CA3061069A1 - HIGH MECHANICAL STRENGTH COPPER ALLOY - Google Patents
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Abstract
ABREGE L'invention concerne un fil électriquement conducteur allongé en alliage de cuivre, caractérisé en ce que l'alliage de cuivre comprend au moins du cuivre (Cu), de l'étain (Sn), du plomb (Pb), et des impuretés inévitables. Figure à publier : Fig. 1 CA 3061069 2019-11-06ABSTRACT The invention relates to an elongated electrically conductive wire made of copper alloy, characterized in that the copper alloy comprises at least copper (Cu), tin (Sn), lead (Pb), and impurities inevitable. Figure to be published: Fig. 1 CA 3061069 2019-11-06
Description
ALLIAGE DE CUIVRE A RESISTANCE MÉCANIQUE ELEVÉE
L'invention concerne un fil électriquement conducteur allongé en alliage de cuivre, ainsi qu'à un procédé de fabrication dudit fil électriquement conducteur.
La plupart des véhicules de transport en commun électriques, comme par exemple les trains et les tramways, sont alimentés par des câbles de transmission électrique appelés caténaires.
Les caténaires sont composés de trois types de câbles distincts : les câbles d'alimentation connus sous l'anglicisme messenger wire , les câbles de connexion connus sous l'anglicisme dropper wire et enfin les fils de contact connus sous l'anglicisme contact wire ou trolley wire . Les fils de contact relient le train (ou encore le tramway ou le métro) aux câbles d'alimentation via le pantographe du train.
Un fil de contact est un fil conducteur électrique nu qui est conventionnellement formé en alliage de cuivre. Comme illustré sur la figure 1, un fil de contact 1 est de section globalement ronde et comprend deux sillons 2 formant ainsi un petit lobe 4 et un gros lobe 6. Comme illustré
sur la figure 2, le fil de contact lest connecté à un câble de connexion non représenté par l'intermédiaire d'une ou plusieurs pinces conductrices 8 qui enserrent le fil de contact 1 au niveau des sillons 2. Lors du fonctionnement, le pantographe du train est en contact avec le fil de contact 1, et en particulier avec le gros lobe 6.
Lorsque le train circule, le pantographe doit rester le plus possible au contact du fil de contact afin d'éviter la formation d'arcs électriques qui peuvent se former lorsque le pantographe n'est plus en contact avec le fil de contact. Dans le cas, par exemple, des trains à grande vitesse, le fil de contact doit donc être particulièrement tendu afin d'éviter les arcs électriques.
Cependant, plus le câble est tendu, plus le risque de rupture du câble est élevé. Par ailleurs, le contact prolongé du pantographe du train avec le fil de contact entraine une usure du fil de contact qui peut affaiblir la résistance mécanique de ce dernier. HIGH MECHANICAL STRENGTH COPPER ALLOY
The invention relates to an electrically conductive wire elongated in copper alloy, as well as a method of manufacturing said wire electrically driver.
Most electric transit vehicles, like for example trains and trams, are supplied by cables of electrical transmission called catenaries.
Catenaries are made up of three distinct types of cables:
power cables known as messenger wire anglicism, cables connection known as dropper wire anglicism and finally the contact known as contact wire or trolley wire anglicism. The son contact points connect the train (or the tram or metro) to the cables power supply via the train pantograph.
A contact wire is a bare electrical conductor wire that is conventionally formed from copper alloy. As shown on the Figure 1, a contact wire 1 is of generally round section and comprises two grooves 2 thus forming a small lobe 4 and a large lobe 6. As illustrated in figure 2, the ballast contact wire is connected to a connection cable not represented by means of one or more conductive clamps 8 which clamp the contact wire 1 at the level of the grooves 2. During operation, the train pantograph is in contact with contact wire 1, and particular with the large lobe 6.
When the train is running, the pantograph should stay as far as possible contact of the contact wire in order to avoid the formation of electric arcs which can form when the pantograph is no longer in contact with the wire contact. In the case, for example, of high-speed trains, the wire contact must therefore be particularly taut in order to avoid electric arcs.
However, the tighter the cable, the greater the risk of the cable breaking.
is high. In addition, the prolonged contact of the train pantograph with the thread contact leads to wear of the contact wire which can weaken the resistance mechanics of the latter.
2 Le document US 9 255 311 décrit un conducteur électrique pour câble de transport électrique en alliage cuivre étain. Cependant, la résistance à la traction du conducteur n'est pas satisfaisante.
Le but de la présente invention est de pallier au moins un des inconvénients des techniques de l'art antérieur en proposant un fil électriquement conducteur présentant des propriétés mécaniques et électriques optimisées, notamment une bonne résistance mécanique et une conductivité électrique élevée.
L'invention a pour premier objet un fil électriquement conducteur allongé en alliage de cuivre, ledit alliage de cuivre comprenant au moins du cuivre (Cu), de l'étain (Sn), du plomb (Pb), et des impuretés inévitables.
Grâce à la présence, dans l'alliage de cuivre, d'au moins du cuivre (Cu), de l'étain (Sn) et du plomb (Pb), le fil électriquement conducteur de l'invention présente des propriétés mécaniques et électriques optimisées. En particulier, le fil électriquement conducteur présente une résistance mécanique, et notamment une résistance à la traction, ainsi qu'une résistance à l'usure améliorées. Par ailleurs, le fil électriquement conducteur de l'invention présente une conductivité électrique optimisée (par exemple supérieure à 85% IACS).
Dans la présente description, l'expression du métal (le métal pouvant être du cuivre, de l'étain, du plomb...) signifie que ledit métal est présent dans l'alliage sous forme métallique (correspondant à la forme atomique M ) ou sous forme d'oxyde métallique.
Selon un mode de réalisation préféré, l'alliage de cuivre formant le fil électriquement conducteur comprend en outre de l'oxygène (0), notamment de l'oxygène sous forme d'oxyde d'un ou de plusieurs métaux présent(s) dans l'alliage, par exemple avec le cuivre, l'étain, le plomb et/ou les impuretés inévitables.
