一种铝合金导电材料、铝合金导电单线和铝合金输电线的制作方法

本发明涉及输电线及其制造工艺，具体是一种铝合金导电材料、铝合金导电单线和铝合金输电线。

背景技术：

1、提高输电线路的载流量，即提高铝合金导线的导电率是降低输电损耗的有效途径，耐热铝合金导线能够提高导线的允许使用温度、增大稳定载流量，从而提高线路输送能力，另外，铝合金导线的强度不仅能提高架空输电线路的安全性，也便于提高导线截面面积，从而提高载流量。但是目前的铝合金导线使用温度和强度仍然不足，从而也影响到了载流量的提高。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种铝合金导电材料、铝合金导电单线和铝合金输电线，本发明提供的铝合金导电材料制备的铝合金输电线具有高的抗拉强度和允许使用温度，载流量大。

2、本发明提供了一种铝合金导电材料，以质量百分含量计，包括：

3、zr：0.10%~0.15%；

4、re：0.05%~0.60%，所述re包括质量比为(1.8~2.0)：1的la和ce；

5、mg：0.10%~0.30%；

6、b：0.01%~0.1%；

7、fe：0.1%~0.3%；

8、si：0.01%~0.40%；

9、sc：0.1%~0.3%；

10、余量为al；

11、所述sc和zr的质量比为(1.5~2.5)：1。

12、优选地，本发明所述铝合金导电材料，以质量百分含量计，包括：zr：0.10%~0.15%；re：0.05%~0.60%，所述re包括质量比为(1.8~2.0)：1的la和ce；mg：0.20%~0.30%；b：0.01%~0.1%；fe：0.1%~0.3%；si：0.01%~0.40%；sc：0.2%~0.3%；余量为al；所述sc和zr的质量比为(1.5~2.5)：1。

13、本发明所述锆（zr）能够提高铝合金材料的再结晶温度，进而能够提高其制成铝合金导线后的耐热性；本发明提供的铝合金导电材料中，所述zr的含量为0.10%~0.15%。

14、本发明所述混合稀土（re）是以镧（la）和铈（ce）为主的混合稀土，可以与fe、si等产生强烈的交互作用，从而改善铝合金材料中铁相的存在形态，提高其制成铝合金导线后的耐热性能，也可以细化晶粒和改善铝合金导线的机械性能；本发明提供的铝合金导电材料中，所述re的含量为0.05%~0.60%，所述re包括质量比为(1.8~2.0)：1的la和ce。

15、本发明所述镁（mg）能够提高铝合金材料制成铝合金导线后的抗拉强度；本发明提供的铝合金导电材料中，所述mg的含量为0.10%~0.30%，优选为0.20%~0.30%。

16、本发明所述硼（b）和所述铁（fe）均能够提高铝合金的力学性能；本发明提供的铝合金导电材料中，所述b的含量为0.01%~0.1%；所述fe的含量为0.1%~0.3%。

17、本发明所述硅（si）能够提高铝合金材料的强度；本发明提供的铝合金导电材料中，所述si的含量为0.01%~0.40%。

18、本发明所述钪（sc）能提高al-fe的热稳定性，从而提高铝合金材料的载流量；本发明提供的铝合金导电材料中，所述sc的含量为0.1%~0.3%，优选为0.2%~0.3%。本发明提供的铝合金导电材料中还包括其他杂质元素含量≤0.10%，余量为al和其他不可避免的杂质。

19、本发明提供的铝合金导电材料中，所述sc和zr的质量比为(1.5~2.5)：1。优选地，所述sc和zr的质量比为(1.8~2.2)：1。在本发明的某些实施例中，所述sc和zr的质量比为2：1。

20、在本发明的一个实施例中，本发明提供的铝合金导电材料，以质量百分含量计，包括：zr：0.12%；re：0.05%，所述re包括质量比为1.8：1的la和ce；mg：0.20%；b：0.01%；fe：0.1%；si：0.01%；sc：0.24%；余量为al。在本发明的另一个实施例中，本发明提供的铝合金导电材料，以质量百分含量计，包括：zr：0.10%；re：0.30%，所述re包括质量比为1.8：1的la和ce；mg：0.20%；b：0.1%；fe：0.1%；si：0.01%；sc：0.2%；余量为al。在本发明的另一个实施例中，本发明提供的铝合金导电材料，以质量百分含量计，包括：zr：0.15%；re：0.60%，所述re包括质量比为1.8：1的la和ce；mg：0.20%；b：0.1%；fe：0.3%；si：0.40%；sc：0.3%；余量为al。

21、本发明提供了一种铝合金导电单线，其由上述任一技术方案所述的铝合金导电材料制成。具体而言，本发明所述铝合金导电单线的直径为2~4 mm。本发明对将铝合金导电材料制成铝合金导电单线的方法无特殊限定。

22、本发明所述铝合金导电单线表面还具有一层厚度为150~180 nm的氧化硅。本发明通过设置氧化硅涂层来提高铝合金单线在高温环境下的稳定性，提高了其载流量。

23、本发明还提供了一种上述铝合金导电单线的制备方法，包括以下步骤：

24、将锆源、稀土源、镁源、硼源、铁源、硅源、钪源和铝源加热熔化后，进行连铸、连轧、淬火、拉丝和时效处理，得到铝合金导电单线。本发明所述锆源、稀土源、镁源、硼源、铁源、硅源、钪源和铝源的用量比例和上述任一技术方案所述的铝合金导电材料中的各组分含量比例相同，不再赘述。本发明所述铝源可以为纯铝或者铝纯度≥99.7％的铝合金；所述锆源、稀土源、镁源、硼源、铁源、硅源和钪源可以为所述金属元素的纯金属或者所述金属元素的含铝合金。

