一種銅鋅鋁三層復合導線制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種銅鋅鋁三層復合導線制備工藝，包括以下步驟：步驟1)先將銅管鍍鋅，得到鍍鋅銅管；步驟2)將第一鋁棒插入鍍鋅銅管中并采用拉管機拉拔至兩者貼合，得到復合粗坯；步驟3)用擠壓機對復合粗坯進行熱擠壓，擠壓出銅鋅鋁三層復合管坯；步驟4)將第二鋁棒插入銅鋅鋁三層復合管坯中，用拉管機將銅鋅鋁三層復合管坯和第二鋁棒拉拔至兩者貼合，得到復合半成品；步驟5)將復合半成品放入電阻爐中加熱，最后，被加熱的復合半成品通過連軋機直接軋制成復合導線。本發明獲得的復合導線表面質量好，三種金屬之間無脆性相生成，結合面強度高，軋制后無分層現象，所用的生產設備簡單、靈活性大、成本低。
【專利說明】
一種銅鋅鋁三層復合導線制備工藝
技術領域
[0001]本發明涉及復合材料制備領域，具體涉及一種銅鋅鋁三層復合導線制備工藝。
【背景技術】
[0002]由于銅的電阻較小，僅次于金和銀，易折彎而且不易被氧化，是用作電線、電纜的理想材料，需求量巨大。我國銅資源缺乏，因此，采用復合材料制備導線，減少銅資源的消耗量，有廣闊的前景和開發空間，目前常用銅包鋁復合導線。銅包鋁復合線材屬于金屬層狀復合材料，是在鋁芯上包覆一層銅的雙金屬復合線材，主要用于高頻信息傳輸，如移動通訊信號的同軸電纜內導線，以及某些軍事用途。由于移動電通信號的頻率很高，一般在60?900MHz，由“趨膚效應”的有關理論，頻率高的電磁波只是集中在電線的表面很淺的表層上傳導，因此銅包鋁的復合線材與純銅線在高頻傳導上的電學性能基本沒有差別。由于金屬鋁良好的導電性與低密度的特性，在高頻信號傳輸功能上完全達到純銅導體水平，同時可以明顯地減少導線重量，現代社會更為經濟適用。
[0003]目前生產銅包鋁復合導線采用的工藝方法主要包括乳鋁線鍍銅復合法、包覆靜壓擠壓復合法、焊接復合法、充芯連鑄法等。
[0004](I)鋁線鍍銅法
[0005]這種方法較為簡便，但鍍層的成分不純、脆性大，鋁線鍍銅法是在鋁芯線表面電鍍銅層以獲得銅包鋁線的方法，潮濕環境下易發生電化學反應，鍍銅層與鋁芯線往往不同心，容易露出鋁，在難以滿足同軸電纜的長期使用要求。
[0006](2)靜液擠壓法
[0007]靜液擠壓法是將大直徑紫銅管坯和純鋁棒坯制成的復合坯料的工藝，該特殊的潤滑擠壓工藝設備比較昂貴，制備的銅包鋁線材的原理是鑄坯經過靜液擠壓獲得線坯。在擠壓過程中，坯料周圍充滿粘性介質，可以實現銅鋁之間的冶金結合，由高靜水壓力和大加工變形率的作用擠壓成形。靜液擠壓的工藝特點為:變形區與擠壓模之間的摩擦控制在最小范圍內，壓力通過介質作用到坯料上，在擠壓過程中沒有鐓粗變形，與擠壓筒、擠壓軸沒有接觸，因此從表層到芯部都能保持較均勻變形，坯料受到均勻的等靜水壓力。但該工藝不適用于大規模工業化生產，所需設備昂貴，生產率較低。
[0008](3)包覆焊接法
