一种稀土石墨烯铝合金导电线材及制备方法与流程

本发明涉及导电线材领域，尤其涉及一种稀土石墨烯铝合金导电线材及制备方法。

背景技术：

长期以来导电线材是电缆，电线，漆包线，导体型材，连接及转换端子等制造的主要原材料,特别是近几年电力工业实现了持续快速增长，基础工程建设的增长及家用电器的迅速发展，对导电线材的需求及应用带来较广阔的领域,随之而来的是对导电线材需求量增大并提出了更高的要求。目前各领域使用的导电线材大多数都是用铜材质导电线材制成，少数有使用普通铝合金或纯铝材质导电线材制成的。为此生产导电线材需要大量的铜原料，而我国是一贫铜的国家，每年工业所需铜原料大量由进口而来，对国家这一战略物资的储备是当务之急。而我国的铝资源储备量丰富，虽然目前各领域多数使用的铜材质及少数普通铝合金或纯铝材质导电线材可被稀土铝合金材质的导电线材取代，但在导电率参数上稀土铝合金材质还与铜材质导电线材有差距。而石墨烯铝合金又容易出现团聚现象，从而影响石墨烯导电性能的有效作用。如申请号20141019433972公开了一种具有铜-石墨烯复相导电线芯的电线电缆的制备方法，采用电镀再拉伸成线材，其方法使用硫酸盐酸等大量化学试剂，且处理过程较多，制备量少，很难实现工业生产；如(YEJC，HEJHSCHOENUNGJM.CryomillingforthefabricationofaparticulateB4CreinforcedAlnanocompositePartI.Effectsofprocessconditionsonstructure[J].MetallurgicalandMaterialsTransactionA，2006，37A：3099-3109.)，采用低温球磨方法来制备石墨烯/铝合金复合材料，采用低温球磨粉末冶金法虽可实现石墨烯在铝中的均匀分散以及石墨烯/铝的界面结合的改善，但是，该方法工艺复杂，成本较高，不适合在低附加值领域(例如电器、电缆等)的大规模工程化应用。

技术实现要素：

由于铝自身材料的局限性，而导致导电性能不佳；而如果加入石墨烯，容易导致分散不均团聚的现象或者难以实现大批量的工业生产的问题；本发明提供了一种适合工业生产、同时导电率以及综合物理性能都较好的稀土石墨烯铝合金导电线材及制备方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种以稀土石墨烯铝合金材质制成的导电线材，稀土石墨烯铝合金为一种Al-Fe-C-S-R铝合金，其中组成重量比为：S的含量与C的含量的总和不超过3.25wt％，Fe的含量不超过0.5wt％，R＝0.005wt％～0.25wt％；余量的为Al；所述C为单层碳元素石墨烯，S为V、Ti、Cr、Mn、Ni中的一种或多种元素组合，R为稀土元素中的一种或多种元素组合。

优选的，稀土石墨烯铝合金材质制成的导电线材,所述Fe＝0.05wt％～0.5wt％；C＝0.5wt％～3wt％；S＝0.02wt％～0.25wt％。铁可以改善铝合金的机械强度和拉伸性能，提高铝基的抗张强度、屈服极限以及耐热性能，提高合金的塑性，合金中铝与铁析出部分有Al3Fe，Al2Fe3、Al4Fe5化合物析出，经过高温退火处理使固溶体Fe在铝基中更小更有序以提高导电率，弥散析出相能增强合金的抗疲劳性能和高温运行的耐热性能，铁的含量为Fe＝0.05wt％～0.5wt％；所述S成份的加入可以提高合金的强度以及高温蠕变性能，并能改善抗疲劳性能，有助提高Fe、C在铝基中有序排列。Ti、Ni还可以改善合金的加工特性，V、Mn可以提高机械强度，提高耐腐蚀性，S＝0.02wt％～0.25wt％；添加了微量的R成份的稀土元素，所述稀土元素R为镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、钪(Sc)和钇(Y)中的一种或多种元素组合。所述R不仅可以提高合金的导电性能，还能提高合金的抗疲劳性能，延长导电线材的使用寿命。显助提高Fe、C在铝基中有序排列以增加导电性。所述R的含量R＝0.005wt％～0.25wt％。优选地，其中R总含量的55％应为Ce或La。

