CN102855956B - 铜包铝合金复合导线及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铜包铝合金复合导线及其生产工艺。本发明提供的铜包铝合金复合导线的铜与铝合金的重量比为8%～12%，其中铝合金由Al、Mg、Si、Cu、Mn、Cr、Ti、Fe以及Zn等组成；其生产工艺采用包覆焊接法在经水平连铸、预拉伸变形和人工时效处理后的铝合金线杆外包覆铜层，再进行多道次拉伸和退火处理。本发明的铜包铝合金复合导线的力学性能和导电性能优于现有产品。本发明的生产工艺简单，且降低了电缆生产成本。
Description
技术领域
本发明属于层状金属材料塑性加工技术领域，具体涉及一种铜包铝合金复合导线及其生产工艺。
背景技术
双金属铜包铝线是在铝芯线外表面同心的包覆铜层，使两种金属在界面形成原子间的冶金结合而形成一个整体金属线材，铜包铝线常用的生产工艺为：铝镁合金经熔炼、连铸杆、拉圆、清洗、包覆铜层，然后经过粗拉、大拉、中间退火、中拉、中间退火、细拉、退火,得成品。铜包铝线在保证信号传输质量的前提下，同时兼备铜和铝两种金属的优点，且降低了电缆生产成本。铜包铝镁合金线是在铜包铝线的基础上推出的新一代高强度产品，是以铝镁合金作为芯线、外表同心包覆铜层；铜包铝镁合金线的电气、机械特性介于铜线与铝镁合金线之间，综合了铜优良导电性和铝镁合金线重量轻、屏蔽性能好的优点。与铜线相比：铜包铝镁合金线与纯铜线的比重比为1：2.5，因此具有重量轻，节省成本的巨大优势；与铝镁合金线相比，铜包铝镁合金线由于其芯线表面同心的包覆了一层纯铜，因此具有跟纯铜线一样的可焊性，而不必像铝镁合金线那样做特殊处理。与铜包铝线相比，更具有比重轻、阻尼性好、导热性好、电磁屏蔽能力强以及减振性好等一系列优点，尤其增强了抗拉强度及延伸率，使该产品的机械性及适用性得到大幅提升。然而，无论是铜包铝导线、铜包铝镁合金导线还是铜包稀土铝镁合金导线，其强度的提高是通过提高芯材铝合金中镁含量和增加冷拉变形量来实现的，因此在强度提高的同时必然会引起导电率的下降。
发明内容
本发明针对上述不足，提供一种高强度高电导率的铜包铝合金复合导线及其生产工艺。
本发明提供的铜包铝合金复合导线，导线横截面的铜与铝合金的面积百分比为8%～12%，其中铝合金化学成份的重量百分比组成为：0.2%≤镁≤0.6%,0.1%≤硅≤0.5%，0.08%≤铁≤0.25%，0＜Zn≤0.1%， 0＜铜＜0.05%， 0＜锰＜0.005%， 0＜钛＜0.005%，0＜铬＜0.005%，余量为铝及少量杂质。
本发明提供的铜包铝合金复合导线的生产工艺，步骤如下：
a. 铝合金线杆的配料；
b. 熔化、电磁精炼；
c. 水平连铸；
d. 预拉伸变形，控制预拉伸变形断面收缩率为10～30%,得预拉伸变形铝合金线杆坯；
e.人工时效处理，对步骤d得到的预拉伸变形铝合金线杆坯进行人工时效处理，温度140～200℃保温0.5～4小时，得铝合金线杆；
f. 包覆铜层：采用包覆焊接法，用铜带在步骤e得到的铝合金线杆外面包覆焊接, 使复合导线杆坯横截面的铜与铝合金的面积百分比为8%～12%，得铜包铝合金复合导线杆坯；
g. 多道次拉伸；
h. 退火处理，得成品。
本发明提供的铜包铝合金复合导线，用由少量Mg、Si合金元素组成的铝合金，采用水平连铸工艺，细化晶粒和提高合金元素的固溶度，确保Mg、Si合金元素的完全固溶，采用预拉伸变形和人工时效处理的低温形变热处理工艺，有效控制合金强化相的形态结构和基体亚晶粒形貌，提高复合导线的拉伸性能、力学性能和导电性能，并实行性能的调控。本发明的铜包铝合金复合导线的力学性能和导电性能明显优于铜包铝和铜包铝镁合金线，生产过程中通过预拉伸变形与时效处理对其拉伸性能、力学性能以及导电性能进行有效调控,得到高强度高电导率的铜包铝合金复合导线。本发明的生产工艺简单、节约了铜资源，降低了电缆成本。
具体实施方式
根据本发明的铝合金化学成份范围，采用铝锭、电解铜锭和镁锭以及硅、铁溶剂，按产品中各组分组成计算加料，在熔炼炉内熔化，再进行电磁精炼：经熔化得到的铝合金液流经一个向上倾斜的具有电磁场的流槽，铝合金液在电磁力作用下沿流槽向上流，铝合金液中的杂质受到合金液反向挤压力及重力作用向下流，使铝合金液与杂质分离，除去杂质，同时铝合金液在电磁场的搅拌作用下与流槽内壁的除氧剂接触，铝合金液中氧被去除一部分。采用光谱直读方法对经电磁精炼的铝合金液取样进行化学成分分析，其实测成分见表1。经电磁精炼的铝合金液经保温过滤后采用带结晶器的水平连铸设备铸造成圆线杆坯，再将该圆线杆拉伸成一定直径的圆线杆，其预拉伸变形断面收缩率见表2。然后将该圆线杆在90KW箱式电阻炉内进行人工时效处理，人工时效处理的温度和时间见表2。将经人工时效处理的圆线杆的表面清洗、干燥后，采用厚度为0.36mm的铜带包覆焊接，各实施例的复合导线杆坯横截面的铜与铝合金的面积百分比见表2，然后经过粗拉、中拉、细拉和退火成一定规格（0.12或0.1mm）的铜包铝合金复合线材。各实施例产品性能数据与相同规格的铜包铝线和铜包铝镁线的性能数据见表3。
| 合金 | Fe | Si | Cu | Mg | Mn | Cr | Zn | Ti |
| 纯铝 | 0.112 | 0.086 | 0.005 | 0.003 | 0.004 | 0.003 | 0.068 | 0.002 |
| Al-Mg合金 | 0.132 | 0.098 | 0.162 | 0.964 | 0.005 | 0.002 | 0.059 | 0.003 |
