一种稀土铝合金高强度高导电高稳定性电缆及其制备方法与流程

本发明涉及铝合金电缆，尤其是涉及一种稀土铝合金高强度高导电高稳定性电缆及其制备方法。

背景技术：

1、随着社会的不断发展，电缆的使用范围和场合越来越多，对电缆的要求越来越高。尤其是学校、医院、房地产等项目对消防要求更严格，对电缆的耐高温、高强度、高导电等方面提出了更高的要求。国内的电缆一般是采用铜作为导体，铜的价格比较高，铜电缆的价格比较高。铝合金电缆具有质量轻、价格低的优点，因此铝合金电缆得到了发展。但是铝合金的导电性能、耐热性能和抗拉强度比较低，在生产和使用过程中容易出现断线问题，增加了铝合金电缆的生产成本，影响铝合金电缆的使用寿命。

2、现有专利cn202010720663.6公开了一种稀土高铁铝合金电缆，属于电力电缆铝合金材料技术领域。稀土高铁铝合金电缆的单丝包括以下质量百分比的成分：铁1.0-1.5％，硅0.03-0.08％，铜0.02-0.08％，锰0.02-0.08％，镁0.01-0.05％，钛0.01-0.08％，锆0.01-0.08％，铬0.05-0.1％，锶0.01-0.05％，稀土0.8-1.5％，杂质含量总和≤0.1％，余量铝。制备的稀土高铁铝合金单丝的伸长率＞35％，抗拉强度为＞120mpa，90°折弯次数38次以上，20℃时直流电阻率≤0.029，导电率≥62.0％iacs，弯曲半径7d，对比铜电缆其反弹性能减少了40％，对比铝芯电缆其抗蠕变性能增加了300％，使用寿命不低于40年。但是上述专利中铝合金电缆单丝的抗拉强度、电导率和抗蠕变性能比较低，这影响电缆使用的稳定性和使用寿命。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种稀土铝合金高强度高导电高稳定性电缆及其制备方法，解决现有铝合金电缆抗拉强度、电导率低，抗蠕变性能差的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种稀土铝合金高强度高导电高稳定性电缆，包括铝合金单丝，铝合金单丝包括以下质量百分比的成分：稀土2.0％-4.1％，铼1.0％-1.2％，铜0.8％-1.5％，钇0.5％-0.8％，钴0.5％-1.0％，镍0.2％-0.5％，碳化硅0.05％-0.3％，氯化铝0.1％-0.8％，杂质元素含量总和≤0.1％，余量的铝。

3、优选的，所述稀土元素为铈、钬、镝、铕的混合物，铈的质量百分比为0.8％-1.5％，钬的质量百分比为0.3％-1.0％，镝的质量百分比为0.2％-0.8％，铕的质量百分比为0.2％-0.8％。

4、优选的，包括铝合金导体，铝合金导体采用铝合金单丝绞合制成，铝合金导体的外部设置有绝缘层，若干个铝合金导体的外部包裹有玻璃纤维带，玻璃纤维带与绝缘层之间设有填充层，玻璃纤维带的外部设置有内护套层，内护套层的外部设置有外护套层，内护套层与外护套层之间设置有铠装层。

5、优选的，所述绝缘层为交联聚乙烯层，所述铠装层为镀锌钢带层，所述外护套层为交联聚乙烯层。

6、上述稀土铝合金高强度高导电高稳定性电缆的制备方法，包括以下步骤：

7、s1、备料，根据设定的化学成分对原料进行称量、备用；

8、s2、熔化铝锭，将铝锭放入熔化炉中进行熔化，熔化后保温，得到铝液；

9、s3、碾制，将碳化硅、氯化铝、纳米石墨烯、纳米铝粉放入球磨机中进行碾碎、混合，得到混合粉末；采用电磁感应炉对混合粉末进行熔炼，熔炼过程中采用氩气进行保护，熔炼完成后冷却，得到铝基复合材料；

