CN100508078C - 一种铜包铝排型材的生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种铜包铝排型材的生产方法，依次包括以下工序：1)清洗、2)烘干、3)轧头、4)间隙拉制、5)双金属结合炉加热、6)高频感应加热、7)热拉、8)保温、9)氧化层清洗、10)包装。本发明的有益效果是：金属在拉制过程中不被氧化，因高频感应趋肤效应，能使两种熔点相差悬殊的金属同时达到复合金属冶金结合温度临界点，做到两种不同金属之间的永久性致密冶金结合。本发明生产的型材密度仅为纯铜排的36.5%～41.6%，长度是2.45～2.70倍，抗拉强度高1.6～2倍以上，电阻率能做到：0.027310Ω·mm2/m(-40℃)～0.041506Ω·mm2/m(70℃)之间。
Description
技术领域
本发明涉及复合金属导电材料，尤其是关于纯铜母排型材的替代品——铜包铝排型材复合金属材料的生产方法。
背景技术
新型双金属复合导电技术发展迅速，主要有以下新技术值得关注：1)金属复合导电技术：采用此技术主要研究方向为铜包铝系列导电材料，此类材料具有应用广泛性、普遍性等优点；2)复合型导电陶瓷技术：3)纳米材料导电技术。
我国铜包铝排的生产科研工作起步较晚，由于复合金属的包覆方法和拉拔方法的制约，复合金属材料的研发一直都很缓慢。直到2001年，国内少数企业才真正进行铜包铝线型材的批量化生产，并主持制定了我国电子行业标准，但是限于方法水平的发展，对铜包铝排型材的研发，一直未能有所突破，直至2005年才有企业开始对铜包铝排进行试制，但对于精拉制使铜铝之间形成永久性冶金结合的技术一直未能有所突破。这也致使所生产的产品不能完全满足电工行业用作铜排替代品的技术性能要求。
而国内外的电工学研究表明，通以交、变电流的导体，由于趋肤效应的作用，电流密度集中在导体(铜排)表层。根据这原理纯铜母排的利用率很低，造成产品资源的极大浪费，而铜包铝排根据电工学原理成功地实现了节省纯铜排、合理使用导体金属材料，使其具有密度轻、强度高，可塑性好，成本低(仅为纯铜排的50％不到)等优点。
如今替代电工行业纯铜排使用的铜包铝排，在生产过程中需要解决的主要是如下技术问题：1)铜管、铝杆的氧化层清洗技术；2)热处理塑形拉压技术；3)永久性冶金结合技术；4)热拉后表面氧化层清洗技术。
目前，国内外已经成熟的铜包铝线型材的生产方法及设备在排型材的生产上有着很大的制约性，设备和方法主要采用的还是包覆方法及铜铝冷拉结合方法，产品无法做到铜铝之间的永久性冶金结合。
又因为金属铜和金属铝的熔点相差悬殊，要在同一时间点上让它们同时达到熔融临界点，在技术攻关上成为了一个难题。
发明内容
本发明的目的是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种铜包铝排型材的生产方法，是在冷拉前增加清洗工艺、解决了铜包铝排型材在拉制过程中出现的氧化问题，利用高频感应趋肤效应，使得铜包铝排表层(铜管)加热，而里层(铝排)不加热，从而实现两种不同金属之间的永久性致密冶金结合。
本发明的技术方案是通过以下方式实现的：一种铜包铝排型材的生产方法，依次包括以下工序：1)清洗、2)烘干、3)轧头、4)间隙拉制、5)双金属结合炉加热、6)高频感应加热、7)热拉、8)保温、9)氧化层清洗、10)包装；其特征在于：
