專利名稱:為電動車輛供電的接觸導線的制作方法
本發明涉及用于為各種運載工具，例如電動列車、有軌電車、無軌電車等饋送電力的接觸導線。
在過去，冷拉銅線和銅合金線一直被用作車輛的接觸導線，因為銅有高的導電率和強的耐腐蝕性能。但是由于銅的價格昂貴，因而一直很需要用其他金屬制造一種滿意的接觸導線，例如用鋁。
雖然鋁有良好的導電性能，但它的強度和耐磨性能卻相對地較低。為解決這個問題，特別是對于架空接觸導線，人們總是建議用一根鋼線，外面包覆鋁，從而鋼線可以提供必要的強度，而鋁包覆層可保證良好的導電性能。1985年2月6日公布的英國專利申請書第2，143，190號描述了這樣一種復合導線，它具有完全封閉在鋁合金外套里面的鋼芯，并且至少是導線的接觸表面是由含適合耐磨的硅、鎳和銫的耐磨鋁合金所制成。
1985年4月25日公布的德國專利申請公開說明書3，437，871號描述了一種用于為電動車輛饋送電力的接觸軌條，其中所述接觸軌條是由通常按重量含大約10-13.5%硅的鋁硅合金制成的。該合金并且最好含0.2-1%的鎂。
本發明的目的是要提供一種具有足夠抗拉強度的改進型接觸導線，特別是架空接觸線，它可以完全用鋁合金制成而不需要鋼質的加強芯線。
按照本發明已經發現，用于向電動車輛饋送電力的接觸導線可以完全由單一的含超量硅的鋁合金制成。這種合金含有按重量為0.2-1%的鎂和按重量為1-7%的硅，其余部分為鋁和伴隨的雜質。硅的含量最好保持在1.5-5%的范圍內。
所述超量硅是通過從總的硅含量中減去以1.73份Mg對1份Si的化學計量比形成MgSi所需要的硅以及與Fe組分締合的硅(AlFeSi)而計算出來的。后者這一方面中的硅含量不是固定的，而是根據大約3份Fe對1份Si的配比而變化的。于是，超量硅可以計算為總的%Si-( (%Mg)/1.73 + (%Fe)/3 )為適用于本發明的目的，所述合金應含有至少0.6%的超量硅。
硅在鋁中有著有限的溶解度，而超量硅則大多以精細分布的金屬硅微粒形式存在，那些微粒比鋁硬，因而提供了極好的耐磨性，正如用于發動機組和軸承的鑄鋁合金所證明的。隨著含硅量的增加，導電率就減小，脆性就增加。
為了要用作架空接觸導線，本發明的所述合金線必須不僅有良好的導電性能和良好的耐磨性，而且要有良好的抗拉性能。此類抗拉性能通過所用的一些工藝步驟而得到加強，這些步驟包括(1)把所述合金鑄造成為連續棒材;(2)把得到的棒材熱軋為線材而不用中間冷卻;(3)將熱軋得到的線材淬火;(4)使淬火后的線材冷變形，以及(5)使冷變形后的線材經受人工老化處理。
根據一個最佳實施例，所述合金被澆鑄入一臺連續鑄造和軋制的機器，被立即熱軋成形為一種大型線材，如果為了熱軋而有必要達到500℃或更高的溫度，可進行中間的連續再加熱。所述熱軋是無延遲地立刻進行的，所述型材用水或水基乳化液在軋機出口處淬火。該軋制型材的尺寸通常在13至25毫米的范圍內。這種熱軋型材接著被冷軋或冷拉，或二者兼作，以便在金屬中引入某種冷變形。為了以后的懸掛和安裝接觸導線時的連接，在上述工序期間通常也把兩條溝槽軋制到型材上去。
所述溝槽的形成已證明是有些問題的，因為通過冷拉形成溝槽有時會在該溝槽內引起相當嚴重的、非常局部的變形，結果造成裂紋。有必要給予所述材料以中間退火，但這樣做，線材以其最終尺寸的抗拉強度會顯著降低。根據本發明一個特別優選的實施例，所述溝槽區域內的冷變形總量可以通過在熱軋工序期間粗略地預先形成兩條溝槽而減至最小。這可以通過變更用在熱軋機上的某些軋輥來做到。
于是，用這種方式預成形的線材接著可以冷拉至最終尺寸，并經時效硬化至所希望的性能。已經發現，在熱軋期間而不是在退火后通過冷拉形成兩條溝槽時，在淬了火的線材中保持完全的T4抗拉性能而不是退火后的全軟狀態。
接觸導線的最終尺寸和外形隨著每一種安裝的要求不同而改變著，不過，通用的尺寸一般是橫截面積大約為125至200平方毫米。
一旦所述線材被制成為它所希望的形狀，它就受到人工老化的作用，以便得到最佳強度和導電性能。視合金成份和所要求的性能不同，所述老化處理可以包括，加溫至130至180℃，然后在該溫度保持1至24小時之間某個時間。典型的老化處理是在155℃保持大約5小時。