Avantageusement, l'oxygène présent dans l'alliage permet d'améliorer la résistance mécanique et la conductivité électrique du fil électriquement conducteur. En particulier, l'oxygène peut oxyder les impuretés inévitables présentes dans l'alliage, améliorant ainsi la pureté du cuivre dans l'alliage et augmentant ainsi la conductivité électrique de l'alliage. Par ailleurs, selon un 2 Document US 9 255 311 describes an electrical conductor for cable tin copper alloy electric transport. However, resistance to driver traction is not satisfactory.
The aim of the present invention is to overcome at least one of the disadvantages of the techniques of the prior art by proposing a thread electrically conductive with mechanical properties and optimized electrical, in particular good mechanical resistance and high electrical conductivity.
The first object of the invention is an electrically conductive wire elongated copper alloy, said copper alloy comprising at least copper (Cu), tin (Sn), lead (Pb), and unavoidable impurities.
Thanks to the presence, in the copper alloy, of at least copper (Cu), tin (Sn) and lead (Pb), the electrically conductive wire of the invention has optimized mechanical and electrical properties. In In particular, the electrically conductive wire has a resistance mechanical, and in particular tensile strength, as well as resistance improved wear. In addition, the electrically conductive wire of the invention has an optimized electrical conductivity (for example greater than 85% IACS).
In the present description, the expression of the metal (the metal which may be copper, tin, lead, etc.) means that said metal is present in the alloy in metallic form (corresponding to the form atomic M) or in the form of metal oxide.
According to a preferred embodiment, the copper alloy forming the wire electrically conductive further comprises oxygen (0), in particular oxygen in the form of the oxide of one or more metals present in the alloy, for example with copper, tin, lead and / or impurities inevitable.
Advantageously, the oxygen present in the alloy makes it possible to improve the mechanical strength and electrical conductivity of the wire electrically driver. In particular, oxygen can oxidize inevitable impurities present in the alloy, thus improving the purity of copper in the alloy and thus increasing the electrical conductivity of the alloy. Moreover, according to a
3 mode de réalisation préféré, l'oxygène peut réagir principalement avec le cuivre (Cu) et le plomb (Pb) formant par exemple de l'oxyde de cuivre (Cu2O) et de l'oxyde de plomb (Pb0) ; l'oxygène n'oxyde alors que faiblement l'étain (sous forme de Sn02) et l'étain peut ainsi améliorer la résistance mécanique du câble.
= Selon un mode de réalisation préféré, au moins 50% du plomb (Pb) de l'alliage est oxydé, de préférence au moins 65%, de préférence au moins = 80%, et de manière encore plus préféré au moins 90%.
Selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention, au plus 50%
de l'étain (Sn) de l'alliage est oxydé, de préférence au plus 35%, de préférence au plus 20%, et de manière encore plus préférée au plus 10%.
Alliage Dans la présente description, l'expression la quantité de métal signifie la quantité dudit métal sous forme métallique (correspondant à la forme atomique M ) ou sous forme d'oxyde métallique.
La quantité d'étain (Sn) dans l'alliage de cuivre de l'invention peut être d'au moins 0,001% en poids, de préférence d'au moins 0,010/0 en poids, et de façon particulièrement préférée d'au moins 0,05% en poids par rapport au poids total de l'alliage de cuivre.
La quantité d'étain (Sn) dans l'alliage de cuivre de l'invention peut être d'au plus 0,8% en poids, de préférence d'au plus 0,5% en poids, et de façon particulièrement préférée d'au plus 0,45% en poids par rapport au poids total de l'alliage de cuivre.
Selon un mode de réalisation préféré, la quantité d'étain (Sn) dans l'alliage de cuivre de l'invention peut aller de 0,05% à 0,45% en poids par rapport au poids total de l'alliage de cuivre.
La quantité de plomb (Pb) dans l'alliage de cuivre de l'invention peut être d'au moins 0,0001% en poids, de préférence d'au moins 0,0002% en poids, et de façon particulièrement préférée d'au moins 0,0003% en poids par rapport au poids total de l'alliage de cuivre. 3 preferred embodiment, the oxygen can react mainly with the copper (Cu) and lead (Pb) forming for example copper oxide (Cu2O) and lead oxide (Pb0); oxygen only weakly oxidizes tin (as Sn02) and tin can thus improve the mechanical strength cable.
= According to a preferred embodiment, at least 50% of the lead (Pb) of the alloy is oxidized, preferably at least 65%, preferably at least = 80%, and even more preferably at least 90%.
According to another preferred embodiment of the invention, at most 50%
of the tin (Sn) of the alloy is oxidized, preferably at most 35%, of preferably at most 20%, and even more preferably at most 10%.
Alloy In the present description, the expression the quantity of metal means the quantity of said metal in metallic form (corresponding to the atomic form M) or in the form of metal oxide.
The amount of tin (Sn) in the copper alloy of the invention can be at least 0.001% by weight, preferably at least 0.010 / 0 by weight, and particularly preferably at least 0.05% by weight relative to the total weight of the copper alloy.
The amount of tin (Sn) in the copper alloy of the invention can be at most 0.8% by weight, preferably at most 0.5% by weight, and so particularly preferred at most 0.45% by weight based on the total weight of the copper alloy.
According to a preferred embodiment, the amount of tin (Sn) in the copper alloy of the invention can range from 0.05% to 0.45% by weight per relative to the total weight of the copper alloy.
The amount of lead (Pb) in the copper alloy of the invention can be at least 0.0001% by weight, preferably at least 0.0002% by weight weight, and particularly preferably at least 0.0003% by weight per relative to the total weight of the copper alloy.
4 La quantité de plomb (Pb) dans l'alliage de cuivre de l'invention peut être d'au plus 0,01% en poids, de préférence d'au plus 0,008% en poids, et de façon particulièrement préférée d'au plus 0,006% en poids par rapport au poids total de l'alliage de cuivre.
Selon un mode de réalisation préféré, la quantité de plomb (Pb) dans l'alliage de cuivre de l'invention peut aller de 0,0003% à 0,006% en poids par rapport au poids total de l'alliage de cuivre.
