CN102231293B - 铜包稀土铝合金扁线或排线及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于导电材料技术领域，特别涉及一种铜包稀土铝合金扁线及其生产方法。本发明的铜包稀土铝合金扁线或排线的生产方法简单合理，所得的铜包稀土铝合金扁线或排线的机械性能优于纯铜扁线或排线，导线性能与纯铜扁线或排线相当，相比与纯铜导线具有较大的经济性能。

Description

铜包稀土铝合金扁线或排线及其生产方法

技术领域

本发明属于导电材料技术领域，特别涉及一种铜包稀土铝合金扁线及其生产方法。

背景技术

国外工业发达国家，自上世纪六、七十年代开始广泛使用包覆法生产铜包铝、铜包钢等双金属复合线材。美国、日本等国已形成规模巨大的产业，各自拥有具有一定特色的专利技术。例如：美国科普维公司应用自有专利技术生产铜包铝线，在1997年以前该公司的铜包铝线占据了国内主要市场；又如，日本藤仓电线株式会社，七十年代就研制开发复合线材，该公司生产的直径很小的铜包铝电磁线，至今还占领着国内电子行业的市场。

为了节约铜资源及降低线材生产成本，我国在上世纪60年代末曾尝试以纯铝线代替纯铜线，但是由于铝的物理特性造成电能损耗大、信号衰减幅度大等弊端，不久就恢复到纯铜时代。自70年代我国开始研制双金属复合线的生产设备与工艺。较为普遍的为套管拉拔法，由于其设备与工艺的局限性，产品的性能质量较差，不能连续生产。

直到九十年代末，采用“包覆焊接拉制法”专利技术为代表的铜包铝线加工工艺，才使得我国双金属复合线材具有了批量投放市场的能力。铜包铝新材料产业通过持续的技术研发，进入了规模化生产阶段，成功地实现了“替代铜线”、“替代进口”两方面跨越。

在研制新型变压器时对铜包铝扁线或排线提出了新的要求，传统的铜包铝扁线或排线的抗拉强度及电阻率无法满足要求，造成新型变压器的抗冲击能力无法满足设计要求，故针对市场需要，本公司人员对现有的铜包铝扁线或排线进行了改良设计。

发明内容

本发明针对市场需要，设计了一种导电性能好，抗拉强度好，延展性好的铜包稀土铝合金扁线或排线线，另外还设计了铜包稀土铝合金扁线或排线的生产方法。

本发明通过以下技术方案实现：

铜包稀土铝合金扁线或排线，其由稀土铝合金芯线以及包覆在稀土铝合金芯线上的铜层组成，其特征在于：所述的稀土铝合金芯线中的铝的含量是97.6％，混合稀土的含量是0.2％～0.8％，重稀土的含量是0.5％～1.2％，轻稀土的含量是0.4％～1％，余量为杂质。

本发明中采用上述配方制造铜包稀土铝合金扁线，我们还可以用上述配方的材料制成铜包稀土铝合金排线，铜包稀土铝合金排线可以用于各类电器件的绕组上。

稀土是铝、镁、锌、铜等有色金属良好的净化剂、细化剂和合金剂，具有“工业味精”之称，一般只需加入千分之几，就能起到消除有害杂质的影响，细化晶粒并产生合金化的作用，从而提高材料的加工和使用性能。

所述稀土按照其构成可以分为混合稀土、重稀土、轻稀土和单个稀土元素。

混合稀土是目前市场上销售的任何混合稀土元素，即稀土元素混合物。

重稀土是原子序数64-71与39元素金属，其中包括钆(Gd)、锝(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、钇(Y)重稀土元素，又称钇组稀土元素。

轻稀土是指原子序数57-63元素金属，其中包括镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)元素，又称铈组稀土元素。

所述的单个稀土是指上述所有稀土元素中的单一稀土元素。

稀土元素加入能有效的细化晶粒，提高稀土铝合金芯线的机械强度，同时还能降低铜包稀土铝合金芯线的电阻率，克服了以前加入镁元素造成的芯线的机械性能下降，电阻率增大造成导线的导线性能下降的问题。

本发明所述的铜包稀土铝合金扁线或排线的电阻率为0.02236～0.02589Ω.mm²/M，铜包稀土铝合金扁线或排线在软态下的延伸率≥10％，在硬态下的延伸率≥1.5％，具有与纯铜导线相当的延伸率，具有较好的加工性能，另外铜包稀土铝合金扁线或排线的抗拉强度的软态最大值为270MPa，硬态最大值为355MPa，同时由于铜包稀土铝合金扁线或排线的密度均值仅为3.45g/cm³，是纯铜导线的38.8％，在线径规格与重量相同的条件下，该产品与纯铜线的长度比为2.5∶1，即生产1吨铜包稀土铝合金复合导体材料可节约1.58吨纯铜，有效的节约了铜资源，降低了下游产业产品的成本，具有重大的经济效益。

