CN114783647B - 一种碳纤维稀土镁合金电缆及其制备方法 - Google Patents

一种碳纤维稀土镁合金电缆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种碳纤维稀土镁合金电缆，包括采用碳纤维稀土镁合金单丝绞合的导体，所述碳纤维稀土镁合金单丝包括以下质量百分比的成分：稀土1.0‑1.3％，硼0.05‑0.08％，锰0.03‑0.08％，硅0.02‑0.06％，锶0.01‑0.05％，铝钛碳0.8‑1.1％，碳纤维8‑9％，铝10‑12％，杂质≤0.1％，余量镁。本发明还公开了一种碳纤维稀土镁合金电缆的制备方法。本发明采用上述碳纤维稀土镁合金电缆及其制备方法，提高镁合金电缆导电性能。

Description

一种碳纤维稀土镁合金电缆及其制备方法
技术领域
本发明涉及电力电缆技术领域，尤其是涉及一种碳纤维稀土镁合金电缆及其制备方法。
背景技术
由于铜良好的导电性，电线电缆多采用铜作为导体。由于我国的铜资源紧缺，电线电缆的价格比较高；铝合金电缆由于其较低的重量和价格，得到了应用。但是铝合金脆度高，扭转导体容易产生裂纹，并且裂口发热、腐蚀，是出现火灾的重要原因，也是不能被市场广泛应用的一个致命原因，限制了铝合金电缆的应用。
镁合金的比重大约是铝的三分之二，相对于铝合金具有更轻的质量，并且镁合金的相对比强度比铝合金高，比刚度接近铝合金，并且镁合金具有较好的导电性和导热性能，因此可以采用镁合金代替铝合金制备电缆使用。但是采用镁合金制备电缆，其导电性能相比铜电缆仍然具有一定的差距，提高镁合金电缆的导电性能仍然是需要克服的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种碳纤维稀土镁合金电缆，提高镁合金电缆导电性能。本发明的另一个目的是提供一种碳纤维稀土镁合金电缆的制备方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种碳纤维稀土镁合金电缆，包括采用碳纤维稀土镁合金单丝绞合的导体，所述碳纤维稀土镁合金单丝包括以下质量百分比的成分：稀土1.0-1.3％，硼0.05-0.08％，锰0.03-0.08％，硅0.02-0.06％，锶0.01-0.05％，铝钛碳0.8-1.1％，碳纤维8-9％，铝10-12％，杂质≤0.1％，余量镁。
优选的，所述碳纤维稀土镁合金单丝包括以下质量百分比的成分：稀土1.2％，硼0.05％，锰0.05％，硅0.02％，锶0.03％，铝钛碳1.1％，碳纤维9％，铝10％，杂质≤0.1％，余量镁。
优选的，所述碳纤维稀土镁合金单丝包括以下质量百分比的成分：稀土1.1％，硼0.07％，锰0.07％，硅0.06％，锶0.05％，铝钛碳0.8％，碳纤维8.5％，铝12％，杂质≤0.1％，余量镁。
优选的，所述碳纤维稀土镁合金单丝包括以下质量百分比的成分：稀土1.3％，硼0.08％，锰0.03％，硅0.04％，锶0.05％，铝钛碳1.1％，碳纤维9％，铝12％，杂质≤0.1％，余量镁。
优选的，所述稀土为镧、铈中的一种或其混合物。
上述碳纤维稀土镁合金电缆的制备方法，包括以下步骤：
S1、备料，根据设定的化学成分对原料进行称量，备用；
S2、熔化镁锭，将纯度高于99.8％的镁锭和碳纤维放入熔炼炉中进行熔化，熔化温度为730-760℃，熔化后保温；