[0009]包覆焊接法要對原材料(銅帶和鋁芯)進行徹底的焊前處理，并處于惰性氣體保護中，應用機械法或化學法將銅帶和鋁芯線同時送入復合箱，同時除去表面的油脂和氧化層，為防止再次氧化，清理后的銅帶和鋁芯線要氣體保護。然后在包覆焊接裝置中，沿縱向逐步形成圓管狀并將鋁芯線包覆其中，銅帶在多對垂直成形滾輪和水平成形滾輪的作用下成形。銅包鋁線坯纏繞在圓形卷盤上，繼而進人焊接區，用高速氬弧焊方法將圓管中間的縱縫焊接，要保持連續不斷地焊接。進行多道次的拉拔，將線坯送入拉絲機中，達到規定直徑的線材，這樣可以使銅、鋁界面實現固相冶金結合，通過熱處理工藝賦予銅包鋁線所需的力學性能。該工藝需要工序較多，而且在包覆焊接時，由于銅的熔點較高(118ΓΟ，超過了銅鋁二元合金的共晶溫度(549 °C)，所以銅和鋁之間會形成金屬間化合物Θ相(以CuA12為基體的固溶體)，該相強度、硬度高，塑性差，使得界面易發生脆化，同時，由于冷卻速度快，在銅包鋁的界面處還容易出現多種金屬間化合物的脆性相，造成乳制時銅鋁分層，結合強度降低。
[0010](4)充芯連鑄法
[0011]銅包鋁充芯連鑄法是把銅和鋁分別在兩個熔池中熔化，分別按照各自的流動管下流;然后經過水冷結晶器凝固，最后形成連鑄坯。在各自的熔池中還要有控溫系統、加熱系統，出了結晶器之后，還要配備二次冷卻水系統，以保證內外層金屬的凝固，最后連鑄出來的就是復合鑄坯，但是該方法要實現連續生產，需要復雜的卷曲機構、設備復雜不便于操作和維護，實現自動化生產較為困難。同時，由于銅和鋁通過該方法結合時鋁為液相，由于鋁液溫度較高，超過了銅鋁二元合金的共晶溫度(549°c)，容易生成金屬間化合物Θ相，原因與上述包覆焊接法基本相同，因此該工藝生產的銅包鋁線結合強度降低，乳制時銅鋁容易分層，影響導電效果。
【發明內容】
[0012]本發明的目的在于克服現有技術存在的以上問題，提供一種銅鋅鋁三層復合導線制備工藝，本發明獲得的復合導線表面質量好，三種金屬之間無脆性相生成，結合面強度高，乳制后無分層現象，所用的生產設備簡單、靈活性大、成本低。
[0013]為實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明通過以下技術方案實現:
[0014]一種銅鋅鋁三層復合導線制備工藝，包括以下步驟:
[0015]步驟I)先對銅管的內、外表面進行打磨處理，然后將銅管放入盛有液態鋅的槽中，進行內、外表面熱鍍鋅，得到鍍鋅銅管；
[0016]步驟2)對第一鋁棒的外表面進行打磨處理，然后將第一鋁棒插入鍍鋅銅管中，第一鋁棒的長度和鍍鋅銅管的長度相同，接著采用拉管機將鍍鋅銅管和第一鋁棒拉拔至兩者貼合，得到復合粗坯；
[0017]步驟3)用擠壓機對復合粗坯進行熱擠壓，擠壓出銅鋅鋁三層復合管坯；
[0018]步驟4)對第二鋁棒的外表面進行打磨處理，然后插入銅鋅鋁三層復合管坯中，用拉管機將銅鋅鋁三層復合管坯和第二鋁棒拉拔至兩者貼合，并排出銅鋅鋁三層復合管坯和第二鋁棒中間的空氣，最后在銅鋅鋁三層復合管坯兩端用銅板焊接密封，得到復合半成品，其中銅板的直徑和銅鋅鋁三層復合管坯的外徑相同；
[0019]步驟5)將復合半成品放入電阻爐中加熱，最后，被加熱的復合半成品通過連乳機直接乳制成復合導線。
[0020]進一步的，所述步驟I)中銅管外徑為100mm-400mm，壁厚為8mm-40mm，可根據不同制備產品的尺寸靈活選擇，銅管長度為外徑的三倍，并且熱鍍鋅溫度為480-580°C，鍍鋅層厚度為 10-150μπι。
[0021 ]進一步的，所述步驟2)中鍍鋅銅管和第一鋁棒之間的間隙為0.8_-2_。
