高导电率

目前，随着国民经济的高速发展，加速丁电网建设。然而，电能的损耗也随之增加，据电力部门调查，国家电网损耗是电网传输电量的89%以上，巨大的电能损耗早已使我国电力工作者认识到提高铝的导电性，改善电网的输送效率的重要性和紧迫性。目前，大批量应用的电工铝导体（包括稀土优化处理的电工铝导体）导电率为61%IACS。随着科学技术的进步，进一步提高电工硬铝导电率就成为行业中的一个新课题。将电工铝导体导电率由61%IACS提高到63%IACS，也就成为新时期铝导体研究发展的方向。如果能完成63%IACS铝导体的研究并实现工业化生产，无疑对行业相关技术与产品的开发和电力行业的节能具有重要意义。 为此，为了降低能耗，最大限度的节约资源，我们率先将硬铝的导电率提高63%LACS，这样相应的可以减少能耗3%以上，每年有400亿度电的节约。本项目63%IACS高导电率铝导体的研发取得成功，其产品性能完全超过到国际、国家标准，在世界范围内居领先水平，63%1ACS高导电率硬铝绞线是目前国内用于主干输电线路导电性能最好的新技术产品，该技术由国家电网公司设计，导线由我公司负责研制，该导+线的研制，代表着我国导线制造业的最高水平。

本技术属于《国家重点支持的高新技术领域》第四类“新材料”中“金属及金属基复合新材料制备技术”的研究范畴。 我国建有世界最大的输电网络，运行总里程近150万公里，年电阻损耗高达2千亿kWh。我国领先开发硼化、稀土化技术，将铝导体导电率由59%IACS提升到61%IACS，但在低成本保证强度下进一步提高导电率遇到了困难，长期无法突破。主要存在以下技术难题：①没有掌握微合金元素匹配提高导电率的方法，缺少对应的配方；②工业纯铝熔液中2μm以下微杂质和微气孔不能有效去除，影响强度和导电率；③传统轧制和热处理工艺难以兼顾高强度和高导电率，且能源利用率低。针对以上问题，国网河北电科院牵头，通过产学研联合攻关，提出了富铁相析出提高导电率的新方法，发明了原料配方、铝液净化、导线制备工艺等专有技术，实现了低成本下铝导体导电率和强度同步提升。 本项目发明了高强度高导电率低成本铝导体材料制备技术。建立了微量元素存在状态与性能的关系模型，掌握了铁硅、硅锑等微合金化元素最佳配比，发明了用99.7%电工铝锭生产63%IACS高导电率硬铝导体的成分配方，首次提出富铁相析出提高导电率的新方法，突破了原料纯度要求高的技术瓶颈。发明了有效去除微缺陷的铝熔液净化系列技术。提出了Al2O3纳米刺球吸附微气泡和微杂质，惰性气体、离心、真空复合除氢，聚合气孔抑制组合技术，开发了米刺球制备装置、铝液除氢系统、旋压浇注装置，有效去除微缺陷，保留了原有合金成分，系统解决了气孔、杂质降低导线强度和导电率的技术难题。发明了节能型铝丝制备技术。提出了将温度控制和余热利用相结合，低温轧制、分段热处理的导线制备新工艺，通过富铁相沿晶界析出、晶粒径向细化和轴向延长，在保证强度的基础上提高了导电率，攻克了低成本稳定生产63%IACS高导电率硬铝导线的技术难关。 本项目授权发明专利8项，发表核心及以上论文6篇。单丝和导线均通过了国家权威机构检测。经中国电机工程学会成果鉴定，整体技术达到了国际领先水平。本技术还应用于其它铝导体制备，成功开发出铝包钢芯高导电率铝绞线、63%IACS高导电率铝导体，带动系列铝导体研究迈上了更高层级，极大提升了我国输电技术水平。

面向新型电力系统构建背景下大规模新能源入网消纳，要求未来高压断路器具备更大短路电流开断能力，亟需开发更高导电率、更强耐磨及耐电弧烧蚀性能的新型高压电接触材料。从产品开发、特性研究、应用验证三个方面，介绍了联研院依托石墨烯新技术，在断路器弧触头强度与电气特性提升技术领域的研究情况，为我国高压长寿命电触头产品的国产化研发与应用提供参考。

该项目属于新材料应用技术领域。全球能源互联网的构建，需要输电线路具备低损耗、大容量、远距离的输送能力。随着国家环保要求日益严苛及线路走廊紧张等问题的突出，如何使电力传输更加节能、高效成为世界各国研究的重要课题。 针对上述突出问题，该项目聚焦输电线路大容量、低损耗，对铝合金的高导电率开展技术攻关，揭示微合金化对导体材料的微观组织及性能的调控规律，解决了高导电率耐热和中强铝合金微合金化配方与性能的匹配性设计问题；发明高导电率耐热铝合金和中强铝合金导体材料配方，开发出高导电率耐热铝合金和中强铝合金导线，并成功在输电线路中应用，为大跨距、低损耗、大容量、远距离输电线路建设提供技术基础。 该项目发现了碱土（Ca、Ba、Sr）、稀土（Re）、错（Zr）等微合金化元素复合添加对导电率和强度的影响规律，提出了铝合金导体材料热力学和动力学计算方法；揭示了A1与微量合金元素的相互作用机制及对性能的扬抑效应。发展了第二相组态对铝合金材料的强度、导电率的调控机制并发明了61%IACS耐热铝合金导体材料的配方和60%IACS热处理型中强铝合金导体材料的配方；构建并验证了A1-Mg-Si合金体系的时效调控模型；制备了高导电率耐热和中强铝合金导体材料。提出了多种工艺参数匹配与新型高导电率铝合金导体配方相结合的制备方法：揭示了制备工艺对铝合金导体材料性能的影响规律；优化了高性能铝合金熔炼、连铸连轧、拉拔工艺；制备了高导电率耐热和中强铝合金导线。