[發(fā)明專利]一種納米碳管復合鋁導線的制備

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210325875.X
• 申請日: 2012-09-06
• 公開（公告）號: CN102864345A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發(fā)明（設計）人: 郭建明;劉士斌;周俊民;於國良;侯科峰;吳振江
• 申請（專利權）人: 安徽和電普華電氣有限公司
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C21/14;C22C1/03;C22F1/04;C22F1/057;H01B1/02
• 代理公司: 北京瑞思知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11341
• 代理人: 李濤

技術領域

本發(fā)明涉及鋁合金導線，尤其涉及一種納米碳管復合鋁導線的制備，實現(xiàn)了鋁合金導線的高強度、高導電率，適用于材料制備技術領域。

背景技術

近年來，為了滿足電力和電器工業(yè)不斷發(fā)展的需要，國家對鋁合金導線的性能提出了更高的要求，高強高導鋁合金導線以其優(yōu)越的性能越來越受到電力系統(tǒng)的重視。特別是大跨度的輸變電工程和高寒山區(qū)輸電線路，不僅要求鋁合金導線具有良好的導電性，而且要有較高的抗拉強度，以提高使用壽命，增強抗風雪冰掛能力。一般來說，降低強度可以提高導電性，而提高強度通常以犧牲導電性為代價。當前我國生產(chǎn)制造的鋁合金導線尤其是在作為高架線使用時，不能很好地滿足市場及用戶對其性能的要求，如何提高抗拉強度、合理協(xié)調(diào)導電性能是鋁合金導線生產(chǎn)中需要解決的主要問題。

國際上已有一些高強度的導電鋁合金，如美國的5系列鋁合金，其抗拉強度可達330MPa，但其導電率低于58%IACS。因此，通過微合金化方法獲得高強高導鋁合金（強度大于330MPa，導電性大于61%IACS），目前尚難實現(xiàn)。但是，從材料復合著手來提高鋁合金導線的性能，通過納米碳管與鋁合金復合制備鋁導線，可以在大幅度提高鋁合金導線抗拉強度的同時保持較高的導電率。

納米碳管作為一維納米材料，重量輕，六邊形結構連接完美，具有許多特異的力學、電學和化學性能。納米碳管具有良好的力學性能，其抗拉強度達到50-200GPa，是鋼的100倍，密度只有鋼的1/6，是目前可制備出的具有最高比強度的材料。其軸向彈性模量在1-1.8TPa，與金剛石的彈性模量相當，約為鋼的5倍，且擁有良好的柔韌性，可以拉伸。在鋁液中添加具有高導電率，高力學性能的納米碳管強化相，當納米碳管與鋁合金復合后，由于納米碳管長徑比大，而長度可小到微米級甚至幾百個納米，其復合鋁導線的抗拉強度可望得到大幅度提高至500MPa以上。

由于納米碳管的結構與石墨的片層結構相同，所以具有很好的導電性能。納米碳管在某個特定的方向上表現(xiàn)出良好的導電性，電導率通常可達銅的1萬倍。碳管軸向?qū)щ娦愿撸M管其與鋁復合時沒有固定取向，復合后仍可以在大幅度提高抗拉強度的同時保持鋁合金導線良好的導電性能，其導電率可望保持在60%IACS以上。

然而，納米碳管與鋁在復合過程中會發(fā)生界面反應生成脆性界面產(chǎn)物Al₄C₃，而Al₄C₃的導電性很差，會大大影響復合鋁導線的導電率。所以，為了制備具有高強高導綜合性能的納米碳管復合鋁導線，必須對納米碳管進行表面處理。本發(fā)明對納米碳管表面進行鍍銅處理，銅既具有很好的導電性，且防止了脆性界面產(chǎn)物Al₄C₃的生成。

在本發(fā)明完成之前，尚未見到與本發(fā)明制備方法相同的鋁合金導線的使用，未見到有用與本發(fā)明相同的鋁合金導線的制備方法制備的產(chǎn)品有銷售，也未見到有與本發(fā)明相同的納米碳管復合鋁導線的制備方法在文獻中有記載。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明立足于納米碳管與鋁的復合以及對加工工藝控制，提供制備一種納米碳管復合鋁導線的方法。納米碳管復合鋁導線在具有很高的抗拉強度的同時保持優(yōu)良的導電性，而且重量輕，易于運輸和安裝。

實現(xiàn)上述目的的技術解決方案如下：

一種納米碳管復合鋁導線，按重量百分比包含如下元素：鐵Fe?0.44%，銅Cu?0.13%，鍍銅納米碳管0.47%-1.92%，硅Si?0.061%-0.063%，混合稀土0.036%-0.038%，硼B(yǎng)0.004%，，鋁Al及雜質(zhì)，所述雜質(zhì)中鈦Ti、釩V、錳Mn和鉻Cr等雜質(zhì)元素之和≤0.01%。

所述混合稀土為鑭和鈰。

所述鋁合金導線電阻率為2.7629-2.8592×10^-8Ω·m，即60.3-62.4IACS；抗拉強度σ為502-568MPa，延伸率δ為8-21%。

一種納米碳管復合鋁導線的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：鋁合金配料

按重量百分比：鐵Fe?0.44%，銅Cu?0.13%，硅Si?0.061%-0.063%，混合稀土0.036%-0.038%，硼B(yǎng)?0.004%，釩、鈦、錳、鉻四種元素及其他不可避免雜質(zhì)總量≤0.01%；余量為鋁配料；

步驟二：鋁合金熔煉