[0022]進一步的，所述步驟3)中擠壓機的溫度為400-600°C，擠壓速度lmm/s-15mm/s，擠壓后還料尺寸外徑為30mm-100mm，壁厚為3mm-10mm。
[0023]進一步的，所述步驟4)中焊接采用氬弧焊。
[0024]進一步的，所述步驟5)中電阻爐的加熱溫度為400-600°C。
[0025]本發明的有益效果是:
[0026](I)本發明在銅管內表面熱鍍了一層很薄的鋅，在進行與中間鋁棒進行擠壓復合時，即使溫度超過了800°C，銅和鋁也不會生成共晶脆性相，因為外層銅和鋅可以可生成α固溶體(如圖1所示)，α固溶體有良好的塑性，不會降低銅鋅復合界面的結合強度，進行后續加工時也不會出現界面分層的情況；同理，鋅和內層鋁在乳制產生高溫時也可以生成^固溶體(如圖2所示)，αι固溶體同樣具有良好的塑性，不會降低鋁、鋅復合界面的結合強度，進行后續加工時也不會出現界面分層的情況。因此，通過在銅管內壁熱鍍鋅，有效地避免了銅管和鋁管的直接復合時在高溫下產生脆性相的不足，提高了結合面的強度，避免了后續加工中的分層現象；
[0027](2)由于先得到銅鋅鋁三層復合管坯采用熱擠壓復合，銅管和鋁管坯變形量大，溫度較高，成品內部組織致密度顯著提高，晶粒組織明顯細化，乳件尺寸精度高；同時，產生大量的新生界面，三種金屬可以很好地復合在一起，后續乳制時不會出現分層情況；
[0028](3)在乳制成線材時，擠壓出銅鋅鋁三層復合管坯內層材料也為鋁和第二鋁棒是同種材質，在一定的溫度和壓下量的作用下，因此很容易復合在一起，不會出現分層現象；
[0029](4)坯料規格和材質適應范圍廣，銅管外徑規格為100mm-400mm，外徑規格可從40mm-120mm，壁厚8mm-40mm，適用于多種包覆厚度比例的線材制備；同時，材質適應范圍廣，外層可采用純銅或銅合金材料，內層可以采用純鋁或鋁合金材料。
[0030]上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，并可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。本發明的【具體實施方式】由以下實施例及其附圖詳細給出。
【附圖說明】
[0031]為了更清楚地說明本發明實施例技術中的技術方案，下面將對實施例技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0032]圖1是本發明的銅鋅二元合金相圖；
[0033]圖2是本發明的鋁鋅二元合金相圖。
【具體實施方式】
[0034]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0035]實施例1
[0036]制備直徑3mm，包覆壁厚10%的銅鋅鋁三層復合電線。
[0037]具體步驟如下:
[0038]步驟1:將經內、外表面打磨處理后的銅管放入盛有液態鋅的槽中，進行內、外表面熱鍍鋅，銅管外徑10mm，壁厚8mm，銅管長度300mm，熱鍍鋅溫度480°C，鍍鋅層厚度15μπι；
[0039]步驟2:將經過外表面打磨處理的第一鋁棒插入熱鍍鋅后的銅管中，第一鋁棒坯長度和銅管相同，鍍鋅后的銅管和鋁棒間隙在0.8mm之間，用拉管機將鍍鋅的銅管和鋁棒拉拔至兩者貼合；
