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【发明授权】一种耐腐蚀接地合金及其制备方法_安徽兴广泰新能源技术有限公司_201810420323.4 

申请/专利权人:安徽兴广泰新能源技术有限公司

申请日:2018-05-04

公开(公告)日:2020-10-16

公开(公告)号:CN108559895B

主分类号:C22C21/12(20060101)

分类号:C22C21/12(20060101);C22C1/03(20060101);C22F1/057(20060101);C23C8/02(20060101);C23C8/12(20060101)

优先权:

专利状态码:失效-未缴年费专利权终止

法律状态:2022.04.15#未缴年费专利权终止;2020.10.16#授权;2018.10.23#实质审查的生效;2018.09.21#公开

摘要:本发明公开了一种耐腐蚀接地合金及其制备方法,涉及接地金属技术领域。本发明的一种耐腐蚀接地合金的成分为Al:94%‑96%,Cu:3%‑5%,RE:0.05%‑0.1%以及不可避免的杂质元素;其制备方法,包括如下步骤:步骤1、根据接地合金各组分要求进行配料;步骤2、熔炼获得合金熔液;步骤3、在真空的室内进行浇注;步骤4、对铸件进行均匀化退火;步骤5、喷丸处理;步骤6、对铸件表面进行预氧化处理。本发明通过在合金中添加微量稀土元素,达到细化晶粒,改善材料表面各微区负电性,稳定保护膜层,增加耐腐蚀性能,利用铝合金代替纯铜,减少成本,达到相同的导电性,解决了现有的铜、锌对环境会产生重金属污染问题。

主权项:1.一种耐腐蚀接地合金的制备方法,其特征在于,所述接地合金的成分为Al:94%-96%,Cu:3%-4%,RE:0.05%-0.1%以及不可避免的杂质元素;制备包括如下步骤:步骤1、配料:根据接地合金各组分要求进行配料;原材料选用99.5%的电解铜,99.9%的纯铝板,稀土元素以中间合金的形式加入;步骤2、熔炼:将熔炼炉升温至200℃预热20-30分钟,升温至400℃投入原料Al,并恒温30分钟处理,再以20℃min的速度将温度升至700-800℃,待原料Al处于半熔状态以40-50℃min速度快速升温至1100℃投入原料Cu和稀土中间合金,升温至1200-1300℃并恒温熔炼以合金熔液;步骤3、铸件:在真空的室内进行浇注,浇注的同时进行气体加压,压力保持在0.5-1.0MPa,浇注完成后脱膜;步骤4、热处理:将步骤3获得的铸件进行均匀化退火;均匀化退火工艺为在600-650℃下恒温6-8小时,在300-400℃下恒温1-2小时,升温至450-500℃恒温下2-3小时,降温至300-400℃下恒温4-6小时,取出铸件并放置在冷却架上,用液氮喷或干冰喷向铸件表面进行冷却;步骤5、喷丸:将经热处理的铸件升温至230-280℃下恒温4-6小时,在降温至170-200℃下恒温2-3小时,对铸件的进行喷丸处理;步骤6、预氧化处理:将铸件放入以惰性气体为氛围的环境中,并升温至200-500℃,用20%-50%纯度的氧气吹向铸件表面进行预氧化处理。

