape i) : on a mis en contact 4 éléments électriquement conducteurs tels que préparés précédemment avec un alliage d'aluminium fondu commercialisé sous la référence AI1370 par coulée dudit alliage d'aluminium fondu sur lesdits éléments électriquement conducteurs allongés.
Pour ce faire, on a donc placé lesdits éléments électriquement conducteurs allongés dans un moule cylindrique.
Etape ii) : on a refroidi le moule à l'air à 20°C environ, pour former un cylindre solide de 37 mm de diamètre environ et de 150 mm de longueur environ.
Etape iii) : on a extrudé le cylindre à 450°C environ après avoir réchauffer le cylindre pendant 2 heures environ.
Etape iv) : on a laminé le matériau composite obtenu à l'étape iii) précédente à 20°C afin d'obtenir un matériau composite conforme à l'invention dénommé Mi ou on a tréfilé le matériau composite obtenu à l'étape iii) précédente pour former un matériau composite tréfilé M2.
Etape v) : on a recuit à 350°C pendant 2h le matériau composite laminé Mi obtenu à l'étape iv) pour former un matériau composite M3 ou le matériau composite tréfilé M2 obtenu à l'étape iv) pour former un matériau composite M4.
A titre comparatif, on a reproduit les étapes telles que décrites ci-dessus avec un élément électriquement conducteur en alliage d'aluminium commercialisé sous la référence AI 1370 ne comprenant pas de couche d'alumine hydratée (i.e. non conforme à l'invention) pour former respectivement les matériaux non composites ΜΊ, M'2/ M3 et M'4. Le tableau 1 ci-dessous illustre les résultats de conductivité électrique (en % IACS), de résistance mécanique à la traction (en MPa) et d'élongation à la rupture (en %) des matériaux composites Mi, M2, M3 et M4 de l'invention et à titre comparatif des matériaux ne comprenant pas d'alumine (i.e. non conformes à l'invention) ΜΊ, M'2, M3 et M'4.
TABLEAU 1
Le matériau composite de l'invention présente donc une résistance mécanique améliorée tout en garantissant une bonne conductivité électrique pour pouvoir être utilisé comme élément électriquement conducteur allongé d'un câble électrique et/ou de télécommunications.
La figure 4 montre deux photos du matériau composite avant l'étape iii) d'extrusion et la figure 5 montre deux photos du matériau composite obtenu après extrusion l'étape iii) d'extrusion. La figure 6 montre la dispersion des particules d'alumine (en gris) au sein de la matrice d'alliage d'aluminium .