[0040]步驟3:用擠壓機對套在一起的鍍鋅后的銅管和第一鋁棒進行熱擠壓，擠壓出銅鋅招三層復合管還，擠壓溫度400 0C，擠壓速度3mm/s，擠壓后還料尺寸外徑30mm，壁厚3mm ；
[0041]步驟4:將表面打磨后的第二鋁棒插入所述的銅鋅鋁三層復合管坯，用拉管機將三層復合管坯和第二鋁棒拉拔至兩者貼合，并排出復合管坯和第二鋁棒中間的空氣，管坯兩端用銅板焊接密封，焊接時采用氬弧焊，銅板的直徑30mm，避免后期加熱時空氣進入氧化；
[0042]步驟5:將緊貼在一起的三層復合管坯和第二鋁棒放入電阻爐中加熱，加熱溫度400°C，用連乳機直接將被加熱的三層復合管坯和第二鋁棒乳制成銅鋅鋁三層復合導線，乳后導線直徑3mm，包覆壁厚10%，中間不需要退火，乳制復合后的銅鋅鋁三層復合導線表面質量好，結合強度高，無分層現象。
[0043]實施例2
[0044]制備直徑2_，包覆壁厚15%的銅鋅鋁三層復合電線。
[0045]本發明的具體步驟如下:
[0046]步驟1:將經內、外表面打磨處理后的銅管放入盛有液態鋅的槽中，進行內、外表面熱鍍鋅，銅管外徑200mm，壁厚1mm，銅管長度600mm，熱鍍鋅溫度500°C，鍍鋅層厚度30μπι；
[0047]步驟2:將經過外表面打磨處理的第一鋁棒插入熱鍍鋅后的銅管中，第一鋁棒長度和銅管相同，鍍鋅后的銅管和第一鋁棒間隙在1.2_之間，用拉管機將鍍鋅的銅管和第一鋁棒拉拔至兩者貼合；
[0048]步驟3:用擠壓機對套在一起的鍍鋅后的銅管和第一鋁棒進行熱擠壓，擠壓出銅鋅招三層復合管還，擠壓溫度450 0C，擠壓速度5mm/s，擠壓后還料尺寸外徑60mm，壁厚5mm ；
[0049]步驟4:將表面打磨后的第二鋁棒插入所述的銅鋅鋁三層復合管坯，用拉管機將三層復合管坯和第二鋁棒拉拔至兩者貼合，并排出復合管坯和第二鋁棒中間的空氣，管坯兩端用銅板焊接密封，焊接時采用氬弧焊，銅板的直徑60mm，避免后期加熱時空氣進入氧化；
[0050]步驟5:將緊貼在一起的三層復合管坯和第二鋁棒放入電阻爐中加熱，加熱溫度450°C，用連乳機直接將被加熱的三層復合管坯和第二鋁棒乳制成銅鋅鋁三層復合導線，乳后導線直徑2mm，包覆壁厚15%，中間不需要退火，乳制復合后的銅鋅鋁三層復合導線表面質量好，結合強度高，無分層現象。
[0051 ] 實施例3
[0052]制備直徑1mm，包覆壁厚20%的銅鋅鋁三層復合電線。
[0053]本發明的具體步驟如下:
[0054]步驟1:將經內、外表面打磨處理后的銅管放入盛有液態鋅的槽中，進行內、外表面熱鍍鋅，銅管外徑250_，壁厚15_，銅管長度750_，熱鍍鋅溫度520°C，鍍鋅層厚度30μπι；
[0055]步驟2:將經過外表面打磨處理的第一鋁棒插入所述的熱鍍鋅后的銅管中，第一鋁棒長度和銅管相同，鍍鋅后的銅管和第一鋁棒間隙在I.5mm之間，用拉管機將鍍鋅的銅管和第一鋁棒拉拔至兩者貼合；
[0056]步驟3:用擠壓機對套在一起的鍍鋅后的銅管和第一鋁棒進行熱擠壓，擠壓出銅鋅招三層復合管還，擠壓溫度480 0C，擠壓速度8mm/s，擠壓后還料尺寸外徑80mm，壁厚8mm ；