1、铜包稀土铝合金扁线的生产方法，所述的生产方法包括以下步骤：

a、按照权利要求1所述的质量百分比，按照97.6％的铝，0.2％～0.8％的混合稀土，0.5％～1.2％的重稀土和0.4％～1.0％的轻稀土配制物料，先将97.6％的铝放入冶炼炉中加热至液态，再向冶炼炉中依次加入混合稀土、重稀土和轻稀土，加入完成后进行混合搅拌得到稀土铝合金溶液，此时进行冶炼抽丝，得到稀土铝合金毛坯线；在本步骤中进行混合搅拌，能使稀土元素在铝溶液中更好的混好，

b、采用拉丝机对稀土铝合金芯线进行拉伸，与此同时对稀土铝合金芯线进行精整处理，得到需要规格的且表面圆整的稀土铝合金芯线；

c、铜带通过多组主动的水平辊轮和多组被动的立式辊轮交替排列的辊压形成管状，并将铝合金稀土芯线包覆在里面，并通过氩弧焊接将铜带缝焊接起来，形成铜包稀土铝合金母线；

d、检测焊接的质量；

e、将铜包稀土铝合金母线放置在真空退火炉中进行退火，真空退火的温度为300～350℃，退火的时间为2～3小时，在真空炉中退火，防止铜包稀土铝合金表面被氧化，同时对焊缝出的材料进行退火，降低焊接的应力，便于后续的机械加工；

f、对退火后的铜包稀土铝合金母线进行连轧成型加工；采用连轧加工，可以改造稀土铝合金芯线的组织，进一步细化芯线的晶粒，消除微观组织缺陷，使铜包稀土铝合金母线的机械性能进一步提高。

g、对步骤f所得的铜包稀土铝合金母线进行拉伸定型，使其达到各种规格的铜包稀土铝合金扁线；

本发明中所述拉伸定型即对铜包稀土铝合金进行多次拉拔，将其加工成客户需要规格的铜包稀土铝合金扁线；

h、对铜包稀土铝合金扁线进行收卷，形成料卷。

2、铜包稀土铝合金排线的生产方法，所述的生产方法包括以下步骤：

a、按照权利要求1所述的质量百分比，按照97.6％的铝，0.2％～0.8％的混合稀土，0.5％～1.2％的重稀土和0.4％～1.0％的轻稀土配制物料，先将97.6％的铝放入冶炼炉中加热至液态，再向冶炼炉中依次加入混合稀土、重稀土和轻稀土，加入完成后进行混合搅拌得到稀土铝合金溶液，此时进行冶炼抽丝，得到稀土铝合金毛坯线；在本步骤中进行混合搅拌，能使稀土元素在铝溶液中更好的混好，

b、采用拉丝机对稀土铝合金芯线进行拉伸，与此同时对稀土铝合金芯线进行精整处理，得到需要规格的且表面圆整的稀土铝合金芯线；

c、铜带通过多组主动的水平辊轮和多组被动的立式辊轮交替排列的辊压形成管状，并将铝合金稀土芯线包覆在里面，并通过氩弧焊接将铜带缝焊接起来，形成铜包稀土铝合金母线；

d、检测焊接的质量；

e、将铜包稀土铝合金母线放置在真空退火炉中进行退火，真空退火的温度为300～350℃，退火的时间为2～3小时，在真空炉中退火，防止铜包稀土铝合金表面被氧化，同时对焊缝出的材料进行退火，降低焊接的应力，便于后续的机械加工；

f、对退火后的铜包稀土铝合金母线进行连轧成型加工；采用连轧加工，可以改造稀土铝合金芯线的组织，进一步细化芯线的晶粒，消除微观组织缺陷，使铜包稀土铝合金母线的机械性能进一步提高。

g、对步骤f所得的铜包稀土铝合金母线进行拉伸定型，使其达到各种规格的铜包稀土铝合金排线；

h、对铜包稀土铝合金排线进行收卷，形成料卷。

进一步说，在前述的两种产品的生产方法的步骤g和步骤h之间还可以对铜包稀土铝合金排线或扁线进行表面处理，我们可以根据客户对铜包稀土铝合金线的表面进行处理，得到客户要求的表面质量。