Claims

REVENDICATIONS
1. Matériau composite, caractérisé en ce qu'il comprend une matrice en aluminium ou en alliage d'aluminium et des particules d'alumine dispersées dans ladite matrice en aluminium ou en alliage d'aluminium.
2. Matériau composite selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de 1 à 10 000 ppm d'alumine.
3. Matériau composite selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il présente une conductivité électrique d'au moins 45% IACS.
4. Matériau composite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il présente une résistance mécanique à la traction allant de 70 à 500 MPa.
5. Matériau composite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les particules d'alumine présentent une épaisseur d'au moins 0, 1 pm .
6. Matériau composite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les particules d'alumine présentent une taille moyenne allant de 0,5 à 10 pm .
7. Matériau composite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est un matériau non poreux.
8. Procédé de préparation d'un matériau composite comprenant une matrice en aluminium ou en alliage d'aluminium et des particules d'alumine dispersées dans ladite matrice en aluminium ou en alliage d'aluminium, caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes suivantes :
i) mettre en contact au moins un élément électriquement conducteur allongé en aluminium ou en alliage d'aluminium comprenant une couche d'alumine hydratée, avec de l'aluminium fondu ou un alliage d'aluminium fondu,
ii) former une masse solide à base d'alumine et d'aluminium, et iii) casser la couche d'alumine hydratée au sein de la masse solide, afin de former un matériau composite comprenant une matrice en aluminium ou en alliage d'aluminium et des particules d'alumine dispersées dans ladite matrice en aluminium ou en alliage d'aluminium.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la couche d'alumine hydratée a une épaisseur allant de 4 à 20 pm.
10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que l'étape i) est effectuée selon l'une quelconque des méthodes suivantes :
- couler de l'aluminium fondu ou un alliage d'aluminium fondu sur ledit élément électriquement conducteur allongé en aluminium ou en alliage d'aluminium comprenant une couche d'alumine hydratée, ou
- passer en continu ledit élément électriquement conducteur allongé en aluminium ou en alliage d'aluminium comprenant une couche d'alumine hydratée à travers un bain d'aluminium fondu ou d'un alliage d'aluminium fondu.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que l'étape i) est effectuée en coulant de l'aluminium fondu ou un alliage d'aluminium fondu sur ledit au moins un élément électriquement conducteur allongé en aluminium ou en alliage d'aluminium comprenant une couche d'alumine hydratée placé dans un contenant et l'étape iii) est une étape d'extrusion.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que l'étape i) est effectuée par passage en continu dudit au moins un élément électriquement conducteur allongé en aluminium ou en alliage d'aluminium comprenant une couche d'alumine hydratée à travers un bain d'aluminium fondu ou d'un alliage d'aluminium fondu ou par coulée en continu d'aluminium fondu ou d'un alliage d'aluminium fondu sur au moins un élément électriquement conducteur allongé en aluminium ou en alliage d'aluminium comprenant une couche d'alumine hydratée placé sur une roue de coulée, et l'étape iii) est une étape de laminage.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape iv) de mise en forme du matériau composite obtenu à l'étape précédente iii), afin d'obtenir un matériau composite ayant les dimensions et la forme voulues.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 13, caractérisé en ce qu'il comprend en outre après l'étape iii) ou l'étape iv), une étape v) de chauffage.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 14, caractérisé en ce qu'il comprend en outre avant l'étape i), une étape i0) de formation de la couche d'alumine hydratée par anodisation.
16. Matériau composite, caractérisé en ce qu'il comprend une matrice en aluminium ou en alliage d'aluminium et des particules d'alumine dispersées dans ladite matrice en aluminium ou en alliage d'aluminium et en ce qu'il est obtenu selon le procédé tel que défini à l'une quelconque des revendications 8 à 15.
17. Câble électrique, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un matériau composite tel que défini à l'une quelconque des revendications 1 à 7 ou obtenu selon le procédé tel que défini à l'une quelconque des revendications 8 à 15.
18. Câble selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il est un câble OHL comprenant un élément allongé de renforcement et un assemblage de brins composites positionnés autour de l'élément allongé de renforcement, chacune des brins composites étant un matériau composite tel que défini à l'une quelconque des revendications 1 à 7 ou obtenu selon le procédé tel que défini à l'une quelconque des revendications 8 à 15.
19. Câble selon la revendication 17 ou 18, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une couche électriquement isolante entourant ledit matériau composite ou la pluralité de matériaux composites, ladite couche électriquement isolante comprenant au moins un matériau polymère.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3120236A1 (fr) * 2021-02-26 2022-09-02 Nexans Procédé d’anodisation en ligne de fils d’aluminium

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE785949A (fr) * 1971-07-06 1973-01-08 Int Nickel Ltd Poudres metalliques composees et leur production
US3982906A (en) * 1973-11-14 1976-09-28 Nippon Telegraph And Telephone Public Corporation Production of aluminum-aluminum oxide dispersion composite conductive material and product thereof
US5246057A (en) 1992-02-21 1993-09-21 Alcan International Ltd. Cast composite materials having an al-mg matrix alloy
US6245425B1 (en) * 1995-06-21 2001-06-12 3M Innovative Properties Company Fiber reinforced aluminum matrix composite wire
AU2001261960A1 (en) * 2000-05-19 2001-11-26 The University Of British Columbia Process for making chemically bonded composite hydroxide ceramics
FR2847569B1 (fr) * 2002-11-21 2005-01-21 Commissariat Energie Atomique Procede de preparation d'alumines hydratees monolithiques, d'alumines amorphes ou cristallisees, d'aluminates et de materiaux composites par oxydation d'aluminium metallique ou d'alliage d'aluminium
FR2996951B1 (fr) * 2012-10-17 2015-11-27 Nexans Fil de transport d'electricite en alliage d'aluminium
WO2015077225A1 (fr) * 2013-11-19 2015-05-28 Schlumberger Canada Limited Matériaux dégradables frangibles
JP6252841B2 (ja) * 2013-11-25 2017-12-27 株式会社Ｇｓユアサ 蓄電素子
CN104332217B (zh) * 2014-10-08 2018-04-10 广州方邦电子股份有限公司 自由接地膜及其制作方法、包含自由接地膜的屏蔽线路板及接地方法
US20160273081A1 (en) 2015-03-17 2016-09-22 Materion Corporation Lightweight, robust, wear resistant components comprising an aluminum matrix composite
US9994715B2 (en) * 2016-02-16 2018-06-12 Sila Nanotechnologies Inc. Formation and modifications of ceramic nanowires and their use in functional materials
CN109994688B (zh) * 2017-12-29 2021-09-17 宁德时代新能源科技股份有限公司 复合隔离膜及其制备方法、使用其的电化学装置

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