具体地，所述稀土石墨烯铝合金制成后，再使用成熟的电缆，电线，漆包线，导体型材，连接及转换端子等制作工艺制成稀土石墨烯铝合金相应产品。使稀土石墨烯铝合金导电线材更好的应用在电缆电线制造及电气设备制造领域。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

稀土元素有工业“黄金”之称，其自身具有优良的光电磁等物理特性，可增加导电线材的导电率以及机械性能；另一方面还可以净化石墨烯合金，细化晶粒和组织，从而改善石墨烯合金内部结构，使得石墨烯的导电性能能够充分发挥，使得导电线材的导电率以及综合物理性能都较好；稀土石墨烯合金各成份良好的匹配使其具有较好的电气与机械物理综合性能，能够保障对稀土石墨烯合金性能不同的需求，铁能够改善铝合金的机械强度与拉伸性能，明显提高稀土石墨烯铝合金的高温抗蠕变性能与抗疲劳性能。而本申请采用的溶融工艺来制备稀土石墨烯铝合金，成本低，污染小，同时可以进行大批量生产，实现工业生产。

2.稀土石墨烯铝合金制成后，导电率以及各方面机械性能较好，可以广泛的使用。

3.基体铝可以采用纯度为99.5％～99.8％纯铝作为基体合金原料，铝基的纯度越高合成的稀土石墨烯铝合金材质品质更高，最后制成的稀土石墨烯铝合金导电线材的电气性能和机械物理性能更好。

4.稀土石墨烯铝合金溶融处理过程，也是石墨烯合金细化晶粒和组织改善的关键。此时的搅拌速度不易过快，也不易过快；采用搅拌速度25-50r/min，时间30-60min能使得稀土石墨烯铝合金溶融处理更加好。

5.固溶处理以及时效处理工艺过程参数的控制对于提高固溶体Fe与C的有序性及其重要，对于提高导电率有重要作用，使得稀土石墨烯合金具有较好的导电率与机械物理综合性能。

附图说明

图1本发明稀土石墨烯铝合金导电线材的制备方法的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合图1对本发明作详细说明。

本发明的实施方式包括但不限于下列实施例：

实施例1

(1)一种稀土石墨烯铝合金的导电线材，为Al-Fe-C-S-R铝合金，其中各元素组分重量占比为：0.49wt％的Fe，2.5wt％的C，S包括0.02wt％的V和0.05wt％的Cr，0.24wt％的R；余量的为Al；C为单层碳元素石墨烯；一种稀土石墨烯铝合金的导电线材的制备方法：将已制备好的铝Fe合金，铝C合金，铝S合金，铝R合金及99.8％的纯铝按(1)的比例放置于溶炼炉中溶炼，溶炼温度为760℃；

(2)稀土石墨烯铝合金溶融处理：熔炼后的稀土石墨烯铝合金金属液在750℃保温炉中按加入精炼剂，采用耐高温合金钢双叶搅拌器以30转/分钟的速率搅拌30分钟，搅拌结束后升温至890℃静置保温60分钟。