1)、所述的清洗工序是：将电解铜、铝材分别制成相应规格的铜管和铝排；分别进行表面氧化层及油污处理，铜管用702或7011金属清洗剂加温水进行清洗，温水温度控制在30～40℃左右，时间以15分钟为宜；铝杆用石碱溶液清洗，清洗完后再进烘箱烘干，烘箱温度控制在200℃-250℃，时间25～35分钟。
上述的铜管用清洗剂与水的配比为1：15。
上述的石碱溶液为石碱配清水再加入十二烷基硫酸钠，配比为2：15：1。
2)所述的双金属结合炉加热工序是：加热前铜包铝排表面涂以石墨粉，加热温度控制在250℃～300℃。
3)、所述的高频感应加热是：高频感应器给铜铝同时加热，铜管的温度控制在750℃-850℃之间，铝杆的温度控制在450℃-500℃之间。
4)所述的氧化层清洗工序是：经保温处理后进入清洗的铜包铝排型材的清洗依次为：A、先用皂角液清洗，清洗时间为5～10分钟；B、用硝酸溶液清洗，清洗时间1～2分钟的；C、用铬酸溶液清洗：加入盐1～2克，浸入5秒即可，再用清水冲洗干净。
上述的皂角液是皂角粉加入硫酸再兑水，配比为1：5：30；硝酸溶液溶度为45％；铬酸溶液溶度为15％。
本发明的有益效果是：铜包铝排型材在间隙拉制前先用清洗液清洗，能使得金属拉制结合面在拉制过程中不被氧化。在热拉前表面涂以石墨粉，起到防止高温氧化和在拉制过程中的润滑作用。又由于高频感应趋肤效应，使得铜包铝排表层(铜管)加热，而里层(铝排)不加热。正因为这种温度梯度，做到同点、同时间、同一加热设备上，使得两种熔点相差悬殊的金属同时达到复合金属冶金结合温度临界点，再通过热挤压，使两者原子更容易相互扩散，从而做到两种不同金属之间的永久性致密冶金结合。
本发明所生产的铜包铝排型材的密度仅为纯铜排的36.5％～41.6％，，其长度是同等重量、同等规格的纯铜排的2.45～2.70倍，抗拉强度比纯铜排高1.6～2倍以上，电阻率能做到：0.027310Ω·mm2/m(-40℃)～0.041506Ω·mm2/m(70℃)之间。
具体实施方式
本实施例的生产方法，是按以下工序制作的：
1)清洗：首先按各种规格型号将电解铜、铝材分别制成相应规格的铜管和铝排，然后分别进入清洗池，进行表面氧化层及油污处理，铜管用702或7011金属清洗剂加温水进行清洗，配比1：15，温水温度控制在40℃左右，时间以15分钟为宜；铝杆用石碱溶液清洗，碱液配清水再加入十二烷基硫酸钠，配比2：15：1，清洗完后再进烘箱烘干，烘箱温度控制在200℃，时间30分钟。
2)、烘干：清洗完成后将铜管和铝排烘箱进行烘干；烘箱温度控制在200℃-250℃之间，时间为35分钟，烘干后的铝杆进行表面刷毛处理，并与铜管进行装配；
3)、轧头：装配后的铜包铝排进行轧扁机轧头处理；
4)、间隙拉制：拉机进行间隙拉制，减小铜铝之间的空隙；
5)、双金属结合炉加热：加热前铜包铝排表面涂以石墨粉，加热温度控制在250℃～300℃；
6)、高频感应加热：高频感应器给铜铝同时加热，铜管的温度控制在800℃，铝杆的温度控制在500℃，使铜铝同时达到冶金结合点。
7)、热拉：再经过拉机的热拉过程，确保铜铝之间做到永久性致密冶金结合；
8)、保温：将经过热拉的铜包铝排进入烘箱中进行保温处理50分钟，去除热拉过程产生的应力；
9)、氧化层清洗：经保温处理后再进清洗池进行清洗表面氧化层，清洗步骤为：一、皂角粉加入硫酸再兑水(配比1：5：30)，时间10分钟；二、硝酸溶液(溶度45％)加入微量铬酸，时间2分钟。三、铬酸溶液(溶度15％)加入盐1克，浸入5秒即可，再用清水冲洗干净并晾干，最后经过检测设备的检验，包装成成品。