| 本发明合金1 | 0.116 | 0.11 | 0.003 | 0.2 | 0.004 | 0.002 | 0.072 | 0.003 |
| 本发明合金2 | 0.2 | 0.21 | 0.02 | 0.30 | 0.021 | 0.022 | 0.099 | 0.022 |
| 本发明合金3 | 0.21 | 0.36 | 0.035 | 0.45 | 0.031 | 0.030 | 0.031 | 0.030 |
| 本发明合金4 | 0.23 | 0.42 | 0.050 | 0. 50 | 0.049 | 0.048 | 0.001 | 0.048 |
表1本发明铝合金与对比铝合金的实测化学成份（重量百分比，%）
| 实施例 | 铝合金成分 | 预拉伸变形断面收缩率 | 人工时效处理温度、时间 | 横截面的铜与铝合金的面积百分比 |
| 1 | 见本发明合金1 | 10% | 140℃，4小时 | 8% |
| 2 | 见本发明合金2 | 16% | 160℃，3小时 | 10% |
| 3 | 见本发明合金3 | 22% | 180℃，2小时 | 11% |
| 4 | 见本发明合金4 | 30% | 200℃，0.5小时 | 12% |
表2 各实施例工艺参数
| 产品 | 抗拉强度/MPa | 伸长率/% | 20℃电 阻 率/μΩ·m |
| 铜包铝线 | 120 | 8.3 | 27.50 |
| 铜包铝镁线 | 180 | 10.1 | 31.80 |
| 实施例1产品 | 215 | 13 | 28.33 |
| 实施例2产品 | 218 | 12．2 | 28.16 |
| 实施例3产品 | 221 | 12．1 | 28.02 |
| 实施例4产品 | 223 | 12 | 27.86 |
表3 本发明铜包铝合金线与对比产品性能检验结果。
由表3可以看出，本发明的铜包铝合金复合导线，其力学性能和导电性能明显优于现有的铜包铝和铜包铝镁合金线。
Claims (2)
1.一种铜包铝合金复合导线，导线横截面的铜与铝合金的面积百分比为8%～12%，其中铝合金化学成份的重量百分比组成为： 0.2%≤镁≤0.6%，0.1%≤硅≤0.5%，0.08%≤铁≤0.25%，0＜Zn≤0.1%， 0＜铜＜0.05%， 0＜锰＜0.005%， 0＜钛＜0.005%，0＜铬＜0.005%，其余为铝及少量杂质；
该铜包铝合金复合导线采用如下生产工艺：
a. 铝合金线杆的配料；
b. 熔化、电磁精炼；
c. 水平连铸；
d. 预拉伸变形，控制预拉伸变形断面收缩率为10%～30%，得预拉伸变形铝合金线杆坯；
e.人工时效处理，对步骤d得到的预拉伸变形铝合金线杆坯进行人工时效处理，温度140～200℃保温0.5～4小时，得铝合金线杆；
f. 包覆铜层：采用包覆焊接法，用铜带在步骤e得到的铝合金线杆外面包覆焊接, 使复合导线杆坯横截面的铜与铝合金的面积百分比为8%～12%，得铜包铝合金复合导线杆坯；
g. 多道次拉伸；
h. 退火处理,得成品。
2.一种如权利要求1所述的铜包铝合金复合导线的生产工艺，步骤如下：
a. 铝合金线杆的配料；
b. 熔化、电磁精炼；
c. 水平连铸；
d. 预拉伸变形，控制预拉伸变形断面收缩率为10%～30%，得预拉伸变形铝合金线杆坯；
e.人工时效处理，对步骤d得到的预拉伸变形铝合金线杆坯进行人工时效处理，温度140～200℃保温0.5～4小时，得铝合金线杆；
f. 包覆铜层：采用包覆焊接法，用铜带在步骤e得到的铝合金线杆外面包覆焊接, 使复合导线杆坯横截面的铜与铝合金的面积百分比为8%～12%，得铜包铝合金复合导线杆坯；
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: No.888, Section 2, Tengfei Road, Wangcheng economic and Technological Development Zone, Changsha, Hunan 410000 Patentee after: Jinlong Cable Technology Co.,Ltd. Address before: No. 8, Jinxing East Road, Wangcheng Economic Development Zone, Changsha, Hunan 410219 Patentee before: HUNAN C-KINGDOM CABLE CO.,LTD. |
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Denomination of invention: Copper clad aluminum alloy composite wire and its production process Granted publication date: 20150513 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited Changsha Wangcheng District sub branch Pledgor: Jinlong Cable Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2024980008607 |