La quantité d'oxygène (0) dans l'alliage de cuivre de l'invention peut être d'au moins 0,0075% en poids, de préférence d'au moins 0,0085% en poids, et de façon particulièrement préférée d'au moins 0,01% en poids par rapport au poids total de l'alliage de cuivre.
La quantité d'oxygène (0) dans l'alliage de cuivre de l'invention peut être d'au plus 0,1% en poids, de préférence d'au plus 0,08% en poids, et de façon particulièrement préférée d'au plus 0,06% en poids par rapport au poids total de l'alliage de cuivre.
Selon un mode de réalisation préféré, la quantité d'oxygène (0) dans l'alliage de cuivre de l'invention peut aller de 0,015% à 0,04% en poids par rapport au poids total de l'alliage de cuivre.
Selon un mode de réalisation particulier, l'alliage de cuivre de l'invention peut en outre comprendre au moins un métal additionnel choisi parmi l'argent (Ag), le zinc (Zn), le chrome (Cr), et un de leurs mélanges.
La quantité d'argent (Ag) en tant que métal additionnel dans l'alliage de cuivre de l'invention peut être d'au moins 0,00010/0 en poids, de préférence d'au moins 0,0006% en poids, et de façon particulièrement préférée d'au moins 0,0009% en poids par rapport au poids total de l'alliage de cuivre.
La quantité d'argent (Ag) en tant que métal additionnel dans l'alliage de cuivre de l'invention peut être d'au plus 0,005% en poids, de préférence d'au plus 0,003% en poids, et de façon particulièrement préférée d'au plus 0,002% en poids par rapport au poids total de l'alliage de cuivre.
Selon un mode de réalisation préféré, la quantité d'argent (Ag) dans l'alliage de cuivre de l'invention peut aller de 0,0009% à 0,002% en poids par rapport au poids total de l'alliage de cuivre. 4 The amount of lead (Pb) in the copper alloy of the invention can be at most 0.01% by weight, preferably at most 0.008% by weight, and particularly preferably at most 0.006% by weight relative to the total weight of the copper alloy.
According to a preferred embodiment, the amount of lead (Pb) in the copper alloy of the invention can range from 0.0003% to 0.006% by weight per relative to the total weight of the copper alloy.
The amount of oxygen (0) in the copper alloy of the invention can be at least 0.0075% by weight, preferably at least 0.0085% by weight weight, and particularly preferably at least 0.01% by weight per relative to the total weight of the copper alloy.
The amount of oxygen (0) in the copper alloy of the invention can be at most 0.1% by weight, preferably at most 0.08% by weight, and particularly preferably at most 0.06% by weight relative to the weight total copper alloy.
According to a preferred embodiment, the quantity of oxygen (0) in the copper alloy of the invention can range from 0.015% to 0.04% by weight per relative to the total weight of the copper alloy.
According to a particular embodiment, the copper alloy of the invention may further comprise at least one additional metal chosen from silver (Ag), zinc (Zn), chromium (Cr), and a mixture thereof.
The amount of silver (Ag) as an additional metal in the alloy of copper of the invention may be at least 0.00010 / 0 by weight, from preference at least 0.0006% by weight, and particularly preferably at least less 0.0009% by weight based on the total weight of the copper alloy.
The amount of silver (Ag) as an additional metal in the alloy of copper of the invention may be at most 0.005% by weight, preferably at most 0.003% by weight, and particularly preferably at most 0.002% by weight relative to the total weight of the copper alloy.
According to a preferred embodiment, the amount of silver (Ag) in the copper alloy of the invention can range from 0.0009% to 0.002% by weight per relative to the total weight of the copper alloy.
5 La quantité de zinc (Zn) en tant que métal additionnel dans l'alliage de cuivre de l'invention peut être d'au moins 0,0001% en poids, de préférence d'au moins 0,0002% en poids, et de façon particulièrement préférée d'au moins 0,0003% en poids par rapport au poids total de l'alliage de cuivre.
La quantité de zinc (Zn) en tant que métal additionnel dans l'alliage de cuivre de l'invention peut être d'au plus 0,002% en poids, de préférence d'au plus 0,005% en poids, et de façon particulièrement préférée d'au plus 0,01%
en poids par rapport au poids total de l'alliage de cuivre.
Selon un mode de réalisation préféré, la quantité de zinc (Zn) dans , 10 l'alliage de cuivre de l'invention peut aller de 0,0003% à 0,01% en poids par rapport au poids total de l'alliage de cuivre.
La quantité de chrome (Cr) en tant que métal additionnel dans l'alliage de cuivre de l'invention peut être d'au moins 0,0001 /0 en poids, de préférence d'au moins 0,0002% en poids, et de façon particulièrement préférée d'au moins 0,0003% en poids par rapport au poids total de l'alliage de cuivre.
La quantité de chrome (Cr) en tant que métal additionnel dans l'alliage de cuivre de l'invention peut être d'au plus 0,0010/0 en poids, de préférence d'au plus 0,002% en poids, et de façon particulièrement préférée d'au plus 0,005% en poids par rapport au poids total de l'alliage de cuivre.
Selon un mode de réalisation préféré, la quantité de chrome (Cr) dans l'alliage de cuivre de l'invention peut aller de 0,0003% à 0,005% en poids par rapport au poids total de l'alliage de cuivre.
Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, l'alliage de cuivre de l'invention comprend au moins de l'argent (Ag) comme métal additionnel.
Avantageusement, la présence d'un métal additionnel dans l'alliage de cuivre (Cu) de l'invention, permet d'augmenter la quantité de métal (autre que l'étain) réagissant avec l'oxygène (0) et donc de diminuer la quantité
d'oxygène libre (02) dans l'alliage. Ainsi, la présence d'un métal additionnel dans l'alliage de cuivre permet que seule une faible quantité d'étain réagisse avec l'oxygène (02). L'étain ajouté à l'alliage reste ainsi essentiellement sous forme métallique (Sn ) et permet d'améliorer les propriétés mécaniques du câble tout en maintenant une bonne conductivité électrique. 5 The amount of zinc (Zn) as an additional metal in the alloy of copper of the invention may be at least 0.0001% by weight, preferably at least 0.0002% by weight, and particularly preferably at least less 0.0003% by weight based on the total weight of the copper alloy.
