本发明涉及金属材料技术领域，尤其涉及一种高强度石墨烯稀土铝合金导线。
背景技术：
铝合金由于具有密度小、强度大及加工性能好，在航空、航天、建筑等领域得到广泛应用。铝在地壳中的储量极为丰富，约占地壳总质量的7.45％左右，含量排在氧元素、硅元素之后，位居第三。常规的铝合金导线的强度和导电性不高，限制了其在线路中的大规模使用。
技术实现要素：
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高强度石墨烯稀土铝合金导线，其配方合理，具有良好的强度、韧性等力学性能，同时具有良好的耐高温、抗冲击性和导电性。
本发明提出的一种高强度石墨烯稀土铝合金导线，包括铝合金基体和石墨烯，铝合金基体的组分按质量百分数包括：y：0.05-0.08％、er：0.05-0.08％、pr：0.01-0.03％、cu：1-1.5％、si：0.15-0.2％、cr：0.15-0.25％、ca：0.05-0.1％、mn：0.15-0.25％、fe：0.1-0.25％、ni：0.15-0.2％、zn：0.2-0.45％、ti：0.08-0.15％、sr：0.035-0.045％、zr：0.07-0.12％，其余为al。
具体实施例中，y的质量百分数还可以为0.055％、0.06％、0.065％、0.07％、0.075％，er的质量百分数还可以为0.055％、0.06％、0.065％、0.07％、0.075％，pr的质量百分数还可以为0.015％、0.02％、0.025％、0.028％，cu的质量百分数还可以为1.1％、1.15％、1.2％、1.25％、1.3％、1.35％、1.4％、1.45％，si的质量百分数还可以为0.16％、0.17％、0.18％、0.185％，cr的质量百分数还可以为0.17％、0.19％、0.2％、0.22％、0.24％，ca的质量百分数还可以为0.055％、0.06％、0.065％、0.7％、0.8％、0.9％，mn的质量百分数还可以为0.18％、0.2％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％，fe的质量百分数还可以为0.12％、0.15％、0.18％、0.2％、0.22％、0.24％，ni的质量百分数还可以为0.16％、0.17％、0.175％、0.18％、0.19％，zn的质量百分数还可以为0.22％、0.25％、0.28％、0.3％、0.35％、0.4％、0.42％，ti的质量百分数还可以为0.1％、0.11％、0.12％、0.13％、0.14％，sr的质量百分数还可以为0.038％、0.04％、0.042％、0.044％，zr的质量百分数还可以为0.08％、0.09％、0.1％、0.11％，余量为al。
优选地，石墨烯在高强度石墨烯稀土铝合金导线中的含量为0.3-0.8％。
优选地，铝合金基体的组分中，y、er、pr的质量百分数满足如下关系式：0.14％≤y+er+pr≤0.16％。
优选地，铝合金基体的组分中，si、ca、sr的质量百分数满足如下关系式：0.2％≤0.6×si+ca+sr≤0.235％。
优选地，铝合金基体的组分中，mn、ti、zr的质量百分数满足如下关系式：0.36％≤mn+ti+zr≤0.46％。
优选地，石墨烯按照以下工艺进行制备：在高锰酸钾溶液中加入天然石墨和浓硫酸，在18-25℃下反应，得到氧化石墨烯溶液；在去离子水中加入氧化石墨烯溶液，升温至80-90℃，除去氧化锰，洗涤，再与去离子水混合，超声处理，加入过量硫酸锌-硫酸铝溶液，充分搅拌，再加入柠檬酸钠，洗涤，烘干，得到石墨烯。
优选地，石墨烯按照以下工艺进行制备：按重量份在40-50份高锰酸钾溶液中加入10-15份天然石墨和5-6份浓硫酸，在18-25℃下反应2-3h，得到氧化石墨烯溶液；在20-30份去离子水中加入20-30份氧化石墨烯溶液，升温至80-90℃，反应40-60min，除去氧化锰，用去离子水洗涤3-4次，再与去离子水混合，超声处理80-100min，加入过量硫酸锌-硫酸铝溶液，充分搅拌，再加入8-10份柠檬酸钠，反应60-80min，洗涤，烘干，得到石墨烯。
