CN101340987A - 复合电导体及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种复合导体，其由具有0.08％至0.12％的银含量的铜银基体合金和位于该复合导体的横截面中的边缘(14)或芯部(20，22)处的铜镁合金构成，所述铜镁合金中的镁含量为0.1％至0.7％。接触导线10(有槽接触导线或电车导线)被优选地推荐，其包含位于芯部(20)中的由CuMg0.1－0.7制成并被由CuAg 0.1制成的包层包围的导线。例如在EP 0 125 788A2中描述的霍尔顿顺应包覆法被推荐作为其制造方法。

Description

复合电导体及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种复合电导体、特别是电车导线(电车架空线)，并涉及制造该复合电导体的方法。
为了提高复合导体(特别是电车导线)的机械强度而不降低其导电性，已经提出了许多建议。为了该目的，进一步将有助于导电材料的机械硬化的合金元素添加到导电铜材料中，并且例如在涉及银的情况下，导电性未显著下降。
背景技术
复合导体以及相关的制造方法是已知的。对于与导电性有关的不同应用，已经相应地提出了不同的结构。非常特殊的应用需要超导性。已经发现，挤压设备在称作顺应法(连续成形)的杆、型材和中空体的制造中具有广泛的应用。早期的设备基于DE 221169C2中所描述的发明而提出。该方法已经以霍尔顿顺应(Holton conform)的名称众所周知，因为其来自于霍尔顿公司，例如EP 0494755A1即源自于该公司。细长材料的加套被称作顺应包覆。例如可以在EP 0125788A2中发现该制造技术的更新变化。
发明目的
本发明的目的在于提出复合电导体的结构以及制造该复合电导体的方法，以获得具有最大导电性和尽可能最佳机械强度的导体。
该目的通过独立权利要求中的技术方案实现。从属权利要求中提供了进一步的有利改进。制造方法在并列的权利要求中限定。
发明内容
所提出的复合导体在机械和电气特性方面超过了现有材料。同时，其可以被广泛地改造，以满足各种要求。因此，提高了制造过程的灵活性并扩展了产品的种类。
因此，本发明的复合导体包括具有0.08％至0.12％的银(Ag)含量的铜银(CuAg)合金基体，并且复合导体的边缘或芯部(芯子)由具有0.1％至0.7％的镁(Mg)含量的铜镁(CuMg)合金构成。
进一步的实施例包括以下特征：
铜镁合金中的镁含量优选为0.5％的镁。基体合金中的银含量优选为0.1％的银。
在复合导体的横截面中，芯部的合金的面积比例在10％和80％之间。芯部中的铜镁合金的面积比例优选为50％。
芯部的结构可以包括单一线股或多个线股。
如果芯部中具有多个线股，则线股的直径在一定程度上彼此相同。
可以制造具有不同横截面的复合导体。所述横截面可以是：用于制造圆导线的圆形、用于制造导电轨的大致矩形、或用于异型导线的异型。作为异型导线的优选应用场合，电车导线应当被提及。关于该方面，可参照标准EN 50149，其中电车导线被标准化。
为了制造本发明的复合导体，建议采用已知的挤压工艺。这涉及通过挤压制造杆或线材。包覆材料被引入到挤压机轮的(两个)周向凹槽中，位于相反方向上的高摩擦力产生出自由流动的管状结构，其作为芯材的包层从挤出口排出。芯材被插入穿过与挤压轮相切的中空入口心轴；包覆材料包围芯材。随后，产品被引导通过一个或多个模具并且被减小到成品尺寸。如上所述，在市场上可购买到适宜的挤压装置。
在本发明中，将CuMg合金的高可淬性和高导电性与CuAg合金的高导电性、普通可淬性和优良的耐磨性相结合。因此，就强度和导电性而言，通过所提出的合金成分，仅由一种合金构成的传统电车导线的在物理上受到限制的范围可以被大大扩展。特别是，与由包覆钢的铜线制成的现有已知复合电车导线相比，所提出的复合电车导线更耐腐蚀，并且可以被更有利地回收利用，以及具有更好的导电性。
可以利用有槽电车导线(沟纹滑接线)制造电车导线，所述有槽电车导线包含在芯部中由至少一个由CuMg 0.1-0.7制成并被由CuAg 0.1制成的包层包围的导线。该芯线可以呈圆形或者在一定程度上与包层的外部轮廓(有槽轮廓)相匹配。芯线在复合导体的横截面中的面积比例可以在很宽的范围内变化。该芯线的特点是，可以通过不同的冷加工程度调节到期望的强度，并且以该强度将其引入到复合导体中。通过(例如)由霍尔顿顺应挤压施加的附加冷加工工艺，产生了复合电车导线的进一步硬化。这允许在可调节的产品性能(特别是强度和导电性)方面的可变性。此外，根据复合电车导线的期望性能，可以通过降低的拉拔成本获得与成品轮廓类似的结构。
然而，也可以采用呈其它形式的材料对，其中至少一个由CuAg 0.1制成的导线嵌入于芯部中并且该芯部被由CuMg 0.1-0.7制成的包层包围。
当通过霍尔顿顺应工艺施加较高程度的冷加工时，CuAg包层的硬化已经处于饱和范围(热动平衡)，并且总的来说，包层的强度基本上低于芯部，这有利于电车导线的铺设性能(在缠绕电缆卷轴之后，具有降低或减少的皱褶)。此外，比较起来，高强度芯线的结构均匀性远高于由单一物质制成的传统电车导线，这意味着在电车导线的整个长度上可以获得类似的机械性能。
就材料性能而言，例如可以预计，在由CuMg 0.5构成的芯线的面积比例为25％的情况下，可获得90％IACS(52MS m-1)的导电率和至少为435牛顿/毫米2的拉伸强度，并且在由CuMg 0.5构成的芯线的面积比例为50％的情况下，可获得81％IACS(47MS m-1)的导电率和至少为490牛顿/毫米2的拉伸强度。
制造方法
利用传统的制造方法，由CuMg合金(例如CuMg 0.5)制造具有给定(高)强度和导电率的芯线(呈圆形或异型线材的形式)。芯线的表面例如通过化学处理被小心地除掉异物或腐蚀层。在具有无异物、活化表面的芯线中，可以确保产生与包层物质的良好材料连接。表面清理是很重要的，以便在进一步的成形过程中保持连接芯线与包层之间的紧密材料连接。
按照该方式制造和预处理的芯线在顺应包覆工艺中包覆具有非常高的导电性的物质CuAg 0.1。在该工艺中，优选是，应当优选避免芯线在所产生的热负荷的影响下再结晶。经过进一步的拉拔步骤和由此进一步的硬化，所产生的复合导体到达其最后的轮廓形式。根据所需的横截面比例，可以将芯线形成为圆形导线或异型导线。制造工艺应当被控制，以使得没有芯线位于复合导体的表面附近的边缘或包层区域处，因此在直径的大约10％的包层区域中没有芯线。在拉拔过程中横截面的减小影响产品的最终强度。为了制造适用于高速导轨的电车导线，进行了横截面的相当大的减小。这种类型的电车导线以特别高的抗拉强度组装在一起，以便它们仅仅略微屈服于电车的压力并且确保用于该牵引的高波动传播速率。因此，对于该应用而言，高的机械强度是先决条件。
如前面所提到，根据本发明的复合导体也可用作导电轨。在固定于电力分配装置中的同时，导电轨被使用，这意味着在该应用中机械强度不太重要。
附图说明
本发明在三个图中示出，其中，详细地说：
图1示出了具有多个芯线的圆形导线的横截面，
图2示出了仅具有一个芯线的电车导线的横截面，以及
图3示出了具有多个嵌入导线的电车导线的横截面。
具体实施方式
图1示出了其中具有多个芯线22的圆形导线12。各芯线22在材料14中不规则地分布，并且与圆形导线的表面具有一定距离，从而呈现出无芯线的边缘区域。各芯线分布的规则性取决于所采用的制造方法，并且可以相应地被控制。
图2示出了根据EN 50149的电车导线10(有槽电车导线)，其包含在芯部20中由CuMg 0.1-0.7制成并且被由CuAg 0.1制成的护套14包围的导线。芯线20源自于圆形导线，其还通过成型加工被变形，从而获得梨形的横截面。可以直接理解，芯线的横截面形状取决于变形的强度和挤出的初始型材的形状，因此也可以制造出仍具有近似圆形横截面的电车导线。
芯线在复合导体的横截面中的面积比例可以在很宽的范围(10％至80％)中变化。如果在芯部提供CuMg合金，则CuMg合金的面积比例优选为50％。
图3示出了电车导线11，其在芯部中包括多个在一定程度上规则分布的线股22。优选地，所述多个线股22源自于具有相同直径的线材，因而嵌入的线股也具有大致相同的直径，除非它们在制造过程中经受不同的变形。然而，所述线股也可以具有非圆形的横截面。
电车导线的另一实例如下：芯线的横截面为4平方毫米(mm2)。在芯线的面积比例为50％的情况下，大约15个芯线被引入到具有大约120平方毫米(mm2)的横截面的有槽电车导线(根据上述标准)中。