The amount of zinc (Zn) as an additional metal in the alloy of copper of the invention may be at most 0.002% by weight, preferably at plus 0.005% by weight, and particularly preferably at most 0.01%
by weight relative to the total weight of the copper alloy.
According to a preferred embodiment, the amount of zinc (Zn) in , 10 the copper alloy of the invention can range from 0.0003% to 0.01% by weight per relative to the total weight of the copper alloy.
The amount of chromium (Cr) as an additional metal in the alloy of copper of the invention may be at least 0.0001 / 0 by weight, from preference at least 0.0002% by weight, and particularly preferably at least less 0.0003% by weight based on the total weight of the copper alloy.
The amount of chromium (Cr) as an additional metal in the alloy of copper of the invention may be at most 0.0010 / 0 by weight, preferably at most 0.002% by weight, and particularly preferably at most 0.005% by weight relative to the total weight of the copper alloy.
According to a preferred embodiment, the amount of chromium (Cr) in the copper alloy of the invention can range from 0.0003% to 0.005% by weight per relative to the total weight of the copper alloy.
According to a particularly preferred embodiment, the alloy of copper of the invention comprises at least silver (Ag) as metal additional.
Advantageously, the presence of an additional metal in the alloy of copper (Cu) of the invention, makes it possible to increase the quantity of metal (other than tin) reacting with oxygen (0) and therefore reducing the quantity of free oxygen (02) in the alloy. Thus, the presence of an additional metal in the copper alloy allows only a small amount of tin to react with oxygen (02). The tin added to the alloy thus remains essentially under metallic form (Sn) and improves the mechanical properties of the cable while maintaining good electrical conductivity.
6 La quantité de métal(aux) additionnel(s) présents dans l'alliage de cuivre de l'invention peut être d'au moins 0,001% en poids, de préférence d'au moins 0,003% en poids, et de façon particulièrement préférée d'au moins 0,0065% en poids par rapport au poids total de l'alliage de cuivre.
La quantité de métal(aux) additionnel(s) dans l'alliage de cuivre de l'invention peut être d'au plus 0,55% en poids, de préférence d'au plus 0,1%
en poids, et de façon particulièrement préférée d'au plus 0,05% en poids par rapport au poids total de l'alliage de cuivre.
Selon un mode de réalisation préféré, la quantité de métal(aux) additionnel(s) dans l'alliage de cuivre de l'invention peut aller de 0,0065% à
0,05% en poids par rapport au poids total de l'alliage de cuivre.
Selon un mode de réalisation préféré, l'alliage de cuivre comprend :
- de l'étain (Sn), - du plomb (Pb), et optionnellement - de l'oxygène (0), et/ou - au moins un métal additionnel choisi parmi l'argent (Ag), le zinc (Zn), le chrome (Cr), et un de leurs mélanges, le restant de l'alliage de cuivre étant constitué de cuivre (Cu) et des impuretés inévitables.
La quantité de cuivre dans l'alliage de l'invention peut être d'au moins 95,00% en poids, de préférence d'au moins 98,00% en poids, de préférence d'au moins 99% en poids, de préférence d'au moins 99,50%, et de façon particulièrement préférée d'au moins 99,70% en poids par rapport au poids total de l'alliage de cuivre.
La quantité de cuivre dans l'alliage de l'invention peut être d'au plus 99,98% en poids, de préférence d'au plus 99,97% en poids, et de façon particulièrement préférée d'au plus 99,95% en poids par rapport au poids total de l'alliage de cuivre.
La quantité d'impuretés inévitables dans l'alliage de cuivre de l'invention peut être d'au plus 0,0065% en poids, de préférence d'au plus 0 ,0055% en poids, de préférence d'au plus 0,0045% en poids, de préférence d'au plus 0,0035% en poids, et de préférence d'au plus 0,0025% en poids par rapport au poids total de l'alliage de cuivre. 6 The amount of additional metal (s) present in the alloy copper of the invention can be at least 0.001% by weight, preferably at least 0.003% by weight, and particularly preferably at least 0.0065% by weight based on the total weight of the copper alloy.
The amount of additional metal (s) in the copper alloy of the invention may be at most 0.55% by weight, preferably at most 0.1%
by weight, and particularly preferably at most 0.05% by weight per relative to the total weight of the copper alloy.
According to a preferred embodiment, the amount of metal (s) additional (s) in the copper alloy of the invention can range from 0.0065% to 0.05% by weight relative to the total weight of the copper alloy.
According to a preferred embodiment, the copper alloy comprises:
- tin (Sn), - lead (Pb), and optionally - oxygen (0), and / or - at least one additional metal chosen from silver (Ag), zinc (Zn), chromium (Cr), and a mixture thereof, the remainder of the copper alloy consisting of copper (Cu) and inevitable impurities.
The amount of copper in the alloy of the invention can be at least 95.00% by weight, preferably at least 98.00% by weight, preferably at least 99% by weight, preferably at least 99.50%, and so particularly preferred at least 99.70% by weight based on the weight total copper alloy.
The amount of copper in the alloy of the invention can be at most 99.98% by weight, preferably at most 99.97% by weight, and so particularly preferred at most 99.95% by weight based on the total weight of the copper alloy.
The amount of inevitable impurities in the copper alloy of the invention may be at most 0.0065% by weight, preferably at most 0.0055% by weight, preferably at most 0.0045% by weight, preferably at most 0.0035% by weight, and preferably at most 0.0025% by weight per relative to the total weight of the copper alloy.
7 Dans l'invention, on entend par impuretés inévitables la somme des éléments métalliques 'et non métalliques inévitablement présent dans les métaux compris dans l'alliage de cuivre de l'invention. Ces impuretés sont inévitablement présentes car elles sont très difficiles à enlever des métaux compris dans l'alliage lorsque lesdits métaux sont produits. Ces impuretés inévitables sont présentes dans l'alliage de cuivre mais n'en affectent pas les propriétés mécaniques et/ou électriques et ne modifient pas l'étendu de l'invention.
