創(chuàng)“新材”才有競爭力 武漢南瑞推出納米改性鋁合金產(chǎn)品！

　　2018年7月，由國網(wǎng)電力科學研究院武漢南瑞有限責任公司（以下簡稱“武漢南瑞”）承擔的《環(huán)保型輕量化線路用的高強碳納米管/鋁合金及應用》項目獲得國家電網(wǎng)公司科技進步二等獎，該新材料產(chǎn)品的應用將有助于提升電網(wǎng)技術(shù)裝備水平。

　　為強化電力新材料在電網(wǎng)建設中的基礎(chǔ)和先導作用，國家電網(wǎng)公司2015年正式命名“輸變電用碳納米管改性鋁合金及應用技術(shù)科技攻關(guān)團隊”。經(jīng)過持續(xù)的經(jīng)費投入和技術(shù)攻關(guān)，該團隊依托武漢南瑞的資源和技術(shù)優(yōu)勢，在納米改性鋁合金材料及其產(chǎn)品研發(fā)與生產(chǎn)方面取得突破，形成規(guī)?；a(chǎn)能力：首次實現(xiàn)納米改性鋁合金產(chǎn)品在電網(wǎng)領(lǐng)域的應用，推出了納米碳合金金具產(chǎn)品。該項技術(shù)經(jīng)過中國電機工程學會的技術(shù)鑒定，項目成果整體達到國際領(lǐng)先水平。

　　“以鋁代鐵”——納米改性鋁合金順應電網(wǎng)建設需求

　　采用新材料、新工藝和新技術(shù)，探索提質(zhì)增效與綠色發(fā)展的道路，是電網(wǎng)建設的發(fā)展方向。武漢南瑞大膽引進材料專業(yè)人才，組建陽邏新材料產(chǎn)業(yè)基地，形成湖北省電力新材料工程技術(shù)中心和國家電網(wǎng)公司電工新材料實驗室雙重平臺優(yōu)勢，蓄力電力新材料開發(fā)與創(chuàng)新應用。

　　鐵和鋁是電網(wǎng)中除銅之外，使用量最大的兩類金屬。與鐵材料相比，鋁材料比重輕，僅為鋼鐵材料的三分之一；耐腐蝕，其表面形成一層薄的鈍化膜阻止材料進一步氧化；弱磁性，降低了交變磁場下材料內(nèi)部磁籌反復變化所帶來的能量損耗。

　　因此，在一些節(jié)能或輕量化的應用場合（如輸電線路），具有顯著的性能優(yōu)勢，但傳統(tǒng)工藝通過合金化手段提升鋁材強度，大量合金元素的加入會導致綜合性能下降，機械性能普遍較低，無法滿足高強度應用場合（如金具）。為了發(fā)展高性能鋁合金，促進其對鋼鐵材料的替代，團隊決定將目標定位于碳納米管改性鋁合金。

　　是一種由石墨片卷繞而成的一維管狀材料，直徑僅有納米級別，在其微小的“身體”里蘊藏的可是大能量，將這些“小東西”融入電網(wǎng)常用的鋁合金材料中，如同混凝土中的鋼筋一般，使鋁合金的強度顯著提升，可在電力及相關(guān)領(lǐng)域發(fā)揮大作用。正可謂是小身材、大作用。但是，納米材料的一大應用弊端是容易發(fā)生團聚，如何實現(xiàn)碳納米管在鋁基體中彌散分布是鋁合金材料成功開發(fā)的關(guān)鍵。傳統(tǒng)主要采用粉末冶金工藝，通過機械球磨的方式將納米相和金屬粉末進行固—固混合，之后燒結(jié)成型，但這種方法無法實現(xiàn)大尺寸，且材料的塑性較差。