10、s4、将原料和铝基复合材料加入铝液中，并在铝液中加入晶粒细化剂，在铝液中加入氧化红砂粉料进行熔炼、精炼和除气，熔化均匀后保温，得到稀土铝合金液；

11、s5、浇铸，将稀土铝合金液进行浇铸，浇铸成稀土铝合金条；

12、s6、轧制，将稀土铝合金条通过轧机进行轧制，轧制成φ9.0mm的稀土铝合金杆；

13、s7、拉拔，采用13模拉丝机将稀土铝合金杆拉拔成椭圆型的稀土铝合金单丝，并将稀土铝合金单丝在框式绞线机上采用异型绞丝模具绞合成稀土铝合金导体；

14、s8、退火，将稀土铝合金导体放入退火炉中进行退火；

15、s9、绝缘，冷却后，在稀土铝合金导体外部用交联聚乙烯料挤包绝缘层；

16、s10、成缆、护套：将3-4根绝缘线芯放在成缆机上进行填充，填充后用玻璃纤维带成缆绕包后挤出内护套层，挤出内护套层后使用镀锌钢带铠装，再用聚乙烯料挤出外护套层，形成电缆。

17、优选的，所述s2中，铝锭的纯度不低于99.8％，熔化温度为750℃-800℃。

18、优选的，所述s3中，纳米石墨烯的添加量是0.02％-0.8％，碾碎时间为30分钟，混合粉末的熔炼温度是750℃-800℃。

19、优选的，所述s4中，晶粒细化剂为al-5ti-b细化剂，晶粒细化剂的质量百分比为0.5％-1％。

20、优选的，所述s8中，退火温度为300℃±10℃，退火时间为6小时-9小时。

21、采用上述稀土铝合金高强度高导电高稳定性电缆的制备方法制备的稀土铝合金单丝的伸长率≥30％，抗拉强度为180n/mm2-240n/mm2，90°折弯次数30次以上，20℃时直流电阻率≤0.0270ω/m，导电率为64％-65％，弯曲半径7d-10d，对比铜电缆其反弹性能减少40％，对比铝芯电缆其抗蠕变性能增加380％，使用寿命不低于45年。

22、本发明所述的一种稀土铝合金高强度高导电高稳定性电缆及其制备方法的优点和积极效果是：

23、1、本发明在铝合金中加入铈、钬、镝、铕稀土元素，稀土元素对铝合金进行变质处理，能够有效的细化铝合金的晶粒，提高铝合金的强度和韧性。铈元素主要用于细化铝合金的晶粒，净化合金。钬、镝和铕元素能够增强铝合金的热稳定性，提高铝合金的高温性能。

24、2、本发明在铝合金中加入了碳化硅，碳化硅作为硬质颗粒不仅能够提高铝合金的硬度和耐磨性，提高铝合金的强度，而且碳化硅良好的热导率可以改善铝合金的导热性能，提高铝合金的耐高温性能；并且可以作为铝合金的异质形核点促进铝合金的结晶，达到细化晶粒的作用，并且碳化硅可以改善铝合金的抗氧化或耐腐蚀性。

25、3、本发明中纳米石墨烯良好的导电性可以提高铝合金的电导率，增强铝合金的抗拉强度和韧性。

26、4、本发明在铝合金中加入了铼、钇、钴金属元素，铼元素增加了铝合金的高温强度和抗蠕变性能，提高了铝合金电缆的热稳定性。钇元素可以细化铝合金的晶粒，提高铝合金的强度、韧性和耐热性。钴元素通过固溶强化和析出相强化提高了铝合金的强度和耐热性。

