[发明专利]一种电缆桥架用轻质高强铝基原位复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铝基原位复合材料制备技术，具体而言涉及一种通过电磁场下熔体反应合成技术与半连铸成型技术集合，制备亚微米颗粒增强6061、6063或6070铝合金基原位复合材料棒材，然后经均匀化处理、热挤压、热处理等工艺过程，生产高档电缆桥架用铝基复合材料的方法。

背景技术

电缆桥架是电气工程安装中重要的配套结构件。我国电缆桥架技术是在20世纪70、80年代先后从国外引进并迅速发展起来的。目前使用的电缆桥架普遍采用钢制结构，但钢制电缆桥架易被腐蚀、寿命短，需要定期维护保养，加之安装后上面敷设大量电缆，维修难度大，给用户带来许多后顾之忧和麻烦。随着工程质量要求的提高，对电缆桥架的使用寿命也提出了更高的要求。随着铝合金材料的不断发展，国内部分企业参照国外标准，结合我国国情，采用新结构、新工艺研制出的铝合金电缆桥架，具有耐腐蚀、重量轻、安装方便外形美观等特点。

铝合金电缆桥架一般由梯边纵梁和横档构成。按电缆桥架纵梁形式分为：A型(纵梁高60mm)、B型(纵梁高100mm)、C型(纵梁高150mm)。A、B、C型分别称作轻型、重型、加重型。按加工组件形状分为：直线段、水平弯通、三通、四通、垂直上下弯通等，以供敷设不同路径进行合理选择。按电缆桥架的结构形式可分为梯架、槽架(有孔和无孔)。桥架幅宽100～1000mm范围的规格按间隔100mm单位分档。

目前采用的桥架铝合金材料多为6061、6063牌号，强度性能较低，难以满足高标准建设的需要，如抗冰冻、雪灾或大载荷等场合的需要。高性能电缆桥架产品往往要求所选用的材料具有更高的比强度，更好的综合力学性能。颗粒增强铝基原位复合材料由于增强体直接从基体中形成，增强体与基体之间具有良好的界面匹配关系，使其具有良好的综合性能，特别是亚微米颗粒增强铝基原位复合材料，具有比强度高、可设计性强等特点，非常适合电缆桥架产品的开发使用。然而，电缆桥架产品组成构件多，制造工艺比较复杂，将颗粒增强铝基原位复合材料应用于电缆桥架产品还没有相关报道。

发明内容

本发明针对目前铝合金桥架产品强度性能较低的不足，采用电磁场下熔体反应合成与半连铸成型的集成技术，开发了用于电缆桥架的亚微米颗粒增强铝基复合材料。

具体而言为：

根据6061、6063或6070铝合金成分配比要求熔炼合金；加入铝合金质量0.2～0.4％的混合稀土，并通过喷粉装置加入复合材料反应原料，进行颗粒增强铝基复合材料的反应合成；根据需要调整化学成分；加入铝合金质量0.15～0.20％的Al-5Ti-1B铝钛硼丝进行细化处理，然后进行半连续铸造；接着对铸锭进行均匀化处理；再经热挤压工艺和热处理工艺获得铝基复合材料桥架。

上述制备方法中，熔炼合金过程为：待铝合金或配制铝合金的原料完全熔化后，升温至760℃，缓慢搅拌后静置15～20min；采用部分预留铝锭降温到740℃，炉内喷粉精炼处理10～15min，静置10～15min。

上述制备方法中，颗粒增强铝基复合材料的反应合成过程为：在电磁场下熔体反应合成装置中，通过喷粉枪加入复合材料反应原料，加入量以保证生成的增强颗粒的理论体积分数在3～8％为宜；边喷粉边加电磁场搅拌，喷粉结束后静置8～12min。

上述制备方法，反应原料为与铝液反应能生成增强颗粒的盐或化合物，如ZrCO₃或ZrO粉末。

上述制备方法中，电磁场指可以保证增强颗粒在铝熔体中均匀分布的各种类型电磁场，如脉冲电磁场、高频电磁场，电磁场强度为0.05～0.20T。

上述制备方法中，调整化学成分的过程为：若成分测量结果与合金牌号成分要求存在偏差，则根据实际情况加入Al-Mg中间合金或纯Mg和Al-Zn中间合金或纯Zn，直至合金化学成分符合牌号要求。

上述制备方法中，半连续铸造过程为：采用双级泡沫陶瓷过滤，半连续铸造，浇注温度控制在690～715℃；

上述制备方法，均匀化处理工艺为：铸锭冷却后，在560℃均匀化处理6小时，然后强制空冷或水冷到250℃，冷却速度保证在350-500℃/h，停留0.5h，再水冷到50℃以下。

上述制备方法中，热挤压工艺为：正向挤压铸锭加热温度480～500℃，模具温度450～470℃，挤压筒预热温度400～450℃；出料口温度500～540℃；挤压速度(模口流出速度)8～10m/min。