全文数据:一种耐腐蚀接地合金及其制备方法技术领域[0001]本发明属于接地金属技术领域,特别是涉及一种耐腐蚀接地合金及一种耐腐蚀接地合金制备方法。背景技术[0002]环保型合金接地材料全寿命设计比优势突出,解决当前电网接地腐蚀问题。以其替代镀锌钢可大幅度延长接地网有效寿命周期,提高运行可靠性和能源利用率;以其替代纯铜或铜包钢可降低接地工程的材料和施工成本;对于延长接地网的使用寿命、保障电网安全、降低接地网建设和维护成本具有重要意义。[0003]光伏产业作为新能源产业,近年来发展迅猛,光伏组件接地是光伏产业中容易被忽视但十分重要的一环,主要分为强电接地和弱电接地,强电接地指防雷接地,弱电接地指工作接地及安全接地,根据安全与效益的选择目前市场上接地主要有镀锌钢、纯铜、铜包钢三种类型。[0004]镀锌钢:在土壤中不具有本质长效耐腐蚀特性,长期埋设地下,受土壤中的接地电流、杂散电流、化学与电化学等多重腐蚀作用而导致短期失效;出现严重腐蚀,接地电阻升高,不能满足接地网电气性能指标要求,电网遭受雷电或短路时易引发事故扩大。[0005]纯铜、铜包钢:纯铜或铜包钢具有较好的接地电气和耐腐蚀性能,寿命长,稳定性好,但材料价格高,施工成本大,铜材料对周边金属的阳极腐蚀问题,对环境会产生重金属污染。[0006]减少铜、锌等重金属的地下埋入量,对于未来土壤质量的保持、特别是水源地的重金属离子浓度的降低具有环保作用。[0007]申请公布号为CN104651677A公开了一种铝活塞合金,其化学组分包括:铜Cu:1.0%〜1.5%,Mg:0.4%〜1%,Si:ll%〜13%,Fe:0.6%〜1%,Μη:0·3%〜0.9%,Re:0.8%〜1.4%,Sn:0.001%〜0.005%,Pb:0.001%〜0.005%,Ζη:0·01%〜0·15%,Cr:0.01%〜0.09%,Ti:0.06%〜0.18%,其余为Al和不可避免杂质。发明内容[0008]本发明的目的在于提供一种合金接地结构、接地合金及制备方法,在合金中添加微量稀土元素,达到细化晶粒,改善材料表面各微区负电性,稳定保护膜层,增加耐腐蚀性能,利用铝合金代替纯铜,减少成本,达到相同的导电性,解决了现有的铜、锌对环境会产生重金属污染问题。[0009]为解决上述技术问题,本发明是通过以下技术方案实现的:[0010]本发明为一种耐腐蚀接地合金,所述接地合金的成分为41:94%-96%,〇1:3%-5%,RE:0.05%-0.1%以及不可避免的杂质元素。[0011]—种耐腐蚀接地合金的制备方法,包括如下步骤:[0012]步骤1、配料:根据接地合金各组分要求进行配料;[0013]原材料选用99.5%的电解铜,99.9%的纯铝板,稀土元素以中间合金的形式加入;[0014]步骤2、熔炼:将熔炼炉升温至200°C预热20-30分钟,升温至400°C投入原料Al,并恒温30分钟处理,再以20°Cmin的速度将温度升至700-800°C,待原料Al处于半熔状态以40-50°Cmin速度快速升温至1100°C投入原料Cu和稀土中间合金,升温至1200-1300°C并恒温熔炼以合金熔液;[0015]步骤3、铸件:在真空的室内进行浇注,浇注的同时进行气体加压,压力保持在0.5-1.OMPa,浇注完成后脱膜;[0016]步骤4、热处理:将步骤3获得的铸件进行均匀化退火;均匀化退火工艺为在600-650°C下恒温6-8小时,在300-400°C下恒温1-2小时,升温至450-500°C恒温下2-3小时,降温至300-400°C下恒温4-6小时,取出铸件并放置在冷却架上,用液氮喷或干冰喷向铸件表面进行冷却;[0017]步骤5、喷丸:将经热处理的铸件升温至230-280°C下恒温4-6小时,在降温至170-200°C下恒温2-3小时,对铸件的进行喷丸处理;[0018]步骤6、预氧化处理:将铸件放入以惰性气体为氛围的环境中,并升温至200-500°C,用20%-50%纯度的氧气吹向铸件表面进行预氧化处理。[0019]进一步地,所述步骤2熔炼在投入原料Al之前,需在真空或惰性气体保护下对纯铝板的表面进行打磨去皮处理;打磨去皮的深度为〇.5-1_,所述惰性气体选用氦气或氖气和氩气;打磨后在纯铝板的表面刷覆一层油脂以隔绝空气。[0020]进一步地,所述步骤2熔炼在投入原料Cu和稀土中间合金之前,需对溶液进行充分的脱氧、除气和除渣预处理。[0021]进一步地,所述步骤2熔炼为在真空或惰性气体保护下进行熔炼;所述惰性气体选用氦气或氖气和氩气。[0022]进一步地,所述步骤5喷丸处理过程中喷射压力为O.lSMPa;锌合金弹丸的粒径为0.075mm;喷丸时间为90分钟。[0023]进一步地,所述步骤3铸件过程中,需事先清洗铸造模具并在铸造模具内刷覆一层耐尚温油脂。[0024]本发明具有以下有益效果:[0025]1、本发明在合金中添加微量稀土元素,达到细化晶粒,改善材料表面各微区负电性,稳定保护膜层,增加耐腐蚀性能,利用铝合金代替纯铜,减少成本,达到相同的导电性,解决了现有的铜、锌对环境会产生重金属污染问题。