(3)铸造稀土石墨烯铝合金铸锭：静置后的稀土石墨烯铝合金合金液在680℃的温度进行铸造，得到稀土石墨烯铝合金铸锭。

(4)固溶处理：将步骤(4)中得到的稀土石墨烯铝合金铸锭进行入固溶处理，固溶处理的温度为650℃，时间为60min。

(5)时效处理：将步骤(5)中得到的稀土石墨烯铝合金铸锭进行时效处理，时效处理的温度为480℃，时间为4h。

(6)软化处理：将步骤(6)中得到的稀土石墨烯铝合金铸锭进行软化处理，软化处理的温度为160℃，时间为6h，整个过程在在惰性气体环境中进行。

(7)压制：将步骤(7)中得到的稀土石墨烯铝合金压制成稀土石墨烯铝合金杆。

(8)冷拔拉丝：将步骤(8)中得到的稀土石墨烯铝合金杆进行冷拔拉丝成所需要的直径，得到稀土石墨烯铝合金线。

(9)紧压绞合：将步骤(9)中得到的稀土石墨烯铝合金线紧压绞合为稀土石墨烯铝合金导电芯。

(10)退火：将步骤(10)中得到的稀土石墨烯铝合金导电芯进行退火处理，退火温度为420℃，时间为24h。

(11)退火处理完毕检验各参数合格后即稀土石墨烯铝合金导电线材。

实施例2

(1)一种稀土石墨烯铝合金的导电线材，为Al-Fe-C-S-R铝合金，其中各元素组分重量比为：0.45wt％的Fe，2.1wt％的C，S为0.21wt％的V，0.3wt％的R；余量的为Al；C为单层碳元素石墨烯；

(2)溶炼稀土石墨烯铝合金：将已制备好的铝Fe合金，铝C合金，铝S合金，铝R合金及99.8％的纯铝按(1)的比例放置于溶炼炉中溶炼，溶炼温度为755℃.

(3)稀土石墨烯铝合金溶融处理：熔炼后的稀土石墨烯铝合金金属液在750℃保温炉中加入精炼剂，采用耐高温合金钢双叶搅拌器以36转/分钟的速率搅拌40分钟，搅拌结束后升温至850℃静置保温60分钟。

(4)铸造稀土石墨烯铝合金铸锭：静置后的稀土石墨烯铝合金合金液在670℃的温度进行铸造，得到稀土石墨烯铝合金铸锭。。

(5)固溶处理：将步骤(4)中得到的稀土石墨烯铝合金铸锭进行入固溶处理，固溶处理的温度为620℃，时间为60min。

(6)时效处理：将步骤(5)中得到的稀土石墨烯铝合金铸锭进行时效处理，时效处理的温度为470℃，时间为3.6h。

(7)软化处理：将步骤(6)中得到的稀土石墨烯铝合金铸锭进行软化处理，软化处理的温度为160℃，时间为6h，整个过程在在惰性气体环境中进行。

(8)压制：将步骤(7)中得到的稀土石墨烯铝合金压制成稀土石墨烯铝合金杆。

(9)冷拔拉丝：将步骤(8)中得到的稀土石墨烯铝合金杆进行冷拔拉丝成所需要的直径，得到稀土石墨烯铝合金线。

(10)退火：将步骤(9)中得到的稀土石墨烯铝合金导电线进行退火处理，退火温度为420℃，时间为24h。

(11)退火处理完毕检验各参数合格后即稀土石墨烯铝合金导电线材。

实施例3

(1)一种稀土石墨烯铝合金导电线材，为Al-Fe-C-S-R铝合金，其中各元素组分重量比为：0.31wt％的Fe，1.8wt％的C，S为0.13wt％的Ti和0.05wt％的Ni，0.11wt％的R，；余量的为Al；C为单层碳元素石墨烯；

(2)溶炼稀土石墨烯铝合金：将已制备好的铝Fe合金，铝C合金，铝S合金，铝R合金及99.8％的纯铝按(1)的比例放置于溶炼炉中溶炼，溶炼温度为750℃.

(3)稀土石墨烯铝合金溶融处理：熔炼后的稀土石墨烯铝合金金属液在750℃保温炉中加入精炼剂，采用耐高温合金钢双叶搅拌器以30转/分钟的速率搅拌30分钟，搅拌结束后升温至890℃静置保温60分钟。

