本發(fā)明屬于電導(dǎo)線材料，具體涉及一種低電阻率梯度晶導(dǎo)線及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、中國地域遼闊，不同地區(qū)的能源資源分布不均，一些發(fā)電資源豐富的地區(qū)可能與用電需求集中的地區(qū)相距較遠(yuǎn)。利用交流輸電技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域、長距離的電力傳輸，能夠?qū)崿F(xiàn)資源優(yōu)化配置，提高能源利用效率。交流輸電雖已得到廣泛應(yīng)用，但輸電過程中集膚效應(yīng)的產(chǎn)生仍無法避免。集膚效應(yīng)是指在交流電輸電時(shí)導(dǎo)線上的電流密度總是表現(xiàn)為表層大芯部小的現(xiàn)象，這會(huì)造成導(dǎo)線表層過熱、降低傳輸效率、影響電磁兼容等嚴(yán)重問題。目前針對集膚效應(yīng)的主要解決辦法主要有兩種，一種是將導(dǎo)線分成許多細(xì)小的絞合或編織的絲線，每根絲線都被絕緣處理，從而減少了集膚效應(yīng)，但這種方法加工復(fù)雜，增加了成本。另一種方法是采用空心的導(dǎo)體，使得電流主要在導(dǎo)體的外殼流動(dòng)，但這種結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度較實(shí)心導(dǎo)體差，成本也可能增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種低電阻率梯度晶導(dǎo)線及其制備方法，以解決交流輸電過程中導(dǎo)線集膚效應(yīng)帶來的熱損耗、低效率問題。

2、本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種低電阻率梯度晶導(dǎo)線，以導(dǎo)線圓心為起點(diǎn)，沿導(dǎo)線橫截面方向和軸向，從內(nèi)至外，其晶粒大小均由細(xì)晶至粗晶呈梯度變化。

4、較佳的，將導(dǎo)線沿其橫截面方向分為表層組織與芯部組織，所述表層組織與芯部組織的界面以圓界定，圓心為導(dǎo)體圓心，芯部組織所在的圓半徑為導(dǎo)線半徑的60～80％。

5、較佳的，表層組織的晶粒粒徑為400-800μm，芯部組織的晶粒粒徑為50-100μm。

6、第二方面，本發(fā)明提供了一種低電阻率梯度晶導(dǎo)線的制備方法，包括以下步驟：

7、(1)根據(jù)導(dǎo)線材質(zhì)確定導(dǎo)線的再結(jié)晶溫度，調(diào)整感應(yīng)加熱裝置電源電流、頻率，并確定進(jìn)線速度、線圈直徑和匝間間距，若導(dǎo)線存在殘余應(yīng)力，使導(dǎo)線的表層溫度大于再結(jié)晶溫度50～100k，若導(dǎo)線未存在殘余應(yīng)力，使導(dǎo)線的表層溫度小于再結(jié)晶溫度0～50k；

8、(2)固定好導(dǎo)線的進(jìn)線端和出線端，牽引動(dòng)力由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，穩(wěn)定感應(yīng)加熱裝置5min后，使導(dǎo)線開始從進(jìn)線盤上進(jìn)線，導(dǎo)線經(jīng)過感應(yīng)線圈后由收線盤完成收線操作；

9、(3)重復(fù)步驟(2)直至導(dǎo)線表層組織的晶粒粒徑為400-800μm，芯部組織的晶粒粒徑為50-100μm。

10、較佳的，線圈直徑為導(dǎo)線直徑的1.5-5倍，匝間距要盡量小，以提高線圈的電磁感應(yīng)效率，為保證熱處理時(shí)間足夠，匝間距1～5mm。

11、較佳的，導(dǎo)線材質(zhì)為銅、鋁中任意一種。

12、較佳的，進(jìn)線速率1-20cm/s，感應(yīng)電流為50-500a，頻率為10khz-50khz。

13、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：

14、(1)本發(fā)明對導(dǎo)線的初始狀態(tài)具有普適性，無論導(dǎo)線表層是否由有殘余應(yīng)力，梯度結(jié)構(gòu)均可制備。

15、(2)制備的大/小晶粒梯度結(jié)構(gòu)不僅降低了導(dǎo)線的電阻率(≤0.01690ω·mm2/m)，還能同步提升導(dǎo)線的強(qiáng)塑性能，從而減少導(dǎo)線的工作變形、降低導(dǎo)線的維修和更換成本、提高導(dǎo)線的安全性能。

16、(3)本發(fā)明制備工藝簡單，快速高效，成本低，可以連續(xù)制備低電阻率梯度晶導(dǎo)線，具有普遍適用性及推廣價(jià)值。

17、下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)描述。

技術(shù)特征：

1.一種低電阻率梯度晶導(dǎo)線，其特征在于，以導(dǎo)線圓心為起點(diǎn)，沿導(dǎo)線橫截面方向和軸向，從內(nèi)至外，其晶粒大小均由細(xì)晶至粗晶呈梯度變化。

2.如權(quán)利要求1所述的低電阻率梯度晶導(dǎo)線，其特征在于，將導(dǎo)線沿其橫截面方向分為表層組織與芯部組織，所述表層組織與芯部組織的界面以圓界定，圓心為導(dǎo)體圓心，芯部組織所在的圓半徑為導(dǎo)線半徑的60~80%。

3.如權(quán)利要求1所述的低電阻率梯度晶導(dǎo)線，其特征在于，表層組織的晶粒粒徑為400-800μm，芯部組織的晶粒粒徑為50-100μm。

4.一種低電阻率梯度晶導(dǎo)線的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，線圈直徑為導(dǎo)線直徑的1.5-5倍，匝間距1~5mm。

6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，導(dǎo)線材質(zhì)為銅、鋁中任意一種。

7.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，進(jìn)線速率1-20cm/s，感應(yīng)電流為50-500a，頻率為10khz-50khz。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種低電阻率梯度晶導(dǎo)線及其制備方法。本發(fā)明采用高頻感應(yīng)加熱裝置，對導(dǎo)線進(jìn)行連續(xù)可控?zé)崽幚?，通過設(shè)置感應(yīng)線圈直徑、匝間間距、電源頻率、電流、進(jìn)線速率等參數(shù)，利用感應(yīng)加熱集膚效應(yīng)，使導(dǎo)線截面獲得不均勻分布的溫度場，若導(dǎo)線存在殘余應(yīng)力，可控制表層溫度高于再結(jié)晶溫度，實(shí)現(xiàn)晶粒的短時(shí)再結(jié)晶長大；若導(dǎo)線不存在殘余應(yīng)力，可控制表層溫度接近但低于再結(jié)晶溫度，通過加快晶界界面遷移速率實(shí)現(xiàn)晶粒的長大。芯部溫度較表層溫度低，晶粒尺寸變化不明顯，形成了由表層到芯部晶粒的梯度結(jié)構(gòu)分布。在交流電傳輸過程中表層大晶?？梢杂行p少晶界對電流的阻礙，降低導(dǎo)線的電阻率，同時(shí)保留導(dǎo)線的強(qiáng)塑性能。

技術(shù)研發(fā)人員：相恒高,朱德民,劉旭,徐志軍,祁志祥,陳旸,陳光
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19