优选地，天然石墨的粒度为250-300目，且天然石墨中固定碳含量≥99％。
优选地，高锰酸钾的浓度≥99.6％，浓硫酸的浓度≥96.5％。
优选地，硫酸锌-硫酸铝溶液中，硫酸锌的浓度为0.05-0.08mol/l，硫酸铝的浓度为0.15-0.2mol/l。
本发明采用常规工艺制得。
本发明在对石墨烯的制备过程中，通过合理设置反应条件，使得石墨烯的团聚程度降到最低，加入过量硫酸锌-硫酸铝溶液，硫酸锌、硫酸铝中的锌离子和铝离子被还原为单质锌、氧化锌和单质铝、氧化铝吸附在石墨烯上，提高了石墨烯的密度，同时附着了单质锌、氧化锌、单质铝、氧化铝颗粒的石墨烯与铝合金基体的润湿性也得到很大提高，与铝合金基体结合良好，大大提高铝合金导线的强度、韧性、抗氧化性、耐腐蚀性、耐高温性和导电性；本发明在铝合金基体中通过加入mn、ti和zr，并控制其在铝合金基体中的含量，在铝合金导线中形成mnal6相、al3ti相和al3zr相，弥散分布在铝合金导线中，各强化相均匀沉淀，起到固溶强化和时效强化效果，同时细化了铝合金导线的组织结构，且能溶解杂质铁，减小fe对铝合金导线的有害影响，提高了铝合金导线的抗拉强度、屈服强度、抗腐蚀性、热加工性、耐压性和导电性；si、ca和sr配合，并使si、ca、sr的质量百分数满足0.2％≤0.6×si+ca+sr≤0.235％，能有效减小初晶硅粒子尺寸，提高铝合金导线的力学性能、耐腐蚀性、热加工性能、抗冲击性和导电性，与y、er、pr配合，使铝合金导线熔铸时成分过冷，阻止铝合金导线再结晶，提高铝合金导线再结晶温度，并能显著细化再结晶晶粒，减少二次晶间距，提高铝合金导线的致密度，与石墨烯配合，石墨烯与铝合金基体形成良好的结合界面，阻碍结合界面受力过程中的位错移动和裂纹扩展，减少铝合金导线中的气体和夹杂，进一步细化晶粒，提高铝合金导线的致密度，并促进夹杂相趋于球化，同时降低铝合金液的表面张力，增加铝合金液的流动性，提高铝合金导线的热加工性能，si、ca、sr、y、er、pr和石墨烯配合，进一步改善铝合金导线的性能，提高了铝合金导线的韧性和降低铝合金导线应力腐蚀开裂敏感性，同时显著提高铝合金导线的强度、硬度、耐高温性、耐腐蚀性、耐磨性能和导电性，延长了铝合金导线的使用寿命。本发明提出的一种高强度石墨烯稀土铝合金导线，其配方合理，具有良好的强度、韧性等力学性能，同时具有良好的耐高温、抗冲击性和导电性。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种高强度石墨烯稀土铝合金导线，包括铝合金基体和石墨烯，铝合金基体的组分按质量百分数包括：y：0.05％、er：0.08％、pr：0.01％、cu：1.5％、si：0.15％、cr：0.25％、ca：0.1％、mn：0.15％、fe：0.1％、ni：0.2％、zn：0.2％、ti：0.15％、sr：0.035％、zr：0.12％，其余为al；石墨烯在高强度石墨烯稀土铝合金导线中的含量为0.4％。
实施例2
本发明提出的一种高强度石墨烯稀土铝合金导线，包括铝合金基体和石墨烯，铝合金基体的组分按质量百分数包括：y：0.08％、er：0.05％、pr：0.03％、cu：1％、si：0.2％、cr：0.15％、ca：0.05％、mn：0.25％、fe：0.25％、ni：0.15％、zn：0.45％、ti：0.08％、sr：0.045％、zr：0.07％，其余为al。
其中，石墨烯在高强度石墨烯稀土铝合金导线中的含量为0.3％；
石墨烯按照以下工艺进行制备：在高锰酸钾溶液中加入天然石墨和浓硫酸，在18℃下反应，得到氧化石墨烯溶液；在去离子水中加入氧化石墨烯溶液，升温至85℃，除去氧化锰，洗涤，再与去离子水混合，超声处理，加入过量硫酸锌-硫酸铝溶液，充分搅拌，再加入柠檬酸钠，洗涤，烘干，得到石墨烯。
