近日由国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司以下简称武汉南瑞承担的环保型轻量化线路用的高强碳纳米管铝合金及应用项目获得国家电网公司科技进步二等奖该新材料产品的应用将有助于提升电网技术装备水平
为强化电力新材料在电网建设中的基础和先导作用国家电网公司年正式命名输变电用碳纳米管改性铝合金及应用技术科技攻关团队经过持续的经费投入和技术攻关该团队依托武汉南瑞的资源和技术优势在纳米改性铝合金材料及其产品研发与生产方面取得突破形成规模化生产能力成功实现纳米改性铝合金产品在电网领域的应用推出了纳米碳合金金具产品该项技术经过中国电机工程学会的技术鉴定项目成果整体达到国际领先水平
以铝代铁
纳米改性铝合金顺应电网建设需求
采用新材料新工艺和新技术探索提质增效与绿色发展的道路是电网建设的发展方向武汉南瑞大胆引进材料专业人才组建阳逻新材料产业基地形成湖北省电力新材料工程技术中心和国家电网公司电工新材料实验室双重平台优势蓄力电力新材料开发与创新应用
铁和铝是电网中除铜之外使用量最大的两类金属与铁材料相比铝材料比重轻仅为钢铁材料的三分之一耐腐蚀其表面形成一层薄的钝化膜阻止材料进一步氧化弱磁性可降低交变磁场下材料内部磁筹反复变化所带来的能量损耗
因此在一些节能或轻量化的应用场合如输电线路具有显著的性能优势但在传统工艺合金化手段提升铝材强度中大量合金元素的加入会导致综合性能下降机械性能普遍较低无法满足高强度应用场合如金具为了发展高性能铝合金促进其对钢铁材料的替代该团队决定将目标定位于碳纳米管改性铝合金
碳纳米管是一种由石墨片卷绕而成的一维管状材料直径仅有纳米级别在其微小的身体里蕴藏的可是大能量将这些小东西融入电网常用的铝合金材料中如同混凝土中的钢筋一般使铝合金的强度显著提升可在电力及相关领域发挥大作用但是纳米材料的一大应用弊端是容易发生团聚如何实现碳纳米管在铝基体中弥散分布是铝合金材料成功开发的关键传统主要采用粉末冶金工艺通过机械球磨的方式将纳米相和金属粉末进行固固混合之后烧结成型但这种方法无法实现大尺寸且材料的塑性较差
为解决这一问题武汉南瑞科技攻关团队历经年的时间数百次的试验通过不断优化成分配方调整工艺参数提出了碳纳米管改性铝合金熔炼制备工艺攻克了碳纳米管的分散碳管表面包覆碳管与铝液的浸润碳管在熔融合金中的悬浮等技术难题为实现碳纳米管改性铝合金的批量生产打下坚实的基础据悉日前碳纳米管改性铝合金已实现单产吨
落地应用
新型铝合金助力高性能电工装备制造
多年来的研发投入终于结出了果实武汉南瑞率先推出了基于纳米改性铝合金技术的第一代产品纳米碳合金金具并通过了国家电网公司新技术新产品成果评估
线路节能环保化是电网建设响应低碳经济美丽中国的一大举措其不仅涵盖了运行线路的环保设计和长效节能也体现在电力装备的环保制造和新技术应用水平等方面
我们按照相关标准对纳米碳合金金具进行了能耗测试以NW型纳米碳合金碗头挂板为例在经济电流安培下能耗降低瓦左右相当于线路上日夜亮着的无数个瓦灯泡被熄灭了项目负责人在介绍纳米碳合金金具的节能优势时形象地说道
根据试验结果纳米碳合金碗头挂板在与耐张线夹配合使用时相对铸铁金具该单元能耗降低了通过统计历年来配网用铸铁金具的招标数据仅含协议库存配网金具的年需求量超过亿元若采用节能型纳米碳合金金具替代以经济电流密度安培计算每年节约电能超过万兆瓦时
此外绿色环保轻量美观也是该系列金具的应用优势随着国家环保政策的加强铸造行业的准入条件不断提高原先小型的低产能的铸铁厂被迫关停导致铸铁原材料的价格上涨同时热镀锌工艺对环境污染巨大简陋的镀锌工艺厂房和肆意排放的污水对操作工人和自然环境造成极大的危害相比之下纳米碳合金金具无须进行热镀锌处理避免了对环境的污染以实际效用践行国家电网公司建设绿色电网奉献清洁能源的企业使命且其本体重量仅为同规格铸铁金具的标准破坏载荷提高以上可为线路运行提供更稳定长效的安全保障
不仅如此轻质高强的纳米改性铝合金材料可在各类场合进行深化应用如铝合金变压器铝合金避雷器轻量化铝合金车身等在新能源汽车等领域也展现出巨大的应用空间目前基于碳纳米管改性铝合金技术的铝合金避雷器已在襄阳绝缘子厂投产年产超过万套
未来武汉南瑞将始终坚持创新材才有竞争力的发展理念深入开展新材料产品的研发与生产深耕碳纳米管改性铝合金材料产品多元化应用市场为国家建设绿色环保节能高效的清洁能源电网作出应有的贡献
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