[发明专利]一种纳米碳管复合铝导线的制备

说明书

技术领域

本发明涉及铝合金导线，尤其涉及一种纳米碳管复合铝导线的制备，实现了铝合金导线的高强度、高导电率，适用于材料制备技术领域。

背景技术

近年来，为了满足电力和电器工业不断发展的需要，国家对铝合金导线的性能提出了更高的要求，高强高导铝合金导线以其优越的性能越来越受到电力系统的重视。特别是大跨度的输变电工程和高寒山区输电线路，不仅要求铝合金导线具有良好的导电性，而且要有较高的抗拉强度，以提高使用寿命，增强抗风雪冰挂能力。一般来说，降低强度可以提高导电性，而提高强度通常以牺牲导电性为代价。当前我国生产制造的铝合金导线尤其是在作为高架线使用时，不能很好地满足市场及用户对其性能的要求，如何提高抗拉强度、合理协调导电性能是铝合金导线生产中需要解决的主要问题。

国际上已有一些高强度的导电铝合金，如美国的5系列铝合金，其抗拉强度可达330MPa，但其导电率低于58%IACS。因此，通过微合金化方法获得高强高导铝合金（强度大于330MPa，导电性大于61%IACS），目前尚难实现。但是，从材料复合着手来提高铝合金导线的性能，通过纳米碳管与铝合金复合制备铝导线，可以在大幅度提高铝合金导线抗拉强度的同时保持较高的导电率。

纳米碳管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多特异的力学、电学和化学性能。纳米碳管具有良好的力学性能，其抗拉强度达到50-200GPa，是钢的100倍，密度只有钢的1/6，是目前可制备出的具有最高比强度的材料。其轴向弹性模量在1-1.8TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍，且拥有良好的柔韧性，可以拉伸。在铝液中添加具有高导电率，高力学性能的纳米碳管强化相，当纳米碳管与铝合金复合后，由于纳米碳管长径比大，而长度可小到微米级甚至几百个纳米，其复合铝导线的抗拉强度可望得到大幅度提高至500MPa以上。

由于纳米碳管的结构与石墨的片层结构相同，所以具有很好的导电性能。纳米碳管在某个特定的方向上表现出良好的导电性，电导率通常可达铜的1万倍。碳管轴向导电性高，尽管其与铝复合时没有固定取向，复合后仍可以在大幅度提高抗拉强度的同时保持铝合金导线良好的导电性能，其导电率可望保持在60%IACS以上。

然而，纳米碳管与铝在复合过程中会发生界面反应生成脆性界面产物Al₄C₃，而Al₄C₃的导电性很差，会大大影响复合铝导线的导电率。所以，为了制备具有高强高导综合性能的纳米碳管复合铝导线，必须对纳米碳管进行表面处理。本发明对纳米碳管表面进行镀铜处理，铜既具有很好的导电性，且防止了脆性界面产物Al₄C₃的生成。

在本发明完成之前，尚未见到与本发明制备方法相同的铝合金导线的使用，未见到有用与本发明相同的铝合金导线的制备方法制备的产品有销售，也未见到有与本发明相同的纳米碳管复合铝导线的制备方法在文献中有记载。

发明内容

本发明立足于纳米碳管与铝的复合以及对加工工艺控制，提供制备一种纳米碳管复合铝导线的方法。纳米碳管复合铝导线在具有很高的抗拉强度的同时保持优良的导电性，而且重量轻，易于运输和安装。

实现上述目的的技术解决方案如下：

一种纳米碳管复合铝导线，按重量百分比包含如下元素：铁Fe 0.44%，铜Cu 0.13%，镀铜纳米碳管0.47%-1.92%，硅Si 0.061%-0.063%，混合稀土0.036%-0.038%，硼B0.004%，，铝Al及杂质，所述杂质中钛Ti、钒V、锰Mn和铬Cr等杂质元素之和≤0.01%。

所述混合稀土为镧和铈。

所述铝合金导线电阻率为2.7629-2.8592×10^-8Ω·m，即60.3-62.4IACS；抗拉强度σ为502-568MPa，延伸率δ为8-21%。

一种纳米碳管复合铝导线的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：铝合金配料

按重量百分比：铁Fe 0.44%，铜Cu 0.13%，硅Si 0.061%-0.063%，混合稀土0.036%-0.038%，硼B 0.004%，钒、钛、锰、铬四种元素及其他不可避免杂质总量≤0.01%；余量为铝配料；

步骤二：铝合金熔炼