[0026]2、本发明通过对接地合金进行喷丸和表面预氧化处理,有效的提高了接地合金的硬度,并通过在接地合金表面形成一氧化铝保护层,提高了接地合金的耐腐蚀性能。[0027]3、本发明的接地合金具有高耐腐蚀性能,低成本,导电性能佳的优点。[0028]4、本发明的合金材料的密度是镀锌钢的13,搬运、施工更便捷。[0029]5、本发明接地合金与焊接接头材质一致,焊接材料与接地网材料的成分接近,不会产生电化学腐蚀。[0030]当然,实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。具体实施方式[0031]实施例I[0032]—种耐腐蚀接地合金,接地合金的成分为Al:95%,Cu:4%,RE:0.1%以及不可避免的杂质元素。[0033]—种耐腐蚀接地合金的制备方法,包括如下步骤:[0034]步骤1、配料:根据接地合金各组分要求进行配料;[0035]原材料选用99.5%的电解铜,99.9%的纯铝板,稀土元素以中间合金的形式加入;[0036]步骤2、熔炼:将熔炼炉升温至200°C预热20-30分钟,升温至400°C投入原料Al,并恒温30分钟处理,再以20°Cmin的速度将温度升至700-800°C,待原料Al处于半熔状态以40-50°Cmin速度快速升温至1100°C投入原料Cu和稀土中间合金,升温至1200-1300°C并恒温熔炼以合金熔液;[0037]步骤3、铸件:在真空的室内进行浇注,浇注的同时进行气体加压,压力保持在0.5-1.OMPa,浇注完成后脱膜;[0038]步骤4、热处理:将步骤3获得的铸件进行均匀化退火;均匀化退火工艺为在600-650°C下恒温6-8小时,在300-400°C下恒温1-2小时,升温至450-500°C恒温下2-3小时,降温至300-400°C下恒温4-6小时,取出铸件并放置在冷却架上,用液氮喷或干冰喷向铸件表面进行冷却;[0039]步骤5、喷丸:将经热处理的铸件升温至230-280°C下恒温4-6小时,在降温至170-200°C下恒温2-3小时,对铸件的进行喷丸处理;[0040]步骤6、预氧化处理:将铸件放入以惰性气体为氛围的环境中,并升温至200-500°C,用20%-50%纯度的氧气的气体吹向铸件表面进行预氧化处理。[0041]其中,步骤2熔炼在投入原料Al之前,需在真空或惰性气体保护下对纯铝板的表面进行打磨去皮处理;打磨去皮的深度为0.5-lmm,惰性气体选用氦气或氖气和氩气,打磨后在纯铝板的表面刷覆一层油脂以隔绝空气,防止纯铝板的表面受空气氧化产生氧化铝薄膜而影响纯铝板熔炼。[0042]其中,步骤2中升温至400°C投入原料A1,并恒温30分钟便于涂覆在铝板的表面的油脂挥发除去而不燃烧产生炭等杂质颗粒影响合金纯度。[0043]其中,步骤2熔炼在投入原料Cu和稀土中间合金之前,需对溶液进行充分的脱氧、除气和除渣预处理。[0044]其中,步骤2熔炼为在真空或惰性气体保护下进行熔炼;惰性气体选用氦气或氖气和氩气。[0045]其中,步骤5喷丸处理过程中喷射压力为0.18MPa;锌合金弹丸的粒径为0.075mm;喷丸时间为90分钟。[0046]其中,步骤3铸件过程中,需事先清洗铸造模具并在铸造模具内刷覆一层耐高温油月旨,避免铸件与模具粘连,方便进行后期脱膜。[0047]其中,步骤6预氧化处理中,20%_50%纯度的氧气的气体中除氧气外,其余组份为氮气以及不可避免的其他杂志气体;包括先以0.15-0.25ms的气体流速,用20-30%纯度的氧气处理10-20分钟,在以0.25-0.5ms的气体流速,用30-50%纯度的氧气处理10-20分钟;采用低纯度氧气的气体缓慢吹向铸件表面,并同时在200-500°C的高温下进行,方便在铸件表面快速形成一层厚度均匀适中的致密氧化铝薄膜以提高铸件的抗氧化耐腐蚀性能。[0048]实施例2[0049]分别对镀锌钢、纯铜和接地合金的耐腐蚀性、电阻率和密度进行测试;同时对接地合金连接性能进行测试,测试结果见下表一和表二:[0050]表一:耐腐蚀性、电阻率、密度测试结果对比:[0051][0052]由表一可知,接地合金的耐腐蚀性能较镀锌钢,耐腐蚀速度是镀锌钢的6-7倍;接地合金导电率是镀锌钢的4倍;接地合金同体积重量是铜和镀锌的13,单位体积成本低。[0053]表二:接地合金连接性能测试结果:[0054][0055]由表二可知,接地合金材料具有优良的连接性能和热稳定性。[0056]在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。[0057]以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然,根据本说明书的内容,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本发明的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