現在要說明本發明，作為舉例，請參照各附圖，其中圖1是用曲線表示的不同導線的磨損特性;
圖2是通過根據本發明的一種導線形式的剖面圖;以及圖3是表示熱成型軋輥一些部分的局部剖面圖。
根據本發明的典型的架空接觸導線10被表示在圖2上。這包括具有用碳滑板或類似物接觸的接觸表面12的下體部分11。上面部分13通過在它兩側軋制形成兩條相對的溝槽14而成形，這樣它就可以被吊夾抓牢，以便懸掛它。
所述溝槽14可以方便地在熱軋操作期間形成，例如在一種普羅佩茲(Properzi)連續鑄造軋機上形成。圖3所示為一種滾軋機的一個工作臺，設計它是用來形成所述溝槽14的。每個工作臺上用三個軋輥，而且為形成這對溝槽14，一個軋輥15以其標準形式位于左側，而兩個軋輥16則具有改進的接觸表面17，后者的接觸輪廓是適合于形成溝槽14的。
例1以AA6201合金為基礎試驗了三種鋁合金。這些鋁合金中的兩種含硅在0.5-0.9%的正常范圍之中，而第三種合金則含硅1.96%。所述合金成分和抗拉性能都給出在下面的表1中表1 上述合金是在連續鑄造機中鑄出，立即在510℃熱軋成形為19.3毫米直徑的線材，并用水淬火的。把所述線材冷拉至直徑為15.8毫米，冷拉后的線材在變化條件下經受老化處理。針對不同老化條件得到的強度和導電性能給出在下面的表2中
表25/8英寸線材(15.8毫米)的強度和導電性能
例2進行磨損試驗，用例1中3號合金制成的線材與銅線比較。為進行這些試驗，把所述線材水平旋轉在一個直徑7.62米的輪子上，用一塊滲浸了銅的碳刷提供電接觸。電流是60安培，輪子按55轉/分的速度旋轉。每隔一定時間測量線材橫截面積的減小，并且按碳刷經過的次數標繪出來，得到圖1的曲線。
權利要求
1.一種改進了物理強度的、由耐磨鋁合金制成的接觸導線的特征在于，它包括按重量是0.2-1%的鎂、按重量是1-7%的硅、其余部分為鋁和伴隨的雜質。
2.按照權利要求
1的一種導線的特征在于，其中硅的成分按重量是1-5%。
3.按照權利要求
1的一種導線的特征在于，其中該導線是在130-180℃下經受了1-24小時的老化處理。
4.一種用一種包括按重量是0.2-1%的鎂、按重量是1-7%的硅，其余部分為鋁和伴隨的雜質的耐磨鋁合金制造一種接觸導線的方法的特征在于，所述方法包括如下一些步驟(1)把所述合金鑄造成為連續棒材;(2)熱軋以制成線材，沒有中間冷卻;(3)將熱軋得到的線材淬火;(4)使淬火后的線材冷變形;以及(5)使冷變形后的線材經受人工老化處理。
5.按照權利要求
4的方法的特征在于，其中為進行熱軋，棒材溫度至少需保持在500℃。
6.按照權利要求
4的方法的特征在于，其中淬火是用水或水基乳化液進行的。
7.按照權利要求
4的方法的特征在于，其中所述冷變形包括冷軋或冷拉，或冷軋和冷拉兼作。
8.按照權利要求
4的方法的特征在于，其中所述人工老化處理是通過加熱至130至180℃的溫度、保持大約1至24小時來進行的。
9.按照權利要求
4的方法的特征在于，其中在熱軋的某個階段中，沿著所述線材的縱向形成一對相對的溝槽，用以為吊夾提供抓牢的地方。
10.按照權利要求
9的方法的特征在于，其中所述溝槽是通過滾軋形成的。
專利摘要
一種用于為電動車輛供電的接觸導線是用一種含超量硅的鋁合金生產出來的。該合金包括按重量是0.2-1％的鎂、按重量是1-7％的硅以及其余部分為鋁和伴隨的雜質。該導線通過以下步驟生產(1)將所述合金鑄造成為連續棒材；(2)熱軋以制成線材，沒有中間冷卻；(3)將熱軋得到的線材淬火；(4)使淬火后的線材冷變形；以及(5)使冷變形后的線材經受人工老化處理。
文檔編號B60M1/13GK87105733SQ87105733
公開日1988年3月16日 申請日期1987年8月18日
發明者保羅-埃米爾·福廷, 威拉德·馬克·加勒挪茲 申請人:艾爾坎國際有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan