[發(fā)明專利]一種鋁包鋁合金線及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810019073.3
• 申請日: 2018-01-09
• 公開（公告）號: CN108198646B
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王強;侯嘉鵬;張哲峰;陽華杰;張振軍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號: H01B1/02
• 分類號: H01B1/02;H01B13/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 于曉波

本發(fā)明公開了一種鋁包鋁合金線及其制備方法，屬于雙金屬復(fù)合線技術(shù)領(lǐng)域。將鑄造工業(yè)純鋁圓筒與鑄造鋁合金圓柱進行過盈裝配制備鋁包鋁合金坯錠，然后經(jīng)過鍛造、軋制和冷拉拔等步驟制備鋁包鋁合金線。利用該方法制備的鋁包鋁合金線界面可以實現(xiàn)原子級的冶金結(jié)合，從而避免了雙金屬復(fù)合線界面結(jié)合性差的問題。在設(shè)計上，這種鋁包鋁合金線利用了“集膚效應(yīng)”原理，結(jié)合了純鋁的高導(dǎo)電率特性和鋁合金的高強度特性實現(xiàn)高強高導(dǎo)，這種線主要用于長距離高壓交流輸電線路。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及雙金屬復(fù)合線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋁包鋁合金線及其制備方法。

背景技術(shù)

電力是工業(yè)發(fā)展的能源基礎(chǔ)。因此，電力需求隨著工業(yè)的發(fā)展而日益增長。由于我國幾大發(fā)電廠位置較為偏遠，這就導(dǎo)致了難以避免的遠距離輸送電力，同時也造成難以估計的電能損耗。因此，節(jié)能導(dǎo)體材料在近幾十年來得到了廣泛關(guān)注。工業(yè)純鋁和鋁鎂硅合金具有良好的導(dǎo)電性和高比強度，被廣泛用作節(jié)能導(dǎo)電材料。例如，鋼芯鋁絞線，鋁合金芯鋁絞線和全鋁合金絞線廣泛應(yīng)用于架空輸電線[F.Kiessling,P.Nefzger,J.F.Nolasco,U.Kaintzyk,Overhead power lines:planning,design,construction,Springer2014.]。

強度和導(dǎo)電率是架空輸電線最為重要的兩個性能指標(biāo)。高的強度可以保證導(dǎo)線在服役過程中的安全可靠性，高的導(dǎo)電率可以降低電能傳輸過程中的線路損耗。強化金屬材料的幾種方法有：位錯強化、細晶強化、固溶強化、析出相強化。但是，在導(dǎo)電過程中，位錯、晶界、固溶原子和析出相均會對電子產(chǎn)生散射，減小了電子傳輸?shù)钠骄杂沙蹋瑥亩鴮?dǎo)致導(dǎo)電率的下降。因此，強度和導(dǎo)電率在金屬材料中通常相互制約。例如：純鋁有相對高的導(dǎo)電率和低的強度，鋁合金具有更高的強度和低的導(dǎo)電率。如何打破強度和導(dǎo)電率的制約關(guān)系從而制備高強高導(dǎo)電的導(dǎo)線是非常重要的科學(xué)難題和工業(yè)問題[J.P.Hou,Q.Wang,H.J.Yang,X.M.Wu,C.H.Li,X.W.Li,Z.F.Zhang,Microstructure evolution andstrengthening mechanisms of cold-drawn commercially pure aluminum wire,Mater.Sci.Eng.A 639(2015)103-106.]。

在高壓電力輸送線路中，有很大部分是采用交流電輸送電力。交流電流傳輸過程中具有“集膚效應(yīng)”特性，即在交流電傳輸過程中電流會集中在導(dǎo)體表層部分，這就為制備高強度高導(dǎo)電導(dǎo)線提供了理論支持。利用高導(dǎo)電率金屬作為外層金屬并利用高強度金屬作為芯部材料來制備復(fù)合金屬線，這種復(fù)合金屬線成功地利用了“集膚效應(yīng)”原理，利用結(jié)構(gòu)設(shè)計打破強度和導(dǎo)電率制約關(guān)系，提高導(dǎo)體材料強度和導(dǎo)電率，從而達到降低線路電能損耗和節(jié)能的目的。

銅包鋁導(dǎo)線就是一種典型的基于“集膚效應(yīng)”原理制備的雙金屬復(fù)合線。銅包鋁線是通過包覆焊接制造技術(shù)制備的一種典型雙金屬復(fù)合線，將高品質(zhì)銅帶同心地包覆在鋁桿的外表面，并使銅層和鋁芯線之間形成牢固的原子間的冶金結(jié)合，從而使得兩種不同的金屬材料結(jié)合成為不可分割的整體。外層純銅承載電子傳輸，芯部鋁代替銅實現(xiàn)了輕量化和廉價的目的。