S3、熔炼，在保温后的镁液中按照成分设计将称量好的原料加入熔化炉中进行熔炼、精炼和除气，熔化均匀后保温，得到碳纤维稀土镁合金液；
S4、浇铸成形，将精炼好的碳纤维稀土镁合金液除气后进行浇铸，浇铸成碳纤维稀土镁合金条；
S5、轧制，将浇铸成的碳纤维稀土镁合金条经过轧机进行轧制，轧制形成Φ9mm的碳纤维稀土镁合金杆；
S6、拉拔，用十三模拉丝机将碳纤维稀土镁合金杆拉拔成菱形的单丝；
S7、绞线，采用异型绞丝模，将单丝在框绞机上绞合成圆柱形的导体；
S8、热处理，将导体放入退火炉中进行退火；
S9、绝缘，冷却后在导体的外部用氟塑料挤出绝缘层，形成线芯；
S10、成缆，在线芯之间放置填充料，在成缆机上从内向外依次绕包一层玻璃纤维带，形成电缆；
S11、护套，在成型的电缆上用低烟无卤护套料挤出外护套，得到碳纤维稀土镁合金电缆。
优选的，所述步骤S8中，退火温度为300℃±10℃，退火时间为6-9h。
本发明所述的一种碳纤维稀土镁合金电缆及其制备方法的优点和积极效果是：
1、本发明中单丝为菱形结构，菱形的单丝绞合成圆柱形的导体，菱形的单丝之间能够更紧密的贴合在一起，从而提高导体的密实度，紧压密度高达96％。
2、在单丝中加入碳纤维，碳纤维具有高比强度、高比模量、耐高温性能，并且导电和导热性能优异，在电缆中加入碳纤维有利于提高电缆的强度和导电性能。
3、在镁合金中减少添加的合金元素的种类，有利于降低对电子的散射，提高电缆的导电性能。通过稀土元素和碳纤维弥补因合金化造成的强度降低，并通过稀土元素对镁合金进行细晶强化，保证电缆的强度。
4、铝钛碳中间合金不仅使镁合金获得更多、更细小的等轴晶，可以提高材料的强度和韧性，还可以提升其导电性能和延伸率，可以有效降低镁合金导体的电阻率。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
一种碳纤维稀土镁合金电缆，包括采用碳纤维稀土镁合金单丝绞合的导体，所述碳纤维稀土镁合金单丝包括以下质量百分比的成分：稀土1.2％，硼0.05％，锰0.05％，硅0.02％，锶0.03％，铝钛碳1.1％，碳纤维9％，铝10％，杂质≤0.1％，余量镁。
稀土为镧、铈中的一种或其混合物。
上述碳纤维稀土镁合金电缆的制备方法，包括以下步骤：
S1、备料，根据设定的化学成分对原料进行称量，备用；
S2、熔化镁锭，将纯度高于99.8％的镁锭和碳纤维放入熔炼炉中进行熔化，熔化温度为750℃，熔化后保温；
S3、熔炼，在保温后的镁液中按照成分设计将称量好的原料加入熔化炉中进行熔炼、精炼和除气，熔化均匀后保温，得到碳纤维稀土镁合金液；
S4、浇铸成形，将精炼好的碳纤维稀土镁合金液除气后进行浇铸，浇铸成碳纤维稀土镁合金条；
S5、轧制，将浇铸成的碳纤维稀土镁合金条经过轧机进行轧制，轧制形成Φ9mm的碳纤维稀土镁合金杆；
S6、拉拔，用十三模拉丝机将碳纤维稀土镁合金杆拉拔成菱形的单丝；
S7、绞线，采用异型绞丝模，将单丝在框绞机上绞合成圆柱形的导体；
S8、热处理，将导体放入退火炉中进行退火；退火温度为300℃±10℃，退火时间为7h；
S9、绝缘，冷却后在导体的外部用氟塑料挤出绝缘层，形成线芯；
S10、成缆，在线芯之间放置填充料，在成缆机上从内向外依次绕包一层玻璃纤维带，形成电缆；
S11、护套，在成型的电缆上用低烟无卤护套料挤出外护套，得到碳纤维稀土镁合金电缆。