综上所述，本发明通过对稀土铝合金的材料的组成进行改进，通过加入的稀土元素，对材料的晶粒进行细化并产生合金化的作用，提高了材料的机械性能和使用性能，消除了材料中的杂质对材料性能的影响，克服了现有的铜包稀土铝镁合金导线的镁元素对导线的机械性能和导电性能的影响，另外铜包稀土铝合金扁线的密度低于纯铜导线，在线径规格与重量相同的条件下，生产同样长度的导线能有效节约铜资源，降低了下游产业产品的成本，具有重大的经济效益。

具体实施方式

实施方式一：

铜包稀土铝合金扁线或排线的生产方法，按照如下步骤进行：

a、所述的质量百分比，按照97.6％的铝，0.2％的混合稀土，0.6％的重稀土和0.5％的轻稀土配制物料，先将97.6％的铝放入冶炼炉中加热至液态，再向冶炼炉中依次加入混合稀土、重稀土和轻稀土，加入完成后进行混合搅拌得到稀土铝合金溶液，此时进行冶炼抽丝，得到稀土铝合金毛坯线；

b、采用拉丝机对稀土铝合金芯线进行拉伸，与此同时对稀土铝合金芯线进行精整处理，得到需要规格的且表面圆整的稀土铝合金芯线；

拉伸加工成为直径为10mm稀土铝合金芯线，对其性能进行测试，具体参数如表1所示。

表1

c、铜带通过多组主动的水平辊轮和多组被动的立式辊轮交替排列的辊压形成管状，并将铝合金稀土芯线包覆在里面，并通过氩弧焊接将铜带缝焊接起来，形成Φ12mm的铜包稀土铝合金母线；

d、检测焊接的质量；

e、将铜包稀土铝合金母线放置在真空退火炉中进行退火，真空退火的温度为300～350℃，退火的时间为2～3小时，在真空炉中退火，防止铜包稀土铝合金表面被氧化，同时对焊缝出的材料进行退火，降低焊接的应力，便于后续的机械加工；

f、对退火后的铜包稀土铝合金母线进行连轧成型加工；采用连轧加工，可以改造稀土铝合金芯线的组织，进一步细化芯线的晶粒，消除微观组织缺陷，使铜包稀土铝合金母线的机械性能进一步提高；

g、对步骤f所得的铜包稀土铝合金母线进行拉伸定型，使其达到各种规格的铜包稀土铝合金扁线或排线；本实施例中拉拔规格为(厚×宽)5mm×50mm的铜包稀土铝合金扁线；

h、对铜包稀土铝合金扁线或排线进行收卷，形成料卷；

对采用上述配比生产的铜包稀土铝合金扁线的性能进行测试，其具体参数如表2所示。

表2

实施方式二：

铜包稀土铝合金扁线或排线的生产方法，按照以下步骤进行：

a、所述的质量百分比，按照97.6％的铝，0.5％的混合稀土，0.5％的重稀土和0.4％的轻稀土配制物料，先将97.6％的铝放入冶炼炉中加热至液态，再向冶炼炉中依次加入混合稀土、重稀土和轻稀土，加入完成后进行混合搅拌得到稀土铝合金溶液，此时进行冶炼抽丝，得到稀土铝合金毛坯线；

b、采用拉丝机对稀土铝合金芯线进行拉伸，与此同时对稀土铝合金芯线进行精整处理，得到需要规格的且表面圆整的稀土铝合金芯线；本实施方式中得到直径为10mm稀土铝合金芯线，对其性能进行测试，所得性能参数如表3所示。

表3

c、铜带通过多组主动的水平辊轮和多组被动的立式辊轮交替排列的辊压形成管状，并将铝合金稀土芯线包覆在里面，并通过氩弧焊接将铜带缝焊接起来，形成Φ12mm的铜包稀土铝合金母线；

d、检测焊接的质量；

e、将铜包稀土铝合金母线放置在真空退火炉中进行退火，真空退火的温度为300～350℃，退火的时间为2～3小时，在真空炉中退火，防止铜包稀土铝合金表面被氧化，同时对焊缝出的材料进行退火，降低焊接的应力，便于后续的机械加工；

f、对退火后的铜包稀土铝合金母线进行连轧成型加工；采用连轧加工，可以改造稀土铝合金芯线的组织，进一步细化芯线的晶粒，消除微观组织缺陷，使铜包稀土铝合金母线的机械性能进一步提高。

g、对步骤f所得的铜包稀土铝合金母线进行拉伸定型，使其达到各种规格线径的铜包稀土铝合金扁线或排线；本实施例中拉拔成规格为(厚×宽)5mm×50mm的铜包稀土铝合金扁线；