权利要求:1.一种耐腐蚀接地合金,其特征在于,所述接地合金的成分为纟1:94%-96%,:11:3%-5%,RE:0.05%-0.1%以及不可避免的杂质元素。2.如权利要求1所述的一种耐腐蚀接地合金的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1、配料:根据接地合金各组分要求进行配料;原材料选用99.5%的电解铜,99.9%的纯铝板,稀土元素以中间合金的形式加入;步骤2、熔炼:将熔炼炉升温至200°C预热20-30分钟,升温至400°C投入原料Al,并恒温30分钟处理,再以20°Cmin的速度将温度升至700-800°C,待原料Al处于半熔状态以40-50°Cmin速度快速升温至1100°C投入原料Cu和稀土中间合金,升温至1200-1300°C并恒温熔炼以合金熔液;步骤3、铸件:在真空的室内进行浇注,浇注的同时进行气体加压,压力保持在0.5-1.OMPa,浇注完成后脱膜;步骤4、热处理:将步骤3获得的铸件进行均匀化退火;均匀化退火工艺为在600-650°C下恒温6-8小时,在300-400°C下恒温1-2小时,升温至450-500°C恒温下2-3小时,降温至300-400°C下恒温4-6小时,取出铸件并放置在冷却架上,用液氮喷或干冰喷向铸件表面进行冷却;步骤5、喷丸:将经热处理的铸件升温至230-280°C下恒温4-6小时,在降温至170-200°C下恒温2-3小时,对铸件的进行喷丸处理;步骤6、预氧化处理:将铸件放入以惰性气体为氛围的环境中,并升温至200-500°C,用20%-50%纯度的氧气吹向铸件表面进行预氧化处理。3.根据权利要求2所述的一种耐腐蚀接地合金的制备方法,其特征在于,所述步骤2熔炼在投入原料Al之前,需在真空或惰性气体保护下对纯铝板的表面进行打磨去皮处理;打磨去皮的深度为〇.5-1_,所述惰性气体选用氦气或氖气和氩气;打磨后在纯铝板的表面刷覆一层油脂以隔绝空气。4.根据权利要求2所述的一种耐腐蚀接地合金的制备方法,其特征在于,所述步骤2熔炼在投入原料Cu和稀土中间合金之前,需对溶液进行充分的脱氧、除气和除渣预处理。5.根据权利要求2所述的一种耐腐蚀接地合金的制备方法,其特征在于,所述步骤2熔炼为在真空或惰性气体保护下进行熔炼;所述惰性气体选用氦气或氖气和氩气。6.根据权利要求2所述的一种耐腐蚀接地合金的制备方法,其特征在于,所述步骤5喷丸处理过程中喷射压力为0.18MPa;锌合金弹丸的粒径为0.075mm;喷丸时间为90分钟。

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