(4)铸造稀土石墨烯铝合金铸锭：静置后的稀土石墨烯铝合金合金液在670℃的温度进行铸造，得到稀土石墨烯铝合金铸锭。。

(5)固溶处理：将步骤(4)中得到的稀土石墨烯铝合金铸锭进行入固溶处理，固溶处理的温度为600℃，时间为60min。

(6)时效处理：将步骤(5)中得到的稀土石墨烯铝合金铸锭进行时效处理，时效处理的温度为460℃，时间为3.3h。

(7)软化处理：将步骤(6)中得到的稀土石墨烯铝合金铸锭进行软化处理，软化处理的温度为155℃，时间为3.3h，整个过程在在惰性气体环境中进行。

(8)压制：将步骤(7)中得到的稀土石墨烯铝合金压制成稀土石墨烯铝合金杆。

(9)冷拔拉丝：将步骤(8)中得到的稀土石墨烯铝合金杆进行冷拔拉丝成所需要的直径，得到稀土石墨烯铝合金线。

(10)紧压绞合：将步骤(9)中得到的稀土石墨烯铝合金线紧压绞合为稀土石墨烯铝合金导电芯。

(11)退火：将步骤(10)中得到的稀土石墨烯铝合金导电芯进行退火处理，退火温度为415℃，时间为23h。

(12)退火处理完毕检验各参数合格后即稀土石墨烯铝合金导电线材。

实施例4

(1)一种稀土石墨烯铝合金导电线材，为Al-Fe-C-S-R铝合金，其中各元素组分重量比为：0.27wt％的Fe，1.5wt％的C，0.12wt％的V，0.02wt％的R，；余量的为Al；C为单层碳元素石墨烯；

(2)溶炼稀土石墨烯铝合金：将已制备好的铝Fe合金，铝C合金，铝S合金，铝R合金及99.8％的纯铝按(1)的比例放置于溶炼炉中溶炼，溶炼温度为745℃.

(3)稀土石墨烯铝合金溶融处理：熔炼后的稀土石墨烯铝合金金属液在750℃保温炉中加入精炼剂，采用耐高温合金钢双叶搅拌器以40转/分钟的速率搅拌45分钟，搅拌结束后升温至880℃静置保温75分钟。

(4)铸造稀土石墨烯铝合金铸锭：静置后的稀土石墨烯铝合金合金液在670℃的温度进行铸造，得到稀土石墨烯铝合金铸锭。

(5)固溶处理：将步骤(4)中得到的稀土石墨烯铝合金铸锭进行入固溶处理，固溶处理的温度为560℃，时间为55min。

(6)时效处理：将步骤(5)中得到的稀土石墨烯铝合金铸锭进行时效处理，时效处理的温度为430℃，时间为3.1h。

(7)软化处理：将步骤(6)中得到的稀土石墨烯铝合金铸锭进行软化处理，软化处理的温度为155℃，时间为5h，整个过程在在惰性气体环境中进行。

(8)压制：将步骤(7)中得到的稀土石墨烯铝合金压制成稀土石墨烯铝合金杆。

(9)冷拔拉丝：将步骤(8)中得到的稀土石墨烯铝合金杆进行冷拔拉丝成所需要的直径，得到稀土石墨烯铝合金线。

(10)紧压绞合：将步骤(9)中得到的稀土石墨烯铝合金线紧压绞合为稀土石墨烯铝合金导电芯。

(11)退火：将步骤(10)中得到的稀土石墨烯铝合金导电芯进行退火处理，退火温度为415℃，时间为23h。

(12)退火处理完毕检验各参数合格后即稀土石墨烯铝合金导电线材。

实施例5

(1)一种稀土石墨烯铝合金导电线材，为Al-Fe-C-S-R铝合金，其中各元素组分重量比为：0.27wt％的Fe，1.6wt％的C，0.12wt％的V，0.02wt％的R；余量的为Al；C为单层碳元素石墨烯；

(2)溶炼稀土石墨烯铝合金：将已制备好的铝Fe合金，铝C合金，铝S合金，铝R合金及99.8％的纯铝按(1)的比例放置于溶炼炉中溶炼，溶炼温度为760℃.