h、对铜包稀土铝合金扁线或排线进行收卷，形成料卷。

采用实施方式2生产出来的铜包铝扁线的性能参数如表4所示。

表4

通过多次实验我们得到了铜包稀土铝合金扁线的性能的范围，现将其与纯铜扁线和铜包铝扁线进行对比如表5所示。

表5

通过对比我们可以发现，铜包稀土铝合金扁线不仅具有良好的导电性，还具有非常好的机械系能，也具有良好的经济效益。

综上所述，本发明通过对稀土铝合金的材料的组成进行改进，通过加入的稀土元素，对材料的晶粒进行细化并产生合金化的作用，提高了材料的机械性能和使用性能，消除了材料中的杂质对材料性能的影响，克服了现有的铜包稀土铝镁合金导线的镁元素对导线的机械性能和导电性能的影响，另外铜包稀土铝合金扁线的密度低于纯铜导线，在线径规格与重量相同的条件下，生产同样长度的导线能有效节约铜资源，降低了下游产业产品的成本，具有重大的经济效益。

Claims (5)

1.铜包稀土铝合金扁线，其由稀土铝合金芯线以及包覆在稀土铝合金芯线上的铜层组成，其特征在于：所述的稀土铝合金芯线中的铝的含量是97.6％，混合稀土的含量是0.2％～0.8％，重稀土的含量是0.5％～1.2％，轻稀土的含量是0.4％～1％，余量为杂质。

2.铜包稀土铝合金排线，其由稀土铝合金芯线以及包覆在稀土铝合金芯线上的铜层组成，其特征在于：所述的稀土铝合金芯线中的铝的含量是97.6％，混合稀土的含量是0.2％～0.8％，重稀土的含量是0.5％～1.2％，轻稀土的含量是0.4％～1％，余量为杂质。

3.铜包稀土铝合金扁线的生产方法，其特征在于：所述的生产方法包括以下步骤：

a、按照权利要求1所述的质量百分比，按照97.6％的铝，0.2％～0.8％的混合稀土，0.5％～1.2％的重稀土和0.4％～1.0％的轻稀土配制物料，先将97.6％的铝放入冶炼炉中加热至液态，再向冶炼炉中依次加入混合稀土、重稀土和轻稀土，加入完成后进行混合搅拌得到稀土铝合金溶液，此时进行冶炼抽丝，得到稀土铝合金毛坯线；

b、采用拉丝机对稀土铝合金芯线进行拉伸，与此同时对稀土铝合金芯线进行精整处理，得到需要规格的且表面圆整的稀土铝合金芯线；

c、铜带通过多组主动的水平辊轮和多组被动的立式辊轮交替排列的辊压形成管状，并将铝合金稀土芯线包覆在里面，并通过氩弧焊接将铜带缝焊接起来，形成铜包稀土铝合金母线；

d、检测焊接的质量；

e、将铜包稀土铝合金母线放置在真空退火炉中进行退火，真空退火的温度为300～350℃，退火的时间为2～3小时；

f、对退火后的铜包稀土铝合金母线进行连轧成型加工；

g、对步骤f所得的铜包稀土铝合金母线进行拉伸定型，使其达到各种规格的铜包稀土铝合金扁线；

h、对铜包稀土铝合金扁线进行收卷，形成料卷。

4.铜包稀土铝合金排线的生产方法，其特征在于：所述的生产方法包括以下步骤：

a、按照权利要求1所述的质量百分比，按照97.6％的铝，0.2％～0.8％的混合稀土，0.5％～1.2％的重稀土和0.4％～1.0％的轻稀土配制物料，先将97.6％的铝放入冶炼炉中加热至液态，再向冶炼炉中依次加入混合稀土、重稀土和轻稀土，加入完成后进行混合搅拌得到稀土铝合金溶液，此时进行冶炼抽丝，得到稀土铝合金毛坯线；

b、采用拉丝机对稀土铝合金芯线进行拉伸，与此同时对稀土铝合金芯线进行精整处理，得到需要规格的且表面圆整的稀土铝合金芯线；

c、铜带通过多组主动的水平辊轮和多组被动的立式辊轮交替排列的辊压形成管状，并将稀土铝合金芯线包覆在里面，并通过氩弧焊接将铜带缝焊接起来，形成铜包稀土铝合金母线；

d、检测焊接的质量；

e、将铜包稀土铝合金母线放置在真空退火炉中进行退火，真空退火的温度为300～350℃，退火的时间为2～3小时；

f、对退火后的铜包稀土铝合金母线进行连轧成型加工；

g、对步骤f所得的铜包稀土铝合金母线进行拉伸定型，使其达到各种规格的铜包稀土铝合金排线；

h、对铜包稀土铝合金排线进行收卷，形成料卷。

5.根据权利要求3或4任意一项所述的生产方法，其特征在于：在步骤g和步骤h之间还可以对产品进行表面处理。