【2017年整理】输电线路耐蚀型铝导线提高导电性能的研究与应用.doc

输电线路耐蚀型铝导线提高导电性能的研究与应用 张卫星 山东大学电气工程学院 济南 250061 [摘 要] 本文针对目前输电线路已使用的耐蚀型铝导线普遍存在导线耐蚀性能提高则相应导电性能下降的实际情况，提出了采用在已满足电工用铝标准的铝线中添加富铈稀土提高导电率，再添加耐蚀合金元素并经特殊工艺处理，使之在满足电工用铝导线国标基础上达到平衡－“稀土与耐蚀合金导电平衡技术”的方法。对其机理进行了初步分析与研究。同时对拉拔成型的铝导线进行了导电性能及耐蚀性能的比较，结果表明该技术是提高铝导线耐蚀性能同时保持良好导电性能的有效方法。 [关键词] 输电线路 耐蚀性能 导电性能 由于大气环境的变化，特别是工业重污染地区、酸雨频繁和沿海地区，对钢芯铝绞线的抗大气腐蚀性能提出了越来越高的要求。虽然钢芯铝绞线长期使用后腐蚀危害主要集中在钢芯，但是铝导线的腐蚀也是不可忽视的一部分，主要表现为：长期使用后的铝导线在大气环境下不可避免的产生腐蚀现象，主要以“晶间腐蚀”为特征，而腐蚀后的铝导线其导电率受到影响，在维持原线路电负载的条件下，不仅增加了“线耗”，同时运行时导线温度一般会不同程度提高，温度的提高则又使腐蚀速度加快，从而形成恶性循环。 国外从五十年代开始了耐蚀铝导线的研制工作，六十年代在国内也引起了关注。但目前该类耐蚀铝导线产品存在一个共同的缺陷，就是随着耐蚀性能提高，其导电率下降。如具有代表性的产品铝镁合金导线，虽然耐蚀性能提高同时兼有抗拉强度高的特点，但是其导电率下降13％左右，因而限制了其广泛应用。因此研究确保导电率≥61％ IACS，电阻率≤0.028264Ω·mm2/m前提下，具有优良的抗大气腐蚀的耐蚀铝导线是有着实际重要意义的研究工作。 一、“稀土与耐蚀合金导电平衡技术”的基本原理 我国科技工作者[1][2]就稀土添加在铝中提高导电率的作用，进行了深入的研究并获得了很好的应用效果，并从七个方面解释了其作用机理，总结性的提出了“稀土的加入，降低了铝固溶体中硅的含量，这是提高导电率的主要原因”，并采用“稀土优化综合处理法”，使国产非电工级铝锭经该法处理后直接生产达电工级铝锭要求的产品，实际生产工业化后解决了我国由于大部分铝资源与国外不同，生产的铝锭为含硅量高的非电工用铝锭的难题。影响铝导电性能的主要因素是铝中的硅含量。“稀土优化综合处理法”的目的是将非电工用铝锭经处理达到国标要求的导电率≥61％ IACS，电阻率≤0.028264Ω·mm2/m水平的电工用铝锭，由于课题性质原因，因而未做继续提高导电率的工作。 “稀土与耐蚀合金导电平衡技术”的基本原理为：在符合国家标准的电工级铝锭中，继续添加富铈稀土进行处理，使铝固溶体中硅含量继续减少，导电率进一步提高，然后再添加耐蚀合金元素，由于耐蚀合金元素的加入使导电率下降，最后在富铈稀土处理提高导电率和耐蚀合金加入降低导电率这一对矛盾中，找出既满足导电率≥61％ IACS，电阻率≤0.028264Ω·mm2/m，又能使耐蚀性能提高的经济合理平衡点。 铝固溶体中硅含量是影响导电率的主要因素。富铈稀土加入铝中与硅一起以置换固溶的方式溶入Fe3SiAl12杂质相（α相）并形成CeSi2或Ce5Si3等类化合物是稀土在铝中存在的主要形式。富铈稀土存在于晶界骨骼和枝晶间圆形或椭圆形的颗粒中，而晶界条状相中一般不含稀土。晶界骨骼相中都含有稀土，但颗粒相中稀土含量更高，并且形态和组成不是单一的。但是不论以何种组成与形态出现，含稀土相中的硅含量要明显高于纯铝中的硅含量。 采用自行冶炼的铝基富铈稀土铌系+M中间合金为耐蚀合金元素，它在铝中的组成与分布由于多种元素的加入更加复杂，我们将深入研究，本文着重就耐蚀性能提高幅度、形成铝基合金杆冷拉拔成铝线后导电水平二个方面进行宏观研究，以导电平衡点来决定用量大小，即保证导电率≥61％ IACS，电阻率≤0.028264Ω·mm2/m前提下，找出最优控量点，其他特性指标及相关机理的研究另行发表。 二、实验方法及实验步骤 实验条件： SG-2.5-16硅钼棒高温电炉 先科仪器公司 SG-1.5-12坩埚电阻炉 先科仪器公司 富铈稀土铝基中间合金 富镧稀土铝基中间合金