25、本发明首先将锆源、稀土源、镁源、硼源、铁源、硅源、钪源和铝源加热熔化。具体而言，本发明首先将铝源进行第一加热熔化得到铝液，再向所得到的铝液中加入锆源、稀土源、镁源、硼源、铁源、硅源和钪源继续进行第二加热融化。本发明对所述第一加热熔化的温度无特殊限制，能够将铝源熔化为铝液即可；所述第二加热熔化的温度为900~950℃。

26、本发明进行第二加热融化后，还包括对所得物料搅拌后进行精炼除气和扒渣，具体为：向第二加热熔化后所得物料搅拌30~40 min后加入除钠颗粒精炼剂并通入氩气进行精炼，每次搅拌完后进行扒渣。本发明所述精炼的温度为900~950℃。本发明进行精炼除气和扒渣后，静置40~50 min后得到铝合金熔融液。

27、本发明得到铝合金熔融液后，进行连铸、连轧、淬火、拉丝和时效处理，得到铝合金导电单线。具体而言，本发明所述连铸包括浇铸和出坯，所述浇铸的温度为700~800℃，所述出坯的温度为450~500℃。本发明将连铸得到的铸坯进行所述连轧，再将连轧得到的物料进行淬火，得到铝合金杆；所述铝合金杆经过所述拉丝，得到直径为2~4 mm的铝合金线。本发明将所得到的铝合金线进行时效处理，得到铝合金导电单线；所述时效处理的温度为150~300℃；所述时效处理的时间为5~15 h。本发明将所得到的铝合金线进行时效处理之后，还包括将进行时效处理后的铝合金线进行真空等离子电镀，在所述进行时效处理后的铝合金线表面镀一层厚度为150~180 nm的氧化硅，得到本发明所述的铝合金导电单线。

28、本发明还提供了一种铝合金输电线，由内至外依次包括：线芯、铝合金导电层、导体屏蔽层和外绝缘层；所述铝合金导电层由上述任一技术方案所述的铝合金导电单线绞合而成。如图1所示，图1为本技术提供的高载流量铝合金输电线的结构示意图。

29、由图1可知，本技术提供的高载流量铝合金输电线，包括线芯1、铝合金导电层2、导体屏蔽层3和外绝缘层4。本发明所述线芯1由覆铝碳纤维复合芯11同心绞合而成，所述线芯1的外层绕包铝合金层12，所述铝合金层12由上述任一技术方案所述的铝合金导电材料制成；所述线芯1的内部填充热固性物质，以增加其韧性，避免环氧树脂的脆性断裂等问题，所述热固性物质包括环氧树酯和可选的增韧剂。在本发明的某些实施例中，所述热固性物质包括质量比例为（10~20）：1的环氧树脂和增韧剂。

30、本发明所述铝合金导电层2设有若干层，由若干根本发明所述的铝合金导电单线绞合而成并包覆于线芯1外，且相邻层的铝合金导线绞合方向相反；为了提高铝线强度以及导体截面利用率，外层的铝合金导电层2可以设置为梯形或z形。本发明所述导体屏蔽层3和外绝缘层4依次包覆于铝合金导电层2外。

31、本发明还提供了一种上述铝合金输电线的制备方法，包括如下步骤：将铝合金导电单线绞合在线芯外，在所述线芯上形成铝合金导电层，再将导体屏蔽层和外绝缘层依次包覆于所述铝合金导电层外，得到本发明所述的铝合金输电线。

32、具体而言，本发明首先制备所述线芯，所述线芯由以下方法制备得到：将多个碳纤维绞合后在外包覆铝层，得到覆铝碳纤维复合芯；然后将所述覆铝碳纤维复合芯同心绞合，干燥后浸渍在热固性物质中，浸渍后再进行固化成型，然后在所述固化成型后的物料外绕包铝合金层，得到线芯。本发明得到线芯后，将若干根铝合金导电单线绞合在线芯外，在所述线芯上形成若干层铝合金导电层，且相邻层的铝合金导线按照相反的方向绞合；绞合后通过高温挤压的方式在外部依次形成导体屏蔽层和外绝缘层，得到本发明所述的铝合金输电线。

33、本发明提供了一种铝合金导电材料、铝合金导电单线和铝合金输电线。本发明提供的铝合金输电线，其线芯采用覆铝碳纤维复合芯作为核心，并填充环氧树脂，外层绕包铝合金层，不仅耐腐蚀性、重量轻、性价比高，显著提高了载流量；也提高了线缆的圆整性和拉断力，提高导线强度的同时，便于增加线缆的最终截面面积，延长线路的使用寿命；其在线芯外绞合本发明所述的铝合金导电单线形成铝合金导电层，所述铝合金单线包含了锆、混合稀土和硼等能有效提高铝合金导线的耐热性能的组分，并添加了钪等来提高al-fe的热稳定性，从而提高铝合金的载流量；所述铝合金导电单线所形成的铝合金导电层提高了输电线的允许使用温度、增大了输电线的稳定载流量，提高线路输送能力。