Ces impuretés inévitables peuvent être par exemple un ou plusieurs des éléments suivants : le cobalt (Co), le fer (Fe), le silicium (Si), le nickel (Ni), le zinc (Zn), l'arsenic (As), le cadmium (Cd), le chrome (Cr), le manganèse (Mn), le phosphore (P), l'antimoine (Sb), le bismuth (Bi), le sélénium (Se), et le tellure (Te).
Dans l'alliage de l'invention, le cuivre (Cu), l'étain (Sn), le plomb (Pb), l'oxygène (0), et les métaux additionnel(s) ne sont pas des impuretés inévitables car, contrairement aux impuretés inévitables, leur quantité dans l'alliage est contrôlée et/ou ils influent sur les propriétés mécaniques et électriques de l'alliage, notamment sur la résistance mécanique et sur la conductivité électrique.
La conductivité électrique de l'alliage de cuivre de l'invention peut être d'au moins 55%, IACS (International Annealed Copper Standard), de préférence d'au moins 58% IACS, et de préférence d'au moins 75% IACS.
Fil de contact et harnais de câblage Un deuxième objet de l'invention est un fil de contact de caténaire comprenant un fil électriquement conducteur selon l'invention.
Le fil de contact de l'invention est formé d'un unique fil électriquement conducteur selon l'invention.
Grâce à la composition de l'alliage de cuivre formant le fil électriquement conducteur de l'invention, le fil de contact présente des propriétés mécaniques et électriquement conductrices améliorées. En particulier, le fil de contact présente une résistance à la traction et une 7 In the invention, by inevitable impurities is meant the sum metallic and non-metallic elements inevitably present in metals included in the copper alloy of the invention. These impurities are inevitably present as they are very difficult to remove from metals included in the alloy when said metals are produced. These impurities inevitable are present in the copper alloy but do not affect it the mechanical and / or electrical properties and do not modify the extent of invention.
These inevitable impurities can be for example one or more of the following elements: cobalt (Co), iron (Fe), silicon (Si), nickel (Ni), zinc (Zn), arsenic (As), cadmium (Cd), chromium (Cr), manganese (Mn), phosphorus (P), antimony (Sb), bismuth (Bi), selenium (Se), and tellurium (Te).
In the alloy of the invention, copper (Cu), tin (Sn), lead (Pb), oxygen (0), and additional metals (s) are not impurities inevitable because, unlike inevitable impurities, their quantity in the alloy is controlled and / or they influence the mechanical properties and electrical characteristics of the alloy, in particular on the mechanical resistance and electrical conductivity.
The electrical conductivity of the copper alloy of the invention can be at least 55%, IACS (International Annealed Copper Standard), preferably at least 58% IACS, and more preferably at least 75% IACS.
Contact wire and wiring harness A second object of the invention is a catenary contact wire comprising an electrically conductive wire according to the invention.
The contact wire of the invention is formed from a single wire electrically conductor according to the invention.
Thanks to the composition of the copper alloy forming the wire electrically conductive of the invention, the contact wire has improved mechanical and electrically conductive properties. In In particular, the contact wire exhibits tensile strength and
8 résistance à l'usure améliorées, tout en ayant une conductivité électrique optimisée.
La résistance à la traction du fil de contact de l'invention est comprise entre 400 MPa pour une section totale de 85 mm2, entre 380 MPa et 440 MPa pour une section totale de 107 mm2, et entre 350 MPa et 440 MPa pour une section totale de 178 mm2.
Le fil de contact selon l'invention a la forme d'un fil de contact classique tel qu'illustré sur la figure 1 déjà décrite.
La section totale du fil de contact de l'invention peut aller de 80 mm2 à
185 mm2. De préférence, la section totale du fil de contact de l'invention peut prendre une des valeurs choisie parmi 85 mm2, 107 mm2 et 152 mm2 et 178 mm2.
Dans la présente invention, la résistance à la traction est classiquement déterminée selon la norme NF-EN-ISO-6892-1-2099 Matériaux métalliques/Essais de traction .
La conductivité électrique du fil de contact de l'invention peut être d'au moins 55%, TACS (International Annealed Copper Standard), de préférence d'au moins 58% IACS, et de préférence d'au moins 75% IACS.
Selon un mode de réalisation possible, le fil électriquement conducteur allongé de l'invention peut permettre de former un câble d'alimentation de caténaire.
Un troisième objet de l'invention est un harnais de câblage pour véhicule, de préférence pour véhicule automobile.
Selon ce troisième mode de réalisation, le harnais de câblage est formé par un ensemble de fils électriquement conducteurs selon l'invention.
Selon un exemple de réalisation possible, le harnais peut être formé par un ensemble de fils électriquement conducteurs selon l'invention, chaque fil étant entouré d'une gaine. Les fils électriquement conducteurs selon l'invention formant le harnais peuvent avoir chacun un diamètre allant de 0,1 à 1 mm.
Procédé 8 improved wear resistance, while having electrical conductivity optimized.
The tensile strength of the contact wire of the invention is understood between 400 MPa for a total section of 85 mm2, between 380 MPa and 440 MPa for a total section of 107 mm2, and between 350 MPa and 440 MPa for a total section of 178 mm2.
The contact wire according to the invention has the form of a contact wire conventional as illustrated in Figure 1 already described.
The total section of the contact wire of the invention can range from 80 mm2 to 185 mm2. Preferably, the total section of the contact wire of the invention can take one of the values chosen from 85 mm2, 107 mm2 and 152 mm2 and 178 mm2.
In the present invention, the tensile strength is conventionally determined according to standard NF-EN-ISO-6892-1-2099 Metallic materials / Tensile tests.
The electrical conductivity of the contact wire of the invention can be at less 55%, TACS (International Annealed Copper Standard), preferably at least 58% IACS, and preferably at least 75% IACS.
According to one possible embodiment, the electrically conductive wire elongate of the invention can be used to form a power cable of catenary.
