[发明专利]一种架空线缆用定向石墨烯复合铝导体杆材及其制备工艺

权利要求书

1.一种架空线缆用定向石墨烯复合铝导体杆材，包括有铝合金外壳和芯材，铝合金外壳包覆在芯材外部形成壳芯结构，其特征在于：所述芯材采用取向石墨烯强化的铝合金复合材料制成，芯材的截面积占整个杆材总截面积的10~70%，其中石墨烯为强化相，其占芯材的重量百分比为0.1~3%，其余为铝合金；石墨烯的片层与铝合金外壳平行，形成同心取向，同时与长度方向平行。

2.根据权利要求1所述的架空线缆用定向石墨烯复合铝导体杆材，其特征在于：用于制作芯材的铝合金成分如下：Fe：≤0.25%，Si：0.02-0.20%，Mn：≤0.15%，Cu：≤0.04%，RE：0.001-0.006%，Be：0.001-0.002%，Zr：0.06-0.10%，Sc：0.004-0.006%，Zn：≤0.04%，余量为铝。

3.根据权利要求1所述的架空线缆用定向石墨烯复合铝导体杆材，其特征在于：所述石墨烯选用同批次生产且石墨烯厚度分布波动和粒径分布波动小于5 %的石墨烯，石墨烯为多层石墨烯，其最大厚度≤10nm；石墨烯的平均片层数量为3-5 层。

4.根据权利要求1所述的架空线缆用定向石墨烯复合铝导体杆材，其特征在于：所述铝合金外壳为添加有锰和镁的铝合金，其中镁的含量为4.0~5.4%，锰的含量为0.5~1.0%；铝合金外壳的外径为3~15mm，厚度为0.3~5mm。

5.一种基于权利要求1所述的架空线缆用定向石墨烯复合铝导体杆材的制备工艺，其特征在于：采用连续产线，线速度为0.1~5m/s，按以下步骤进行，

步骤S1：用于制作芯材的复合材料采用粉末冶金方法制备，经配料、混料、真空干燥处理后获得铝/石墨烯均匀混合的粉料；

步骤S2：采用分批次填充多道次轧制工艺，消除混合粉末之间孔隙，同时促进石墨烯片层取向；将步骤S1制得的铝/石墨烯混合粉料经喂料系统某一喂料口按照设定的喂料速率匀速投放至铝合金带材，采用宽度略小于铝合金带材宽度的模具进行冷轧以提高混合粉料的致密度，与此同时，铝合金带材同步产生变形；在下一喂料口继续投放重复上述步骤，直至铝合金带材完全转变为U型开口铝合金管且其内部被铝/石墨烯混合粉料填充；该轧制工艺完成后，石墨烯片层在U型开口铝合金管内呈同心状分布；

步骤S3：将步骤S2制得的充满铝/石墨烯混合粉料的U型开口铝合金管进行初步轧制，经初步轧制后U型开口缩小至完全封闭，使U型开口铝合金管成为完整的管状结构铝合金外壳；

步骤S4：对步骤S3制得的铝合金外壳的缝隙进行焊接，得到完全封闭、但芯材尚未完全致密的铝合金导体杆材；

步骤S5：将步骤S4制得的铝合金导体杆材进行多道次冷轧，排除粉末与粉末、粉末与铝合金外壳之间的孔隙，提高芯材的致密度，并在每一步轧制完成后进行退火处理，以调节铝合金导体杆材的内应力；通过硬度检测监控内应力残留，并与挤压前相比使硬度增加值不超过70%；

步骤S6：将步骤S5制得的铝合金导体杆材进行热轧，以进一步提高其致密度，同时促使粉末与粉末、粉末与铝合金外壳形成稳定有效的冶金连接；

步骤S7：将步骤S6制得的铝合金导体杆材收卷放入热处理炉内进行处理，升温至270-350℃之间，保温2-3h，完成导体最终性能调控。

6.根据权利要求5所述的制备工艺，其特征在于：在步骤S1中，所述配料，即按照所需计量的石墨烯浆料、铝合金粉及有机溶剂进行配料，其中石墨烯的含量为0.01-3%；

所述混料，包括以下步骤：

1）将铝合金粉加入石墨烯浆料中，得到铝/石墨烯混合浆料，根据混合浆的料粘度加入有机溶剂，使混合浆料粘度适当，有机溶剂为乙醇、二氯甲烷、氯仿中的至少一种；

2）将混合浆料进行充分研磨混合，得到铝/石墨烯坯体；研磨混合采用高能球磨混合或高速分散，以制备均匀复合浆料；

所述真空干燥，是将铝/石墨烯浆料放入真空干燥箱内，进行真空干燥，去除铝/石墨烯浆料中的有机溶剂，最终得到铝/石墨烯混合粉末；其烘干温度为50-80℃，保温时间≥48h，真空度≤0.03MPa。