[0057]步驟4:將表面打磨后的第二鋁棒插入所述的銅鋅鋁三層復合管坯，用拉管機將三層復合管坯和第二鋁棒拉拔至兩者貼合，并排出復合管坯和第二鋁棒中間的空氣，管坯兩端用銅板焊接密封，焊接時采用氬弧焊，銅板的直徑80mm，避免后期加熱時空氣進入氧化；
[0058]步驟5:將緊貼在一起的三層復合管坯和第二鋁棒放入電阻爐中加熱，加熱溫度480°C，用連乳機直接將被加熱的三層復合管坯和第二鋁棒乳制成銅鋅鋁三層復合導線，乳后導線直徑1mm，包覆壁厚20%，中間不需要退火，乳制復合后的銅鋅鋁三層復合導線表面質量好，結合強度高，無分層現象。
[0059]上述三個實施例中，對鍍鋅銅管表面的鍍鋅厚度需要選擇在20_150μπι之間，能夠滿足現有通用尺寸產品的制備，該厚度范圍下制備的產品具有較搞的結合度，不分層，參照圖1與圖2所示，能夠看出兩種材料結合牢固度極高。能夠滿足兩種材料間的結合，制備出優質的復合導線。
[0060]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【主權項】
1.一種銅鋅鋁三層復合導線制備工藝，其特征在于，包括以下步驟: 步驟I)先對銅管的內、外表面進行打磨處理，然后將銅管放入盛有液態鋅的槽中，進行內、外表面熱鍍鋅，得到鍍鋅銅管； 步驟2)對第一鋁棒的外表面進行打磨處理，然后將第一鋁棒插入鍍鋅銅管中，第一鋁棒的長度和鍍鋅銅管的長度相同，接著采用拉管機將鍍鋅銅管和第一鋁棒拉拔至兩者貼合，得到復合粗坯； 步驟3)用擠壓機對復合粗坯進行熱擠壓，擠壓出銅鋅鋁三層復合管坯； 步驟4)對第二鋁棒的外表面進行打磨處理，然后插入銅鋅鋁三層復合管坯中，用拉管機將銅鋅鋁三層復合管坯和第二鋁棒拉拔至兩者貼合，并排出銅鋅鋁三層復合管坯和第二鋁棒中間的空氣，最后在銅鋅鋁三層復合管坯兩端用銅板焊接密封，得到復合半成品，其中銅板的直徑和銅鋅鋁三層復合管坯的外徑相同； 步驟5)將復合半成品放入電阻爐中加熱，最后，被加熱的復合半成品通過連乳機直接乳制成復合導線。2.根據權利要求1所述的一種銅鋅鋁三層復合導線制備工藝，其特征在于:所述步驟I)中銅管外徑為100mm-400mm，壁厚為8mm-40mm，銅管長度為外徑的三倍，并且熱鍍鋅溫度為480-5800C，鍍鋅層厚度為 10_150μπι。3.根據權利要求1所述的一種銅鋅鋁三層復合導線制備工藝，其特征在于:所述步驟2)中鍍鋅銅管和第一鋁棒之間的間隙為0.8mm-2mm。4.根據權利要求1所述的一種銅鋅鋁三層復合導線制備工藝，其特征在于:所述步驟3)中擠壓機的溫度為400-600°C，擠壓速度lmm/s-15mm/s，擠壓后還料尺寸外徑為30mm-1 OOmm，壁厚為3mm_l Omm。5.根據權利要求1所述的一種銅鋅鋁三層復合導線制備工藝，其特征在于:所述步驟4)中焊接采用氬弧焊。6.根據權利要求1所述的一種銅鋅鋁三層復合導線制備工藝，其特征在于:所述步驟5)中電阻爐的加熱溫度為400-600°C。
【文檔編號】H01B13/008GK105895268SQ201610347646
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月24日
【發明人】梁賀, 穆開洪
【申請人】蘇州創浩新材料科技有限公司