A third object of the invention is a wiring harness for vehicle, preferably for a motor vehicle.
According to this third embodiment, the wiring harness is formed by a set of electrically conductive wires according to the invention.
According to a possible embodiment, the harness can be formed by a set of electrically conductive wires according to the invention, each wire being surrounded by a sheath. The electrically conductive wires according to the invention forming the harness may each have a diameter ranging from 0.1 to 1 mm.
Process
9 Un autre objet de l'invention est un procédé de fabrication d'un câble électrique selon l'invention, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
former un alliage de cuivre comprenant au moins du cuivre (Cu), de l'étain (Sn) et du plomb (Pb), ii. couler l'alliage en fusion de l'étape i, pour obtenir un alliage brut de coulée, iii. laminer l'alliage brut de coulée de l'étape ii, pour obtenir un alliage laminé, et iv. travailler à froid l'alliage laminé de l'étape iii, pour obtenir ledit fil électriquement conducteur allongé.
L'étape i peut être classiquement réalisée en incorporant de l'étain (Sn), du plomb (Pb), et, optionnellement, de l'oxygène et/ou optionnellement un métal additionnel choisi parmi l'argent (Ag), le zinc (Zn), le chrome (Cr), et un de leurs mélanges ; dans un bain de cuivre fondu, sensiblement pur.
Selon un mode de réalisation préféré, l'alliage de cuivre comprend de l'oxygène. Selon ce mode de réalisation, du plomb (Pb) est incorporé à
l'alliage mère comprenant du cuivre (Cu), puis l'oxygène est ajouté sous forme de dioxygène par lance d'air dans le métal liquide.
Une fois que l'oxygène a réagi pour oxyder en partie le cuivre (Cu) le plomb (Pb) et les impuretés inévitables, l'étain (Sn) est incorporé.
L'étape ii permet notamment de former, par refroidissement du brut de coulée (i.e. solidification), un alliage de cuivre brut de coulée, notamment sous forme de barreau cylindrique. La section transversale du barreau peut aller par exemple de 300 mm2 à 15 000 mm2, de préférence de 300 mm2 à 9 Another object of the invention is a method of manufacturing a cable electrical according to the invention, said method comprising the following steps:
forming a copper alloy comprising at least copper (Cu), tin (Sn) and lead (Pb), ii. casting the molten alloy from step i, to obtain a crude alloy casting, iii. rolling the as-cast alloy from step ii, to obtain a rolled alloy, and iv. cold working the rolled alloy of step iii, to obtain said thread electrically conductive elongated.
Step i can be conventionally carried out by incorporating tin (Sn), lead (Pb), and, optionally, oxygen and / or optionally an additional metal chosen from silver (Ag), zinc (Zn), chromium (Cr), and one of their mixtures; in a bath of molten, substantially pure copper.
According to a preferred embodiment, the copper alloy comprises oxygen. According to this embodiment, lead (Pb) is incorporated into the parent alloy comprising copper (Cu), then oxygen is added in the form oxygen by air lance in the liquid metal.
Once the oxygen has reacted to partially oxidize the copper (Cu) the lead (Pb) and the inevitable impurities, tin (Sn) is incorporated.
Step ii makes it possible in particular to form, by cooling the crude casting (ie solidification), a raw cast copper alloy, especially in the form of a cylindrical bar. The cross section of the bar can range for example from 300 mm2 to 15,000 mm2, preferably from 300 mm2 to
10 000 mm2.
Dans un mode de réalisation particulier, l'étape ii de coulée est réalisée à une température allant de 1i10 à 1180 C environ, et de préférence de 1115 à 1140 C environ.
A titre d'exemple, l'étape de coulée peut être effectuée en continu, notamment à l'aide d'une roue en rotation, dite de coulée ou d'un système de coulée du type Hazelett.
L'étape iii permet de laminer ledit alliage de cuivre brut de coulée pour obtenir un alliage laminé. Le laminage peut être réalisé à chaud ou à froid, de préférence à chaud.
Ledit alliage laminé a une section transversale de préférence ronde. Le diamètre de la section transversale peut aller par exemple, de 7 mm à 30 mm environ.
Dans un mode de réalisation particulier, l'étape iii de laminage peut être réalisée à chaud, notamment à une température allant de 900 C à 300 C
environ.
L'étape iv de travail à froid peut être de préférence une étape de tréfilage de l'alliage laminé, et permet notamment d'obtenir des brins (ou fils) métalliques d'alliage Cu-Sn-Pb, notamment de section transversale ronde.
Lorsque le fil électriquement conducteur est destiné à former un fil de contact de caténaire, le tréfilage permet de former deux sillons décrits en référence à la figure 1. Le tréfilage est réalisé de façon à former un fil de contact ayant une section totale de 85 mm2, 107 mm2, 152 mm2 ou 178 mm2.
Lorsque le fil électriquement conducteur est destiné à former un harnais de câblage pour véhicule, le tréfilage permet de former un fil électriquement conducteur rond ayant un diamètre allant de 0,1 à 1 mm.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière des exemples qui vont suivre en référence aux figures annotées, lesdits exemples et figures étant données à titre indicatif et nullement limitatifs.
La figure 1 représente de manière schématique, en coupe transversale, un fil de contact de caténaire selon l'art antérieur.
La figure 2 représente de manière schématique et vu de face, un fil de contact connecté à un câble de connexion.
La figure 3 est un graphique représentant la conductivité électrique d'un fil électriquement conducteur de l'invention en fonction de la composition de l'alliage de cuivre. 10,000 mm2.
In a particular embodiment, the casting step ii is carried out at a temperature ranging from about 110 to 1180 C, and preferably from 1115 to 1140 C approximately.
For example, the casting step can be carried out continuously, in particular using a rotating wheel, called a casting wheel or a system Hazelett-type casting.
Step iii makes it possible to roll said raw-cast copper alloy for obtain a rolled alloy. Rolling can be done hot or cold, of preferably hot.
Said rolled alloy has a preferably round cross section. The diameter of the cross section can range, for example, from 7 mm to 30 mm about.