采用上述方法制备的稀土镁合金电缆导体的抗拉强度为195MPa，屈服强度为75MPa，伸长率为32％，导电率为64.5％IACS，使用寿命达到40年。
实施例2
一种碳纤维稀土镁合金电缆，包括采用碳纤维稀土镁合金单丝绞合的导体，所述碳纤维稀土镁合金单丝包括以下质量百分比的成分：稀土1.1％，硼0.07％，锰0.07％，硅0.06％，锶0.05％，铝钛碳0.8％，碳纤维8.5％，铝12％，杂质≤0.1％，余量镁。
稀土为镧、铈中的一种或其混合物。
上述碳纤维稀土镁合金电缆的制备方法，包括以下步骤：
S1、备料，根据设定的化学成分对原料进行称量，备用；
S2、熔化镁锭，将纯度高于99.8％的镁锭和碳纤维放入熔炼炉中进行熔化，熔化温度为730℃，熔化后保温；
S3、熔炼，在保温后的镁液中按照成分设计将称量好的原料加入熔化炉中进行熔炼、精炼和除气，熔化均匀后保温，得到碳纤维稀土镁合金液；
S4、浇铸成形，将精炼好的碳纤维稀土镁合金液除气后进行浇铸，浇铸成碳纤维稀土镁合金条；
S5、轧制，将浇铸成的碳纤维稀土镁合金条经过轧机进行轧制，轧制形成Φ9mm的碳纤维稀土镁合金杆；
S6、拉拔，用十三模拉丝机将碳纤维稀土镁合金杆拉拔成菱形的单丝；
S7、绞线，采用异型绞丝模，将单丝在框绞机上绞合成圆柱形的导体；
S8、热处理，将导体放入退火炉中进行退火；退火温度为300℃±10℃，退火时间为9h；
S9、绝缘，冷却后在导体的外部用氟塑料挤出绝缘层，形成线芯；
S10、成缆，在线芯之间放置填充料，在成缆机上从内向外依次绕包一层玻璃纤维带，形成电缆；
S11、护套，在成型的电缆上用低烟无卤护套料挤出外护套，得到碳纤维稀土镁合金电缆。
采用上述方法制备的稀土镁合金电缆导体的抗拉强度为185MPa，屈服强度为73MPa，伸长率为28％，导电率为63％IACS，使用寿命达到40年。
实施例3
一种碳纤维稀土镁合金电缆，包括采用碳纤维稀土镁合金单丝绞合的导体，所述碳纤维稀土镁合金单丝包括以下质量百分比的成分：稀土1.3％，硼0.08％，锰0.03％，硅0.04％，锶0.05％，铝钛碳1.1％，碳纤维9％，铝12％，杂质≤0.1％，余量镁。
稀土为镧、铈中的一种或其混合物。
上述碳纤维稀土镁合金电缆的制备方法，包括以下步骤：
S1、备料，根据设定的化学成分对原料进行称量，备用；
S2、熔化镁锭，将纯度高于99.8％的镁锭和碳纤维放入熔炼炉中进行熔化，熔化温度为760℃，熔化后保温；
S3、熔炼，在保温后的镁液中按照成分设计将称量好的原料加入熔化炉中进行熔炼、精炼和除气，熔化均匀后保温，得到碳纤维稀土镁合金液；
S4、浇铸成形，将精炼好的碳纤维稀土镁合金液除气后进行浇铸，浇铸成碳纤维稀土镁合金条；
S5、轧制，将浇铸成的碳纤维稀土镁合金条经过轧机进行轧制，轧制形成Φ9mm的碳纤维稀土镁合金杆；
S6、拉拔，用十三模拉丝机将碳纤维稀土镁合金杆拉拔成菱形的单丝；
S7、绞线，采用异型绞丝模，将单丝在框绞机上绞合成圆柱形的导体；
S8、热处理，将导体放入退火炉中进行退火；退火温度为300℃±10℃，退火时间为8h；
S9、绝缘，冷却后在导体的外部用氟塑料挤出绝缘层，形成线芯；
S10、成缆，在线芯之间放置填充料，在成缆机上从内向外依次绕包一层玻璃纤维带，形成电缆；
S11、护套，在成型的电缆上用低烟无卤护套料挤出外护套，得到碳纤维稀土镁合金电缆。