本实施例是利用通电导体的趋肤效应，采用包覆方法在铝杆外面均匀的包覆铜层，再采用热拉冶金结合方法，使铜铝之间形成永久性致密冶金结合，以使得铜包铝排型材的各项电工性能达到替代纯铜排型材的性能要求。
清洗方法解决了铜包铝排型材在清洗、装配后，冷拉前，铜管、铝杆出现氧化的问题，能做到在冷拉前阻止复合金属结合面表层氧化的作用(注：纯铜的熔点：1084.5℃，氧化铜熔点：1083℃，纯铝的熔点：660.4℃，氧化铝的熔点：2050℃)，使得在高频热拉过程中，有利于温度的控制，真正做到永久性致密冶金结合。另外，铜包铝排在热拉前表面涂以石墨粉，一是起到防止高温氧化，二是在拉制过程中起到润滑的作用。在高频热拉过程中，由于高频感应集肤效应，使得铜包铝排表层(铜管)加热，而里层(铝排)不加热。正因为这种温度梯度，本方法及设备能在同一点，同一时间上做到，使得铜管的温度控制在：750℃-850℃之间，铝杆的温度控制在：450℃-500℃之间，做到同点、同时间、同一加热设备上，使得两种熔点相差悬殊的金属同时达到复合金属冶金结合温度临界点，再通过热挤压，使两者原子更容易相互扩散，从而做到两种不同金属之间的永久性致密冶金结合。
使用本方法及设备所生产的铜包铝排的密度仅为纯铜排的36.5％～41.6％(注：20℃时，铜的密度为8.960g/cm3、铝的密度为2.70g/cm3)，其长度是同等重量、同等规格的纯铜排的2.45～2.70倍，同等重量、同等规格的铜包铝排抗拉强度比纯铜排高1.6～2倍以上。铜的电阻率为0.01851Ωmm2/m，铝的电阻率为0.0294Ω·mm2/m，而采用该方法及设备生产的铜包铝排的电阻率能做到：0.027310Ω·mm2/m(-40℃)～0.041506Ω·mm2/m(70℃)之间，使其电工性能达到替代纯铜排型材的要求。
Claims (4)
1、一种铜包铝排型材的生产方法，依次包括以下工序：1)清洗、2)烘干、3)轧头、4)间隙拉制、5)双金属结合炉加热、6)高频感应加热、7)热拉、8)保温、9)氧化层清洗、10)包装；其特征在于：
1)所述的清洗工序是：将电解铜、铝材分别制成相应规格的铜管和铝排；分别进行表面氧化层及油污处理，铜管用702或7011金属清洗剂加温水进行清洗，温水温度控制在30～40℃左右，时间为15分钟；铝杆用石碱溶液清洗，清洗完后再进烘箱烘干，烘箱温度控制在200℃～250℃，时间25～35分钟；
2)、所述的双金属结合炉加热工序是：加热前铜包铝排表面涂以石墨粉，加热温度控制在250℃～300℃；
3)、所述的高频感应加热是：高频感应器给铜铝同时加热，铜管的温度控制在750℃～850℃之间，铝杆的温度控制在450℃～500℃之间；
4)、所述的氧化层清洗工序是：经保温处理后进入清洗的铜包铝排型材的清洗依次为：A、先用皂角液清洗，清洗时间为5～10分钟；B、用硝酸溶液清洗，清洗时间为1～2分钟；C、用铬酸溶液清洗：加入盐1～2克，浸入5秒即可，再用清水冲洗干净。
2、根据权利要求1所述的一种铜包铝排型材的生产方法，其特征在于：所述的铜管用702或7011金属清洗剂与水的配比为1∶15。
3、根据权利要求1所述的一种铜包铝排型材的生产方法，其特征在于：所述的石碱溶液为石碱配清水再加入十二烷基硫酸钠，配比为2：15：1。
4、根据权利要求1所述的一种铜包铝排型材的生产方法，其特征在于：所述的皂角液是皂角粉加入硫酸再兑水，配比为1：5：30，硝酸溶液溶度为45％；铬酸溶液溶度为15％。
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