In a particular embodiment, the rolling step iii can be carried out hot, in particular at a temperature ranging from 900 C to 300 C
about.
The cold working step iv can preferably be a cold working step.
wire drawing of the rolled alloy, and in particular makes it possible to obtain strands (or son) metallic alloys Cu-Sn-Pb, in particular of round cross section.
When the electrically conductive wire is intended to form a wire of contact of the catenary, the wire drawing makes it possible to form two grooves described in reference to figure 1. The wire drawing is carried out so as to form a wire of contact having a total section of 85 mm2, 107 mm2, 152 mm2 or 178 mm2.
When the electrically conductive wire is intended to form a vehicle wiring harness, wire drawing makes it possible to form a wire electrically conductive round having a diameter ranging from 0.1 to 1 mm.
Other features and advantages of the present invention will appear in the light of the examples which follow with reference to the annotated figures, said examples and figures being given as an indication and in no way limiting.
Figure 1 shows schematically, in cross section, a catenary contact wire according to the prior art.
Figure 2 shows schematically and seen from the front, a wire of contact connected to a connection cable.
Figure 3 is a graph showing the electrical conductivity of an electrically conductive wire of the invention according to the composition of the copper alloy.
11 =
La figure 4 est un graphique représentant la résistance à la traction d'un fil électriquement conducteur de l'invention en fonction de la composition de l'alliage de cuivre.
Pour des raisons de clarté, les mêmes éléments ont été désignés par des références identiques. De même, seuls les éléments essentiels pour la compréhension de l'invention ont été représentés de manière schématique, et ceci sans respect de l'échelle.
Les figures 1 et 2 ont été décrites dans la partie introductive.
Des essais comparatifs ont été réalisés pour montrer les propriétés mécaniques et électriques d'un fil électriquement conducteur selon l'invention.
Exemples Pour ce faire, quatre alliages de cuivre différents 1, 2, 3 et 4 selon l'invention ont été préparés. Chaque composition comprend un alliage mère comprenant du cuivre (Cu), du plomb (Pb), de l'étain (Sb), de l'oxygène, de l'argent (Ag) en tant que métal additionnel, et des impuretés inévitables.
L'alliage mère comprenant du cuivre (Cu) a une pureté d'au moins 99,99%.
Pour chacune des compositions, du plomb (Pb) et de l'argent ont été
incorporés dans un bain de cuivre fondu, sensiblement pur, ou encore un bain de cuivre comprenant des impuretés inévitables. De l'oxygène est ensuite ajouté sous forme de dioxygène (02) par lance d'air dans le métal liquide formant ainsi un premier mélange.
De l'étain (Sn) est ensuite incorporé au premier mélange pour former un deuxième mélange qui est homogénéisé pour former un alliage en fusion (étape i).
On coule ensuite l'alliage en fusion formé à l'étape i dans une filière pour former une barre rectangulaire d'une section de 9100 mm2 d'un alliage dit brut de coulée , que l'on solidifie par refroidissement en passant d'une température de 1135 C à une température de 1000 C en 20 sec. 11 =
Figure 4 is a graph showing the tensile strength of an electrically conductive wire of the invention according to the composition of the copper alloy.
For the sake of clarity, the same elements have been designated by identical references. Likewise, only the essential elements for understanding of the invention have been shown schematically, and this without respecting the scale.
Figures 1 and 2 have been described in the introductory part.
Comparative tests were carried out to show the properties mechanical and electrical of an electrically conductive wire according to invention.
Examples To do this, four different copper alloys 1, 2, 3 and 4 according to the invention have been prepared. Each composition includes a master alloy comprising copper (Cu), lead (Pb), tin (Sb), oxygen, silver (Ag) as an additional metal, and inevitable impurities.
The mother alloy comprising copper (Cu) has a purity of at least 99.99%.
For each of the compositions, lead (Pb) and silver were incorporated in a bath of molten copper, substantially pure, or a bath copper containing unavoidable impurities. Oxygen is then added in the form of oxygen (02) by air lance in the liquid metal thus forming a first mixture.
Tin (Sn) is then incorporated into the first mixture to form a second mixture which is homogenized to form a molten alloy (step i).
The molten alloy formed in step i is then poured into a die to form a rectangular bar with a section of 9100 mm2 of an alloy said as cast, which is solidified by cooling while passing of a temperature of 1135 C to a temperature of 1000 C in 20 sec.
12 On lamine à chaud la barre rectangulaire, directement formée à l'étape précédente, pour obtenir un fil de petit diamètre, à savoir un fil ayant un diamètre de 8 mm à 20mm, de préférence de 19 mm (étape iii).
On tréfile enfin à froid le fil formé à l'étape précédente pour obtenir un fil de contact selon l'invention (étape iv).
Les compositions de chacun des alliages sont indiquées dans le tableau 1.
Imp.
Cu ( /0) Pb (%) Sn ( /0) Ag (%) 02 ( /0) (0/0)(1) Cornpo.(2) 1 > 99,5 0,0003 0,001 0,001 0,0199 >
0,0065 0,0005- 0,0002-Compo. 2 > 99,5 0,112 0,0200 > 0,0065 0,0010 0,0004 0,0005- 0,0002 Compo. 3 > 99,5 0,1656 0,0127 > 0,0065 0,0010 0,0004 0,0005- 0,0002 Compo. 4 > 99,5 0,2095 0,0208 > 0,0065 0,0010 0,0004 (1) - Impuretés inévitables (2) - Composition Chaque alliage 1, 2, 3 et 4 est ensuite tréfilé de manière à former chacun trois de fils de contact a, b et c ayant respectivement une section totale de 178 mm2 (Eq 3/0), de 107 mm2 (Eq 4/0) et de 85 mm2 (Eq 350 MCM).
La conductivité électrique des fils 1, 2, 3 et 4 est ensuite mesurée. La conductivité électrique est identique quelle que soit la section totale de chaque fil. Les résultats sont indiqués dans le tableau 2 et représentés sur la figure 3.