采用上述方法制备的稀土镁合金电缆导体的抗拉强度为180MPa，屈服强度为75MPa，伸长率为35％，导电率为65％IACS，使用寿命达到40年。
因此，本发明采用上述碳纤维稀土镁合金电缆及其制备方法，提高镁合金电缆导电性能。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种碳纤维稀土镁合金电缆，其特征在于：包括采用碳纤维稀土镁合金单丝绞合的导体，所述碳纤维稀土镁合金单丝包括以下质量百分比的成分：稀土1.0-1.3％，硼0.05-0.08％，锰0.03-0.08％，硅0.02-0.06％，锶0.01-0.05％，铝钛碳0.8-1.1％，碳纤维8-9％，铝10-12％，杂质≤0.1％，余量镁；
上述碳纤维稀土镁合金电缆的制备方法，包括以下步骤：
S1、备料，根据设定的化学成分对原料进行称量，备用；
S2、熔化镁锭，将纯度高于99.8％的镁锭和碳纤维放入熔炼炉中进行熔化，熔化温度为730-760℃，熔化后保温；
S3、熔炼，在保温后的镁液中按照成分设计将称量好的原料加入熔化炉中进行熔炼、精炼和除气，熔化均匀后保温，得到碳纤维稀土镁合金液；
S4、浇铸成形，将精炼好的碳纤维稀土镁合金液除气后进行浇铸，浇铸成碳纤维稀土镁合金条；
S5、轧制，将浇铸成的碳纤维稀土镁合金条经过轧机进行轧制，轧制形成Φ9mm的碳纤维稀土镁合金杆；
S6、拉拔，用十三模拉丝机将碳纤维稀土镁合金杆拉拔成菱形的单丝；
S7、绞线，采用异型绞丝模，将单丝在框绞机上绞合成圆柱形的导体；
S8、热处理，将导体放入退火炉中进行退火；
S9、绝缘，冷却后在导体的外部用氟塑料挤出绝缘层，形成线芯；
S10、成缆，在线芯之间放置填充料，在成缆机上从内向外依次绕包一层玻璃纤维带，形成电缆；
S11、护套，在成型的电缆上用低烟无卤护套料挤出外护套，得到碳纤维稀土镁合金电缆。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维稀土镁合金电缆，其特征在于：所述碳纤维稀土镁合金单丝包括以下质量百分比的成分：稀土1.2％，硼0.05％，锰0.05％，硅0.02％，锶0.03％，铝钛碳1.1％，碳纤维9％，铝10％，杂质≤0.1％，余量镁。
3.根据权利要求1所述的一种碳纤维稀土镁合金电缆，其特征在于：所述碳纤维稀土镁合金单丝包括以下质量百分比的成分：稀土1.1％，硼0.07％，锰0.07％，硅0.06％，锶0.05％，铝钛碳0.8％，碳纤维8.5％，铝12％，杂质≤0.1％，余量镁。
4.根据权利要求1所述的一种碳纤维稀土镁合金电缆，其特征在于：所述碳纤维稀土镁合金单丝包括以下质量百分比的成分：稀土1.3％，硼0.08％，锰0.03％，硅0.04％，锶0.05％，铝钛碳1.1％，碳纤维9％，铝12％，杂质≤0.1％，余量镁。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种碳纤维稀土镁合金电缆，其特征在于：所述稀土为镧、铈中的一种或其混合物。
6.根据权利要求1所述的一种碳纤维稀土镁合金电缆，其特征在于：所述步骤S8中，退火温度为300℃±10℃，退火时间为6-9h。
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