[发明专利]一种高强度耐腐蚀的铝碳铜合金接地材料

说明书

技术领域

本发明属电工材料技术领域，是用于电力系统埋地接地网(体)的接地材料，具体涉及一种高强度耐腐蚀的铝碳铜合金接地材料。

背景技术

电力系统接地装置一般由水平接地网格、垂直接地极和接地引下线组成，是保证电力系统设备和人身安全的必要设施。水平接地网格和接地引下线是在开挖的沟槽中敷设埋下，对强度要求不高；垂直接地极是用锤击方式打入深层地中的，因而对材料强度要求较高。目前接地材料主要采用镀锌钢、纯铜，以及铜包钢等包覆材料。

采用镀锌钢做接地材料的主要问题是土壤腐蚀速率较高，运行5～10年时间的镀锌钢接地网大多因腐蚀严重而失效，导致接地电阻升高，散流能力减小。在遭受雷电或短路时易引发事故，降低了电网运行的安全可靠性能。

纯铜是良好的接地体材料，导通和散流能力强，耐土壤腐蚀性能好，可保证接地网可靠运行30年以上。但由于铜的大量埋入会造成土壤环境的重金属污染，在我国标准《土壤环境质量》(GB15618)中已被限制使用。

专利CN101580909A公开了一种接地网用铝铜合金材料。该材料主要由铝、铜及稀土等成分组成。它综合利用了铜的导电性和铝的防腐性，在满足接地网使用要求的同时，降低了土壤中铜的埋入量。但由于其材料强度较低，不易打入较为坚实的土地之中，因而不适宜做垂直接地极使用。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种高强度耐腐蚀的铝碳铜合金接地材料，目的之二是提供一种高强度耐腐蚀的铝碳铜合金接地材料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高强度耐腐蚀接地材料，其质量百分比组成为：铝46％～62％，铜2％～8％，碳1％～8％，杂质：铁<1.5％，杂质：硅<1.5％，其它杂质的总含量<1.0％。

优选：所述碳的粒度为2000目～8000目(即：粒径1.5μm～6.5μm)。

优选：所述碳选自碳粉或/和鳞片石墨粉。

上述高强度耐腐蚀接地材料的制备方法：将铝锭加热熔化，按比例压入铜铝中间合金、铜-铝-碳粉末中间合金或铜-碳粉末中间合金后，升高炉温使熔池里的中间合金充分熔化，进行搅拌扒渣，然后取样检测调整成分后精炼，降温至浇注温度，按照规定含量的比例，加入碳粉或鳞片石墨粉中的一种或两种，或经过与铜或铝粉预先混合研磨后的碳粉或鳞片石墨粉的混合粉末，搅拌熔清后出炉浇注成铝碳铜合金铸锭；将铝碳铜合金铸锭加工成适用于接地网要求的产品形状。

优选：所述的浇注温度为700～800℃。

优选：所述加工方式为正向热挤压工艺，所述正向热挤压工艺中铝碳铜合金铸锭的加热温度为430～500℃。

优选：所述铝锭加热熔化在中频感应熔炼设备的坩埚中进行。

优选：使用石墨钟罩压入铜铝中间合金。

优选：降温至浇注温度并保温。优点：保温的目的是为了使坩埚中的熔体温度均匀，保温时间与炉体的保温性能、中频炉的频率、熔炼量的多少等多因素有关。

优选：使用强制冷却铸模浇注成铝碳铜合金铸锭。

优选：铝碳铜合金铸锭加工成直径为50mm，长度为2m的棒材。

上述方法制备得到的高强度耐腐蚀接地材料。

铝是良导体材料，但在土壤中的腐蚀产物Al₂O₃、Al(OH)₃导电性较差，引起与土壤的接触电阻升高，所以一般不做接地材料使用。在铝中加入适量的铜(2wt.％～5wt.％)，腐蚀产物的构成改变为铜铝合金氧化物(Al₂CuO₄)及其水合氧化物，从而降低了腐蚀产物的接地电阻，提高了接地导通性能。但它的强度较低，再铜含量为3％水平时，σ_0.2≈160MPa。进一步增加铜含量虽然可以提高强度，但成型加工性能变差，挤压或轧制成型时易开裂。

本发明的合金成分配伍在于，在利用铜保证合金具有良好的导电性能和耐土壤腐蚀性能的同时，加入不溶于合金的微细碳颗粒成分，利用颗粒增强效应，在不影响加工性能的同时，大幅度提高了材料强度(σ_0.2≥320MPa)。

与现有技术比较，本发明的铝碳铜合金材料的耐腐蚀性和接地导通性与纯铜相当。由于碳颗粒成分加入，大大提高了接地材料的硬度和强度，可以直接以棒材形式打入深层土壤之中做垂直接地极使用，且合金具有良好的耐土壤腐蚀性。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1