Fil 1 Fil 2 Fil 3 Fil 4 Conductivité
101,0 98,5 92,5 89,0 ( /0 IACS) 12 The rectangular bar, directly formed in step, is hot-rolled.
previous, to obtain a wire of small diameter, namely a wire having a diameter of 8mm to 20mm, preferably 19mm (step iii).
The wire formed in the previous step is finally cold drawn to obtain a contact wire according to the invention (step iv).
The compositions of each of the alloys are indicated in the table 1.
Imp.
Cu (/ 0) Pb (%) Sn (/ 0) Ag (%) 02 (/ 0) (0/0) (1) Cornpo. (2) 1> 99.5 0.0003 0.001 0.001 0.0199>
0.0065 0.0005- 0.0002-Compo. 2> 99.5 0.112 0.0200> 0.0065 0.0010 0.0004 0.0005- 0.0002 Compo. 3> 99.5 0.1656 0.0127> 0.0065 0.0010 0.0004 0.0005- 0.0002 Compo. 4> 99.5 0.2095 0.0208> 0.0065 0.0010 0.0004 (1) - Inevitable impurities (2) - Composition Each alloy 1, 2, 3 and 4 is then drawn so as to form each three of contact wires a, b and c having respectively a cross section total of 178 mm2 (Eq 3/0), 107 mm2 (Eq 4/0) and 85 mm2 (Eq 350 MCM).
The electrical conductivity of wires 1, 2, 3 and 4 is then measured. The electrical conductivity is the same regardless of the total cross section of each wire. The results are shown in Table 2 and shown in the figure 3.
Wire 1 Wire 2 Wire 3 Wire 4 Conductivity 101.0 98.5 92.5 89.0 (/ 0 IACS)
13 Les fils électriquement conducteurs comprenant un alliage selon l'invention ont une bonne conductivité électrique supérieure à 89 0/0IACS.
La résistance à la traction des fils de contact la-c, 2a-c, 3a-c et 4a-c préparés est ensuite mesurée. Les résultats sont indiqués dans le tableau 3 et représentés sur la figure 4.
La résistance à la traction (connue sous l'anglicisme Ultimate Tensile Strength - UTS) est déterminée selon la norme NF-EN-IS0-6892-1-2099 Matériaux métalliques/Essais de traction .
Fil 1 Fil 2 Fil 3 Fil 4 a (178 mm2) 365 375 389 400 UTS
b (107 mm2) 395 410 420 429 (MPa) c (85 mm2) 405 423 436 450 HV
équivalent c (85 mm2) 412 427 441 448 UTS
(Mpa) Les fils de contact la-c, 2a-c, 3a-c et 4a-c possèdent tous une bonne résistance à la traction.
Les fils électriquement conducteur la-c, 2a-c, 3a-c et 4a-c selon l'invention ont ainsi une conductivité électrique élevée tout en ayant une bonne résistance à la traction. 13 Electrically conductive wires comprising an alloy according to the invention have good electrical conductivity greater than 89 0 / 0IACS.
The tensile strength of the contact wires la-c, 2a-c, 3a-c and 4a-c prepared is then measured. The results are shown in Table 3 and shown in figure 4.
Tensile strength (known as Ultimate Tensile Anglicism Strength - UTS) is determined according to standard NF-EN-IS0-6892-1-2099 Metallic materials / Tensile tests.
Wire 1 Wire 2 Wire 3 Wire 4 a (178 mm2) 365 375 389 400 UTS
b (107 mm2) 395 410 420 429 (MPa) c (85 mm2) 405 423 436 450 H V
equivalent c (85 mm2) 412 427 441 448 UTS
(Mpa) Contact wires la-c, 2a-c, 3a-c and 4a-c all have good tensile strength.
The electrically conductive wires la-c, 2a-c, 3a-c and 4a-c according to the invention thus have a high electrical conductivity while having a good tensile strength.
Claims (14)
en ce que l'alliage de cuivre comprend au moins du cuivre (Cu), de l'étain (Sn), du plomb (Pb), et des impuretés inévitables. 1. Electrically conductive elongated copper alloy wire, characterized in that the copper alloy comprises at least copper (Cu), of tin (Sn), lead (Pb), and inevitable impurities.
en ce que l'alliage comprend en outre au moins un métal additionnel choisi parmi l'argent (Ag), le zinc (Zn), le chrome (Cr), et un de lèurs mélanges. 3. Electrically conductive wire according to claim 1 or 2, characterized in that the alloy further comprises at least one additional metal chosen from silver (Ag), zinc (Zn), chromium (Cr), and one of them mixtures.
en poids d'étain (Sn) par rapport au poids total de l'alliage de cuivre. 5. Electrically conductive wire according to any one of claims previous ones, characterized in that the alloy comprises at least 0.001%
by weight of tin (Sn) relative to the total weight of the copper alloy.
en poids de plomb (Pb) par rapport au poids total de l'alliage de cuivre. 8. Electrically conductive wire according to any one of claims above, characterized in that the alloy comprises at most 0.01%
by weight of lead (Pb) relative to the total weight of the copper alloy.
former un alliage de cuivre comprenant au moins du cuivre (Cu), de l'étain (Sn) et du plomb (Pb), couler l'alliage en fusion de l'étape i, pour obtenir un alliage brut de coulée, iii. laminer l'alliage brut de coulée de l'étape ii, pour obtenir un alliage laminé, et iv. travailler à froid l'alliage laminé de l'étape iii, pour obtenir ledit fil électriquement conducteur. 14.Process for manufacturing an electrically conductive wire according to one any one of claims 1 to 10, characterized in that it comprises the following steps:
forming a copper alloy comprising at least copper (Cu), tin (Sn) and lead (Pb), casting the molten alloy from step i, to obtain a crude alloy casting, iii. rolling the as-cast alloy from step ii, to obtain a rolled alloy, and iv. cold working the rolled alloy of step iii, to obtain said thread electrically conductive.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CA3061069A CA3061069A1 (en) | 2019-11-06 | 2019-11-06 | HIGH MECHANICAL STRENGTH COPPER ALLOY |
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Family Applications (1)
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2019
- 2019-11-06 CA CA3061069A patent/CA3061069A1/en active Pending
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