Claims (9)

1.一种复合电导体，其包括具有0.08％至0.12％的银含量的铜银合金基体，其中所述复合导体(10，11，12)的边缘(14)或芯部(20，22)由具有0.1％至0.7％的镁含量的铜镁合金构成。
2.如权利要求1所述的复合导体，其特征在于，在所述复合导体(10，11，12)的横截面中，导体芯部(20，22)的比例在10％和80％之间。
3.如权利要求1或2所述的复合导体，其特征在于，所述芯部(20、22)由至少一个线股(20)构成。
4.如前述权利要求中任一项所述的复合导体，其特征在于，多个线股(22)布置在所述芯部中，并且所述线股(22)具有大致相同的横截面。
5.如前述权利要求中任一项所述的复合导体，其特征在于，所述复合导体(12)具有圆形横截面。
6.如权利要求1至4中任一项所述的复合导体，其特征在于，所述复合导体被构造成有槽导线(10，11)，特别是电车导线。
7.如前述权利要求中任一项所述的复合导体，其特征在于，在直径的大约10％的包层区域中没有芯线。
8.一种利用合金对制造如权利要求1所述的复合导体的方法，其特征在于，包括以下步骤：
*由第一合金制造至少一个线股(22)，
*将至少一个线股(22)引入到挤压装置中，并且为所述线股提供由第二合金制成的包层(14)，
*至少一次地将所制造的复合导体(10，11，12)拉拔通过拉模，从而使所述导体达到其最终的轮廓形状。
9.如权利要求10所述的制造复合导体的方法，其特征在于，在被包覆之前，所述线股(22)的表面被清除掉异物层。
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