本發(fā)明涉及金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高強(qiáng)度石墨烯稀土鋁合金導(dǎo)線。

背景技術(shù)：

鋁合金由于具有密度小、強(qiáng)度大及加工性能好，在航空、航天、建筑等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。鋁在地殼中的儲(chǔ)量極為豐富，約占地殼總質(zhì)量的7.45％左右，含量排在氧元素、硅元素之后，位居第三。常規(guī)的鋁合金導(dǎo)線的強(qiáng)度和導(dǎo)電性不高，限制了其在線路中的大規(guī)模使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于背景技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種高強(qiáng)度石墨烯稀土鋁合金導(dǎo)線，其配方合理，具有良好的強(qiáng)度、韌性等力學(xué)性能，同時(shí)具有良好的耐高溫、抗沖擊性和導(dǎo)電性。

本發(fā)明提出的一種高強(qiáng)度石墨烯稀土鋁合金導(dǎo)線，包括鋁合金基體和石墨烯，鋁合金基體的組分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)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％，其余為al。

具體實(shí)施例中，y的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)還可以為0.055％、0.06％、0.065％、0.07％、0.075％，er的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)還可以為0.055％、0.06％、0.065％、0.07％、0.075％，pr的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)還可以為0.015％、0.02％、0.025％、0.028％，cu的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)還可以為1.1％、1.15％、1.2％、1.25％、1.3％、1.35％、1.4％、1.45％，si的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)還可以為0.16％、0.17％、0.18％、0.185％，cr的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)還可以為0.17％、0.19％、0.2％、0.22％、0.24％，ca的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)還可以為0.055％、0.06％、0.065％、0.7％、0.8％、0.9％，mn的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)還可以為0.18％、0.2％、0.21％、0.22％、0.23％、0.24％，fe的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)還可以為0.12％、0.15％、0.18％、0.2％、0.22％、0.24％，ni的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)還可以為0.16％、0.17％、0.175％、0.18％、0.19％，zn的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)還可以為0.22％、0.25％、0.28％、0.3％、0.35％、0.4％、0.42％，ti的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)還可以為0.1％、0.11％、0.12％、0.13％、0.14％，sr的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)還可以為0.038％、0.04％、0.042％、0.044％，zr的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)還可以為0.08％、0.09％、0.1％、0.11％，余量為al。

優(yōu)選地，石墨烯在高強(qiáng)度石墨烯稀土鋁合金導(dǎo)線中的含量為0.3-0.8％。

優(yōu)選地，鋁合金基體的組分中，y、er、pr的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)滿足如下關(guān)系式：0.14％≤y+er+pr≤0.16％。

優(yōu)選地，鋁合金基體的組分中，si、ca、sr的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)滿足如下關(guān)系式：0.2％≤0.6×si+ca+sr≤0.235％。

優(yōu)選地，鋁合金基體的組分中，mn、ti、zr的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)滿足如下關(guān)系式：0.36％≤mn+ti+zr≤0.46％。

優(yōu)選地，石墨烯按照以下工藝進(jìn)行制備：在高錳酸鉀溶液中加入天然石墨和濃硫酸，在18-25℃下反應(yīng)，得到氧化石墨烯溶液；在去離子水中加入氧化石墨烯溶液，升溫至80-90℃，除去氧化錳，洗滌，再與去離子水混合，超聲處理，加入過(guò)量硫酸鋅-硫酸鋁溶液，充分?jǐn)嚢瑁偌尤霗幟仕徕c，洗滌，烘干，得到石墨烯。

優(yōu)選地，石墨烯按照以下工藝進(jìn)行制備：按重量份在40-50份高錳酸鉀溶液中加入10-15份天然石墨和5-6份濃硫酸，在18-25℃下反應(yīng)2-3h，得到氧化石墨烯溶液；在20-30份去離子水中加入20-30份氧化石墨烯溶液，升溫至80-90℃，反應(yīng)40-60min，除去氧化錳，用去離子水洗滌3-4次，再與去離子水混合，超聲處理80-100min，加入過(guò)量硫酸鋅-硫酸鋁溶液，充分?jǐn)嚢?，再加?-10份檸檬酸鈉，反應(yīng)60-80min，洗滌，烘干，得到石墨烯。