(3)稀土石墨烯铝合金溶融处理：熔炼后的稀土石墨烯铝合金金属液在750℃保温炉中按比例加入精炼剂，采用耐高温合金钢双叶搅拌器以30转/分钟的速率搅拌30分钟，搅拌结束后升温至890℃静置保温60分钟。

(4)铸造稀土石墨烯铝合金铸锭：静置后的稀土石墨烯铝合金合金液在670℃的温度进行铸造，得到稀土石墨烯铝合金铸锭。。

(5)固溶处理：将步骤(4)中得到的稀土石墨烯铝合金铸锭进行入固溶处理，固溶处理的温度为530℃，时间为60min。

(6)时效处理：将步骤(5)中得到的稀土石墨烯铝合金铸锭进行时效处理，时效处理的温度为430℃，时间为2.8h。

(7)软化处理：将步骤(6)中得到的稀土石墨烯铝合金铸锭进行软化处理，软化处理的温度为150℃，时间为3h，整个过程在在惰性气体环境中进行。

(8)压制：将步骤(7)中得到的稀土石墨烯铝合金压制成稀土石墨烯铝合金杆。

(9)冷拔拉丝：将步骤(8)中得到的稀土石墨烯铝合金杆进行冷拔拉丝成所需要的直径，得到稀土石墨烯铝合金线。

(10)退火：将步骤(9)中得到的稀土石墨烯铝合金导电线进行退火处理，退火温度为410℃，时间为22h。

(11)退火处理完毕检验各参数合格后即稀土石墨烯铝合金导电线材。

实施例6

(1)一种稀土石墨烯铝合金导电线材，为Al-Fe-C-S-R铝合金，其中各元素组分重量比为：0.18wt％的Fe，1.4wt％的C，0.25wt％的Ti，0.008wt％的R；余量的为Al；C为单层碳元素石墨烯；

(2)溶炼稀土石墨烯铝合金：将已制备好的铝Fe合金，铝C合金，铝S合金，铝R合金及99.8％的纯铝按(1)的比例放置于溶炼炉中溶炼，溶炼温度为745℃.

(3)稀土石墨烯铝合金溶融处理：熔炼后的稀土石墨烯铝合金金属液在750℃保温炉中按比例加入精炼剂，采用耐高温合金钢双叶搅拌器以30转/分钟的速率搅拌30分钟，搅拌结束后升温至890℃静置保温60分钟。

(4)铸造稀土石墨烯铝合金铸锭：静置后的稀土石墨烯铝合金合金液在670℃的温度进行铸造，得到稀土石墨烯铝合金铸锭。。

(5)固溶处理：将步骤(4)中得到的稀土石墨烯铝合金铸锭进行入固溶处理，固溶处理的温度为500℃，时间为50min。

(6)时效处理：将步骤(5)中得到的稀土石墨烯铝合金铸锭进行时效处理，时效处理的温度为400℃，时间为2.5h。

(7)软化处理：将步骤(6)中得到的稀土石墨烯铝合金铸锭进行软化处理，软化处理的温度为150℃，时间为5h，整个过程在在惰性气体环境中进行。

(8)压制：将步骤(7)中得到的稀土石墨烯铝合金压制成稀土石墨烯铝合金杆。

(9)冷拔拉丝：将步骤(8)中得到的稀土石墨烯铝合金杆进行冷拔拉丝成所需要的直径，得到稀土石墨烯铝合金线。

(10)紧压绞合：将步骤(9)中得到的稀土石墨烯铝合金线紧压绞合为稀土石墨烯铝合金导电芯。

(11)退火：将步骤(10)中得到的稀土石墨烯铝合金导电芯进行退火处理，退火温度为410℃，时间为20h。

(12)退火处理完毕检验各参数合格后即稀土石墨烯铝合金导电线材。

实施例7

(1)一种稀土石墨烯铝合金导电线材，为Al-Fe-C-S-R铝合金，其中各元素组分重量比为：0.12wt％的Fe，1.2wt％的C，0.25wt％的Mn，0.09wt％的R；余量的为Al；C为单层碳元素石墨烯；

(2)溶炼稀土石墨烯铝合金：将已制备好的铝Fe合金，铝C合金，铝S合金，铝R合金及99.8％的纯铝按(1)的比例放置于溶炼炉中溶炼，溶炼温度为755℃.