实施例3
本发明提出的一种高强度石墨烯稀土铝合金导线，包括铝合金基体和石墨烯，铝合金基体的组分按质量百分数包括：y：0.065％、er：0.07％、pr：0.02％、cu：1.25％、si：0.18％、cr：0.21％、ca：0.08％、mn：0.2％、fe：0.19％、ni：0.175％、zn：0.32％、ti：0.11％、sr：0.04％、zr：0.09％，其余为al。
其中，石墨烯在高强度石墨烯稀土铝合金导线中的含量为0.8％；
石墨烯按照以下工艺进行制备：按重量份在40份高锰酸钾溶液中加入10份天然石墨和5份浓硫酸，在25℃下反应2h，得到氧化石墨烯溶液；在20份去离子水中加入20份氧化石墨烯溶液，升温至90℃，反应40min，除去氧化锰，用去离子水洗涤4次，再与去离子水混合，超声处理100min，加入过量硫酸锌-硫酸铝溶液，充分搅拌，再加入8份柠檬酸钠，反应60min，洗涤，烘干，得到石墨烯；其中，天然石墨的粒度为250目，且天然石墨中固定碳含量为99％，高锰酸钾的浓度为99.6％，浓硫酸的浓度为96.5％，硫酸锌-硫酸铝溶液中，硫酸锌的浓度为0.05mol/l，硫酸铝的浓度为0.15mol/l。
实施例4
本发明提出的一种高强度石墨烯稀土铝合金导线，包括铝合金基体和石墨烯，铝合金基体的组分按质量百分数包括：y：0.06％、er：0.07％、pr：0.015％、cu：1.15％、si：0.185％、cr：0.175％、ca：0.085％、mn：0.175％、fe：0.225％、ni：0.165％、zn：0.42％、ti：0.1％、sr：0.038％、zr：0.085％，其余为al。
其中，石墨烯在高强度石墨烯稀土铝合金导线中的含量为0.5％；
石墨烯按照以下工艺进行制备：按重量份在50份高锰酸钾溶液中加入15份天然石墨和6份浓硫酸，在18℃下反应3h，得到氧化石墨烯溶液；在30份去离子水中加入30份氧化石墨烯溶液，升温至80℃，反应60min，除去氧化锰，用去离子水洗涤3次，再与去离子水混合，超声处理80min，加入过量硫酸锌-硫酸铝溶液，充分搅拌，再加入10份柠檬酸钠，反应80min，洗涤，烘干，得到石墨烯；其中，天然石墨的粒度为300目，且天然石墨中固定碳含量为99.5％，高锰酸钾的浓度为99.8％，浓硫酸的浓度为97％，硫酸锌-硫酸铝溶液中，硫酸锌的浓度为0.08mol/l，硫酸铝的浓度为0.2mol/l。
实施例5
本发明提出的一种高强度石墨烯稀土铝合金导线，包括铝合金基体和石墨烯，铝合金基体的组分按质量百分数包括：y：0.07％、er：0.06％、pr：0.025％、cu：1.45％、si：0.17％、cr：0.23％、ca：0.065％、mn：0.22％、fe：0.135％、ni：0.185％、zn：0.22％、ti：0.135％、sr：0.042％、zr：0.1％，其余为al。
其中，石墨烯在高强度石墨烯稀土铝合金导线中的含量为0.3-0.8％；
石墨烯按照以下工艺进行制备：按重量份在45份高锰酸钾溶液中加入12份天然石墨和5.6份浓硫酸，在20℃下反应2.5h，得到氧化石墨烯溶液；在25份去离子水中加入25份氧化石墨烯溶液，升温至85℃，反应50min，除去氧化锰，用去离子水洗涤3次，再与去离子水混合，超声处理90min，加入过量硫酸锌-硫酸铝溶液，充分搅拌，再加入9份柠檬酸钠，反应70min，洗涤，烘干，得到石墨烯；其中，天然石墨的粒度为270目，且天然石墨中固定碳含量为99.8％，高锰酸钾的浓度为99.6％，浓硫酸的浓度为97.5％，硫酸锌-硫酸铝溶液中，硫酸锌的浓度为0.06mol/l，硫酸铝的浓度为0.18mol/l。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。