　　為解決這一問題，武漢南瑞科技攻關(guān)團隊開展了大量研究工作。歷經(jīng)4年的時間，數(shù)百次的試驗，通過不斷優(yōu)化成分配方、調(diào)整工藝參數(shù)，提出了碳納米管改性鋁合金熔煉制備工藝，攻克了碳納米管的分散、碳管表面包覆、碳管與鋁液的浸潤、碳管在熔融合金中的懸浮等技術(shù)難題。鍥而不舍，金石可鏤。正是團隊成員們堅持不懈的努力，及面對挫折與失敗時的恒心和毅力，才獲得了電工新材料、新工藝的技術(shù)突破，為實現(xiàn)碳納米管改性鋁合金的批量生產(chǎn)打下堅實的基礎(chǔ)。

　　“碳納米管改性鋁合金實現(xiàn)單產(chǎn)30噸”，武漢南瑞已成功將碳納米管改性鋁合金技術(shù)用于工業(yè)生產(chǎn)，這其中經(jīng)歷了配方設計、試驗研究到中試放大的工藝過渡等方方面面。通紅的熔煉爐中翻騰著鋁液，“成分檢驗合格，可以澆鑄”，流槽中的鋁液緩慢流入了結(jié)晶器中，澆鑄好的碳納米管改性鋁合金坯錠等待下一步的成品加工。

　　“落地應用”——新型鋁合金助力高性能電工裝備制造

　　多年來的研發(fā)投入終于結(jié)出了果實，武漢南瑞率先推出了基于納米改性技術(shù)的第一代產(chǎn)品——納米碳合金金具，并通過了國家電網(wǎng)公司新技術(shù)新產(chǎn)品成果評估。

　　線路節(jié)能環(huán)?；请娋W(wǎng)建設響應低碳經(jīng)濟、美麗中國的一大舉措，其不僅涵蓋了運行線路的環(huán)保設計和長效節(jié)能，也體現(xiàn)在電力裝備的環(huán)保制造和新技術(shù)應用水平等方面。

　　“我們按照相關(guān)標準對納米碳合金金具進行了能耗測試，以NW-07115型納米碳合金碗頭掛板為例，在經(jīng)濟電流240安培下能耗降低3瓦左右，相當于線路上日夜亮著的無數(shù)個3瓦燈泡，被熄滅了?！表椖控撠熑嗽诮榻B納米碳合金金具的節(jié)能優(yōu)勢時形象地說道。

　　根據(jù)試驗結(jié)果，納米碳合金碗頭掛板在與耐張線夾配合使用時，相對鑄鐵金具該單元能耗降低了22%——24%。通過統(tǒng)計歷年來配網(wǎng)用鑄鐵金具的招標數(shù)據(jù)（僅含協(xié)議庫存），配網(wǎng)金具的年需求量超過4億元，若采用節(jié)能型納米碳合金金具替代，以經(jīng)濟電流密度185安培計算，每年節(jié)約電能超過16萬兆瓦時。

　　此外，綠色環(huán)保、輕量、美觀也是該系列金具的應用優(yōu)勢。隨著國家環(huán)保政策的加強，鑄造行業(yè)的準入條件不斷提高，原先小型的、低產(chǎn)能的鑄鐵廠被迫關(guān)停，導致鑄鐵原材料的價格上漲。同時，熱鍍鋅工藝對環(huán)境污染巨大，簡陋的鍍鋅工藝廠房和肆意排放的污水，對操作工人和自然環(huán)境造成極大的危害。相比之下，納米碳合金金具無須進行熱鍍鋅處理，避免了對環(huán)境的污染，以實際效用踐行國家電網(wǎng)公司“建設綠色電網(wǎng)、奉獻清潔能源”的企業(yè)使命。且其本體重量僅為同規(guī)格鑄鐵金具的30%——50%，標準破壞載荷提高30%以上，可為線路運行提供更穩(wěn)定、長效的安全保障。

　　未來，武漢南瑞將始終堅持創(chuàng)“新材”才有競爭力的發(fā)展理念，深入開展新材料產(chǎn)品的研發(fā)與生產(chǎn)，深耕碳納米管改性鋁合金材料產(chǎn)品多元化應用市場，為國家建設綠色、環(huán)保、節(jié)能、高效的清潔能源電網(wǎng)作出應有的貢獻。