27、5、本发明采用球磨的方式将碳化硅、纳米石墨烯与铝进行混合，有利于实现碳化硅、纳米石墨烯在铝合金中的均匀分散，提高其分散的均匀性。

28、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种稀土铝合金高强度高导电高稳定性电缆，其特征在于：包括铝合金单丝，铝合金单丝包括以下质量百分比的成分：稀土2.0％-4.1％，铼1.0％-1.2％，铜0.8％-1.5％，钇0.5％-0.8％，钴0.5％-1.0％，镍0.2％-0.5％，碳化硅0.05％-0.3％，氯化铝0.1％-0.8％，杂质元素含量总和≤0.1％，余量的铝。

2.根据权利要求1所述的一种稀土铝合金高强度高导电高稳定性电缆，其特征在于：所述稀土元素为铈、钬、镝、铕的混合物，铈的质量百分比为0.8％-1.5％，钬的质量百分比为0.3％-1.0％，镝的质量百分比为0.2％-0.8％，铕的质量百分比为0.2％-0.8％。

3.根据权利要求1所述的一种稀土铝合金高强度高导电高稳定性电缆，其特征在于：包括铝合金导体，铝合金导体采用铝合金单丝绞合制成，铝合金导体的外部设置有绝缘层，若干个铝合金导体的外部包裹有玻璃纤维带，玻璃纤维带与绝缘层之间设有填充层，玻璃纤维带的外部设置有内护套层，内护套层的外部设置有外护套层，内护套层与外护套层之间设置有铠装层。

4.根据权利要求1所述的一种稀土铝合金高强度高导电高稳定性电缆，其特征在于：所述绝缘层为交联聚乙烯层，所述铠装层为镀锌钢带层，所述外护套层为交联聚乙烯层。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种稀土铝合金高强度高导电高稳定性电缆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种稀土铝合金高强度高导电高稳定性电缆的制备方法，其特征在于：所述s2中，铝锭的纯度不低于99.8％，熔化温度为750℃-800℃。

7.根据权利要求5所述的一种稀土铝合金高强度高导电高稳定性电缆的制备方法，其特征在于：所述s3中，纳米石墨烯的添加量是0.02％-0.8％，碾碎时间为30分钟，混合粉末的熔炼温度是750℃-800℃。

8.根据权利要求5所述的一种稀土铝合金高强度高导电高稳定性电缆的制备方法，其特征在于：所述s4中，晶粒细化剂为al-5ti-b细化剂，晶粒细化剂的质量百分比为0.5％-1％。

9.根据权利要求5所述的一种稀土铝合金高强度高导电高稳定性电缆的制备方法，其特征在于：所述s8中，退火温度为300℃±10℃，退火时间为6小时-9小时。

10.根据权利要求6-9任一项所述的一种稀土铝合金高强度高导电高稳定性电缆的制备方法，其特征在于：制备的稀土铝合金单丝的伸长率≥30％，抗拉强度为180n/mm2-240n/mm2，90°折弯次数30次以上，20℃时直流电阻率≤0.0270ω/m,导电率为64％-65％，弯曲半径7d-10d，对比铜电缆其反弹性能减少40％，对比铝芯电缆其抗蠕变性能增加380％，使用寿命不低于45年。

技术总结本发明公开了一种稀土铝合金高强度高导电高稳定性电缆及其制备方法，属于铝合金电缆技术领域。稀土铝合金高强度高导电高稳定性电缆包括铝合金单丝，铝合金单丝包括以下质量百分比的成分：稀土2.0％‑4.1％，铼1.0％‑1.2％，铜0.8％‑1.5％，钇0.5％‑0.8％，钴0.5％‑1.0％，镍0.2％‑0.5％，碳化硅0.05％‑0.3％，氯化铝0.1％‑0.8％，杂质元素含量总和≤0.1％，余量的铝。本发明还公开了一种稀土铝合金高强度高导电高稳定性电缆的制备方法。采用本发明所述的稀土铝合金高强度高导电高稳定性电缆及其制备方法，能够解决现有铝合金电缆抗拉强度、电导率低，抗蠕变性能差的问题。技术研发人员：吴国龙,吴旭龙,成文书,唐志远受保护的技术使用者：广东腾跃通电缆有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/14