[发明专利]一种碳纤维复合铝导线及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铝合金导线，尤其涉及一种碳纤维复合铝导线及其制备方法。

背景技术

在传统的输配电线路中，架空线路的输电导线多为钢芯铝绞线。这类输电导线在实际使用中存在以下问题：由于金属导线比重大，需要较高的架空线塔杆成本及施工量；铝线与钢芯之间不可避免地存在电化学腐蚀；热膨胀系数很大，导线弛度特性随温度变化大，会产生孤垂问题。碳纤维是一种经高温处理后，含碳量超过90％以上的纤维状碳材料。碳纤维的轴向强度和模量高，无蠕变，耐疲劳性好，热膨胀系数小，耐腐蚀性好，密度低，是一种强度比钢大、密度比铝小、比不锈钢耐腐蚀性强、比耐热钢耐高温、又能像铜那样导电，具有许多优异的电学、热学和力学性能的新型材料。因此用碳纤维芯导线代替钢芯导线的技术开始出现。然而，碳纤维耐冲击性较差，容易损伤，与铝在复合过程中会发生金属碳化、渗碳及点划线腐蚀现象。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种碳纤维复合铝导线及其制备方法，通过将镀金属的碳纤维与铝进行复合，并配合微合金化工艺以及铝合金导线加工工艺，使得本发明的碳纤维复合铝导线在具有很高的抗拉强度的同时，保持良好的导电性，及小比重，从而降低架空线塔杆成本及施工量。

本发明的碳纤维复合铝导线的组分及其重量百分比为：铁Fe0.28%-0.32%，铜Cu0.1%-0.12%，硅Si0.06%-0.07%，碳纤维2%-5%，镧铈混合稀土0.03%-0.04%，硼B0.004%，铝Al及杂质；其中，所述杂质中钛Ti、钒V、锰Mn和铬Cr的重量百分比之和≤0.01%；所述碳纤维为外表镀有金属层的碳纤维。

优选地，所述导线包括0.32%（重量百分比）的铁Fe，0.12%（重量百分比）的铜Cu，3.95%（重量百分比）的碳纤维，0.063%（重量百分比）的硅Si，0.038%（重量百分比）的镧铈混合稀土，0.004%（重量百分比）的硼B。

优选地，所述碳纤维为外表镀镍、镀银或镀铜的碳纤维，以在碳纤维表面增加金属镀层能够防止碳纤维表面损伤以及其与铝发生反应。

优选地，所述碳纤维的长度为（1±0.2）-（5±0.2）mm。

本发明提供的的碳纤维复合铝导线的电阻率为2.8218-2.8928×10^-8Ω·m，即59.6-61.1IACS；抗拉强度σ为280-350MPa，延伸率δ为8-18%。

本发明还提供了一种碳纤维复合铝导线的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：铝合金配料

按重量百分比准备以下配料：铁Fe0.28%-0.32%，铜Cu0.1%-0.12%，硅Si0.06%-0.07%，镧铈混合稀土0.03%-0.04%，硼B0.004%，钒、钛、锰、铬四种元素及其他不可避免杂质总量≤0.01%；余量为纯铝锭；

步骤二：铝合金熔炼

先将所述纯铝锭放入中频感应电炉中熔化、保温；然后加入上述元素的中间合金，并搅拌、精炼、除气；接着在温度750℃-800℃之间进行30分钟静置后除渣，静置期间对中频炉内的成分进行分析和调整；

步骤三：碳纤维复合

向中频炉内的液体中加入2%-5%镀金属碳纤维并搅拌、保温，然后静置5分钟；

步骤四：连铸连轧

将步骤三得到的复合铝液注入结晶器以进行连铸连轧，得到圆铝杆；其中，轧机进口温度为：500℃-580℃，出口温度为：290℃-340℃；

步骤五：拉丝

对所述圆铝杆进行9道拉丝工艺，得到铝线；

步骤六：退火处理

对铝线进行退火处理，退火温度为360℃-420℃，退火时间为30分钟；最后，自然冷却得到所述碳纤维复合铝导线。

优选地，在步骤三之前，采用烘箱对镀金属碳纤维进行烘烤，以除去表面水真气及有机物，烘烤温度为110℃-150℃，烘烤时间为50-60分钟。

优选地，在步骤三中，所述镀金属碳纤维是以氮气输送至炉底并吹入所述炉内的液体中。

优选地，在步骤三的镀金属碳纤维与中频炉内的液体复合时，采用电磁搅拌器进行搅拌，搅拌时间为10分钟。