優(yōu)選地，天然石墨的粒度為250-300目，且天然石墨中固定碳含量≥99％。

優(yōu)選地，高錳酸鉀的濃度≥99.6％，濃硫酸的濃度≥96.5％。

優(yōu)選地，硫酸鋅-硫酸鋁溶液中，硫酸鋅的濃度為0.05-0.08mol/l，硫酸鋁的濃度為0.15-0.2mol/l。

本發(fā)明采用常規(guī)工藝制得。

本發(fā)明在對(duì)石墨烯的制備過(guò)程中，通過(guò)合理設(shè)置反應(yīng)條件，使得石墨烯的團(tuán)聚程度降到最低，加入過(guò)量硫酸鋅-硫酸鋁溶液，硫酸鋅、硫酸鋁中的鋅離子和鋁離子被還原為單質(zhì)鋅、氧化鋅和單質(zhì)鋁、氧化鋁吸附在石墨烯上，提高了石墨烯的密度，同時(shí)附著了單質(zhì)鋅、氧化鋅、單質(zhì)鋁、氧化鋁顆粒的石墨烯與鋁合金基體的潤(rùn)濕性也得到很大提高，與鋁合金基體結(jié)合良好，大大提高鋁合金導(dǎo)線的強(qiáng)度、韌性、抗氧化性、耐腐蝕性、耐高溫性和導(dǎo)電性；本發(fā)明在鋁合金基體中通過(guò)加入mn、ti和zr，并控制其在鋁合金基體中的含量，在鋁合金導(dǎo)線中形成mnal6相、al3ti相和al3zr相，彌散分布在鋁合金導(dǎo)線中，各強(qiáng)化相均勻沉淀，起到固溶強(qiáng)化和時(shí)效強(qiáng)化效果，同時(shí)細(xì)化了鋁合金導(dǎo)線的組織結(jié)構(gòu)，且能溶解雜質(zhì)鐵，減小fe對(duì)鋁合金導(dǎo)線的有害影響，提高了鋁合金導(dǎo)線的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、抗腐蝕性、熱加工性、耐壓性和導(dǎo)電性；si、ca和sr配合，并使si、ca、sr的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)滿足0.2％≤0.6×si+ca+sr≤0.235％，能有效減小初晶硅粒子尺寸，提高鋁合金導(dǎo)線的力學(xué)性能、耐腐蝕性、熱加工性能、抗沖擊性和導(dǎo)電性，與y、er、pr配合，使鋁合金導(dǎo)線熔鑄時(shí)成分過(guò)冷，阻止鋁合金導(dǎo)線再結(jié)晶，提高鋁合金導(dǎo)線再結(jié)晶溫度，并能顯著細(xì)化再結(jié)晶晶粒，減少二次晶間距，提高鋁合金導(dǎo)線的致密度，與石墨烯配合，石墨烯與鋁合金基體形成良好的結(jié)合界面，阻礙結(jié)合界面受力過(guò)程中的位錯(cuò)移動(dòng)和裂紋擴(kuò)展，減少鋁合金導(dǎo)線中的氣體和夾雜，進(jìn)一步細(xì)化晶粒，提高鋁合金導(dǎo)線的致密度，并促進(jìn)夾雜相趨于球化，同時(shí)降低鋁合金液的表面張力，增加鋁合金液的流動(dòng)性，提高鋁合金導(dǎo)線的熱加工性能，si、ca、sr、y、er、pr和石墨烯配合，進(jìn)一步改善鋁合金導(dǎo)線的性能，提高了鋁合金導(dǎo)線的韌性和降低鋁合金導(dǎo)線應(yīng)力腐蝕開裂敏感性，同時(shí)顯著提高鋁合金導(dǎo)線的強(qiáng)度、硬度、耐高溫性、耐腐蝕性、耐磨性能和導(dǎo)電性，延長(zhǎng)了鋁合金導(dǎo)線的使用壽命。本發(fā)明提出的一種高強(qiáng)度石墨烯稀土鋁合金導(dǎo)線，其配方合理，具有良好的強(qiáng)度、韌性等力學(xué)性能，同時(shí)具有良好的耐高溫、抗沖擊性和導(dǎo)電性。

具體實(shí)施方式

下面，通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1

本發(fā)明提出的一種高強(qiáng)度石墨烯稀土鋁合金導(dǎo)線，包括鋁合金基體和石墨烯，鋁合金基體的組分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)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％，其余為al；石墨烯在高強(qiáng)度石墨烯稀土鋁合金導(dǎo)線中的含量為0.4％。

實(shí)施例2

本發(fā)明提出的一種高強(qiáng)度石墨烯稀土鋁合金導(dǎo)線，包括鋁合金基體和石墨烯，鋁合金基體的組分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)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％，其余為al。