(3)稀土石墨烯铝合金溶融处理：熔炼后的稀土石墨烯铝合金金属液在750℃保温炉中按比例加入精炼剂，采用耐高温合金钢双叶搅拌器以35转/分钟的速率搅拌40分钟，搅拌结束后升温至880℃静置保温60分钟。

(4)铸造稀土石墨烯铝合金铸锭：静置后的稀土石墨烯铝合金合金液在670℃的温度进行铸造，得到稀土石墨烯铝合金铸锭。。

(5)固溶处理：将步骤(4)中得到的稀土石墨烯铝合金铸锭进行入固溶处理，固溶处理的温度为470℃，时间为45min。

(6)时效处理：将步骤(5)中得到的稀土石墨烯铝合金铸锭进行时效处理，时效处理的温度为370℃，时间为2h。

(7)软化处理：将步骤(6)中得到的稀土石墨烯铝合金铸锭进行软化处理，软化处理的温度为150℃，时间为5h，整个过程在在惰性气体环境中进行。

(8)压制：将步骤(7)中得到的稀土石墨烯铝合金压制成稀土石墨烯铝合金杆。

(9)冷拔拉丝：将步骤(8)中得到的稀土石墨烯铝合金杆进行冷拔拉丝成所需要的直径，得到稀土石墨烯铝合金线。

(10)紧压绞合：将步骤(9)中得到的稀土石墨烯铝合金线紧压绞合为稀土石墨烯铝合金导电芯。

(11)退火：将步骤(10)中得到的稀土石墨烯铝合金导电芯进行退火处理，退火温度为400℃，时间为23h。

(12)退火处理完毕检验各参数合格后即稀土石墨烯铝合金导电线材。

实施例8

(1)一种稀土石墨烯铝合金导电线材，为Al-Fe-C-S-R铝合金，其中各元素组分重量比为：0.05wt％的Fe，0.8wt％的C，0.24wt％的Mn，R＝0.008wt％；余量的为Al；C为单层碳元素石墨烯；

(2)溶炼稀土石墨烯铝合金：将已制备好的铝Fe合金，铝C合金，铝S合金，铝R合金及99.8％的纯铝按(1)的比例放置于溶炼炉中溶炼，溶炼温度为745℃.

(3)稀土石墨烯铝合金溶融处理：熔炼后的稀土石墨烯铝合金金属液在750℃保温炉中加入精炼剂，采用耐高温合金钢双叶搅拌器以40转/分钟的速率搅拌40分钟，搅拌结束后升温至890℃静置保温80分钟。

(4)铸造稀土石墨烯铝合金铸锭：静置后的稀土石墨烯铝合金合金液在670℃的温度进行铸造，得到稀土石墨烯铝合金铸锭。。

(5)固溶处理：将步骤(4)中得到的稀土石墨烯铝合金铸锭进行入固溶处理，固溶处理的温度为450℃，时间为45min。

(6)时效处理：将步骤(5)中得到的稀土石墨烯铝合金铸锭进行时效处理，时效处理的温度为350℃，时间为1.8h。

(7)软化处理：将步骤(6)中得到的稀土石墨烯铝合金铸锭进行软化处理，软化处理的温度为145℃，时间为4h，整个过程在在惰性气体环境中进行。

(8)压制：将步骤(7)中得到的稀土石墨烯铝合金压制成稀土石墨烯铝合金杆。

(9)冷拔拉丝：将步骤(8)中得到的稀土石墨烯铝合金杆进行冷拔拉丝成所需要的直径，得到稀土石墨烯铝合金线。

(10)紧压绞合：将步骤(9)中得到的稀土石墨烯铝合金线紧压绞合为稀土石墨烯铝合金导电芯。

(11)退火：将步骤(10)中得到的稀土石墨烯铝合金导电芯进行退火处理，退火温度为400℃，时间为23h。

(12)退火处理完毕检验各参数合格后即稀土石墨烯铝合金导电线材。

本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，以下所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护的范围。