其中，石墨烯在高強(qiáng)度石墨烯稀土鋁合金導(dǎo)線中的含量為0.3％；

石墨烯按照以下工藝進(jìn)行制備：在高錳酸鉀溶液中加入天然石墨和濃硫酸，在18℃下反應(yīng)，得到氧化石墨烯溶液；在去離子水中加入氧化石墨烯溶液，升溫至85℃，除去氧化錳，洗滌，再與去離子水混合，超聲處理，加入過(guò)量硫酸鋅-硫酸鋁溶液，充分?jǐn)嚢瑁偌尤霗幟仕徕c，洗滌，烘干，得到石墨烯。

實(shí)施例3

本發(fā)明提出的一種高強(qiáng)度石墨烯稀土鋁合金導(dǎo)線，包括鋁合金基體和石墨烯，鋁合金基體的組分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)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％，其余為al。

其中，石墨烯在高強(qiáng)度石墨烯稀土鋁合金導(dǎo)線中的含量為0.8％；

石墨烯按照以下工藝進(jìn)行制備：按重量份在40份高錳酸鉀溶液中加入10份天然石墨和5份濃硫酸，在25℃下反應(yīng)2h，得到氧化石墨烯溶液；在20份去離子水中加入20份氧化石墨烯溶液，升溫至90℃，反應(yīng)40min，除去氧化錳，用去離子水洗滌4次，再與去離子水混合，超聲處理100min，加入過(guò)量硫酸鋅-硫酸鋁溶液，充分?jǐn)嚢瑁偌尤?份檸檬酸鈉，反應(yīng)60min，洗滌，烘干，得到石墨烯；其中，天然石墨的粒度為250目，且天然石墨中固定碳含量為99％，高錳酸鉀的濃度為99.6％，濃硫酸的濃度為96.5％，硫酸鋅-硫酸鋁溶液中，硫酸鋅的濃度為0.05mol/l，硫酸鋁的濃度為0.15mol/l。

實(shí)施例4

本發(fā)明提出的一種高強(qiáng)度石墨烯稀土鋁合金導(dǎo)線，包括鋁合金基體和石墨烯，鋁合金基體的組分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)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％，其余為al。

其中，石墨烯在高強(qiáng)度石墨烯稀土鋁合金導(dǎo)線中的含量為0.5％；

石墨烯按照以下工藝進(jìn)行制備：按重量份在50份高錳酸鉀溶液中加入15份天然石墨和6份濃硫酸，在18℃下反應(yīng)3h，得到氧化石墨烯溶液；在30份去離子水中加入30份氧化石墨烯溶液，升溫至80℃，反應(yīng)60min，除去氧化錳，用去離子水洗滌3次，再與去離子水混合，超聲處理80min，加入過(guò)量硫酸鋅-硫酸鋁溶液，充分?jǐn)嚢?，再加?0份檸檬酸鈉，反應(yīng)80min，洗滌，烘干，得到石墨烯；其中，天然石墨的粒度為300目，且天然石墨中固定碳含量為99.5％，高錳酸鉀的濃度為99.8％，濃硫酸的濃度為97％，硫酸鋅-硫酸鋁溶液中，硫酸鋅的濃度為0.08mol/l，硫酸鋁的濃度為0.2mol/l。

實(shí)施例5

本發(fā)明提出的一種高強(qiáng)度石墨烯稀土鋁合金導(dǎo)線，包括鋁合金基體和石墨烯，鋁合金基體的組分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)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％，其余為al。

其中，石墨烯在高強(qiáng)度石墨烯稀土鋁合金導(dǎo)線中的含量為0.3-0.8％；

石墨烯按照以下工藝進(jìn)行制備：按重量份在45份高錳酸鉀溶液中加入12份天然石墨和5.6份濃硫酸，在20℃下反應(yīng)2.5h，得到氧化石墨烯溶液；在25份去離子水中加入25份氧化石墨烯溶液，升溫至85℃，反應(yīng)50min，除去氧化錳，用去離子水洗滌3次，再與去離子水混合，超聲處理90min，加入過(guò)量硫酸鋅-硫酸鋁溶液，充分?jǐn)嚢瑁偌尤?份檸檬酸鈉，反應(yīng)70min，洗滌，烘干，得到石墨烯；其中，天然石墨的粒度為270目，且天然石墨中固定碳含量為99.8％，高錳酸鉀的濃度為99.6％，濃硫酸的濃度為97.5％，硫酸鋅-硫酸鋁溶液中，硫酸鋅的濃度為0.06mol/l，硫酸鋁的濃度為0.18mol/l。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。