CN104361921A - 一种铜合金单芯电缆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种铜合金单芯电缆及其制备方法，所述电缆包括铜合金芯材，所述芯材外为铝合金层，最外层为绝缘层，采用该工艺制备的铜合金单芯电缆能有效地加强了电缆的强度，且耐高温，耐腐蚀，不易被氧化，同时其简单的结构可有效的减轻电缆重量，并降低原料成本及电缆制作成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种铜合金单芯电缆的制备方法，属于电缆材料制造领域。
背景技术
电力输电线路及其他电缆，多架设在空中，这些电缆大部分外层包裹有绝缘皮，一些高架高压输电线也会采用裸线的形式设置。这些电缆用于输送电能或信息，组成电网与信息网系统，目前各种电力电缆多采用纯铜芯材，其价格昂贵，但如果采用铝芯材，因铝芯材的屈服强度较低，蠕变量较大，长期使用后会发生较大蠕变量，从而引起很大安全隐患。
电力电缆，尤其是安装在路桥、涵洞、地下工程及各类建筑物内部的电力电缆，其导线必须具有优良的机械性能，但具有此类特性的合金导线往往导电率偏低，耐高温，耐腐蚀性能较差。
发明内容
本发明提供一种铜合金单芯电缆及其制备方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种铜合金单芯电缆，所述电缆包括铜合金芯材，所述芯材外为铝合金层，最外层为绝缘层，铜合金芯材的各组分质量百分含量为：Al:4-5%、Zn:0.2-0.3%、Cd:0.2-0.3%、W:0.6-0.7%、Ni:1-2%、Fe:0.02-0.04%、Be:0.5-0.7%、Mn:0.05-0.07%、Ca:0.08-0.1%、Mg:0.9-1.1%、Mo:0.04-0.06%、Lr:0.02-0.04%、Co:0.2-0.3% ，余量为铜及不可避免的非金属夹杂。
本发明要解决的另一技术问题是提供一种铜合金单芯电缆及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：包括以下步骤：
（1）预热：将铜合金各组分原料放入熔炼炉，在200-300℃下预热5小时，以除去原料中的水份；
（2）熔化：将熔炼炉预热至300-400℃后，先在熔炼炉中加入铜原料，再将熔炼炉加热至800-820℃，待铜原料完全熔化后再加入铜合金其他各组份原料的易熔金属，后加入铜合金其他各组份原料难容金属，待所有原料完全熔化，机械搅拌10分钟，使铜合金成份均匀，备用；
（3）精炼：加入占铜合金液0.2%的铜合金精炼除渣剂，机械搅拌10-20 min，使其和铜溶液充分接触后，将温度升至800-810℃进行精炼，精炼时间为10-20 min，静置30 min后，溶渣浮至表面进行扒渣，备用；
（4）铸造：采用半连续直接水冷铸造方法进行铸造，将熔融的铜合金溶液用810℃进行铸造，铸造速度为80mm／min，冷却水压0.5ＭＰａ，冷却水流量为3200L／min，制得铜合金坯件；
（5）热处理：将铜合金坯件加热至300℃，保温36小时，再次加热使温度升至600℃，保温20小时，自然冷却，备用；
（6）锻造：将步骤（5）中的铜合金坯件放入加热炉，将加热炉温度升至540℃，保温20℃，锻造温度为600-650℃，自然冷却，备用；
（7）挤压成型：将锻造后的坯料加热至500℃并保温12h后取出，直接放入挤压机内挤压成Φ20mm棒材，挤压速度为6-8m/min；
（8）拉拔减径：a.将铜合金棒材加热至400-500℃保温8小时后，用拉丝机进行拉拔减径，拉拔至直径为10-12mm，拉拔速度为3m/min，减径率为30-40%；加热线坯至400-500℃保温6小时后，进行二次拉拔减径，拉拔速度为8m/min，减径率为8-10％进行拉拔，直至直径为0.3-0.5 mm；
（9）热处理：拉拔后，将铜合金线材进行时效处理，时效温度250-350℃，时效时间36h；得到铜合金芯材；
（10）将铜合金芯材进行铝合金包覆，铝合金的各组分质量百分含量为：Fe：1-2％、Ｗ:8-10％、Pt：0.5-0.7％、Cu：20-30％、Na: 1-2％、Sn:0.5-0.7%，余量为铝；
（11）包覆铝合金后的铜合金芯材在300℃保温42小时；
（12）通过加热挤塑机将绝缘体材料形成熔融态，在成形磨具和挤压压力作用下将绝缘体材料连续挤包在包覆铝合金的铜合金芯材上形成电缆；所述绝缘体材料包括（重量份）：聚氯乙烯：6-8份、聚乙烯：8-10份、乙丙橡胶：4-6份、天然丁苯橡胶：6-8份、氯丁橡胶：5-7份、氯化聚醚：10-12份、聚酰胺：6-8份、浸渍剂：4-6份、防老剂RD：2-4份，抗氧剂：0.1-0.3份，硫代二丙酸双酯：0.5-0.7份，余量为氯醚橡胶。
进一步的，在步骤（1）中，铜合金芯材的各组分质量百分含量为：Al:4%、Zn:0.2%、Cd:0.2%、W:0.6%、Ni:1%、Fe:0.02%、Be:0.5%、Mn:0.05%、Ca:0.08%、Mg:0.9%、Mo:0.04%、Lr:0.02%、Co:0.2% ，余量为铜及不可避免的非金属夹杂。
进一步的，在步骤（10）中，铝合金的各组分质量百分含量为：Fe：1％、Ｗ:8％、Pt：0.5％、Cu：20％、Na: 1％、Sn:0.5%，余量为铝。
进一步的，在步骤（12）中，所述绝缘体材料包括（重量份）：聚氯乙烯：6份、聚乙烯：8份、乙丙橡胶：4份、天然丁苯橡胶：6份、氯丁橡胶：5份、氯化聚醚：10份、聚酰胺：6份、浸渍剂：4份、防老剂RD：2份、抗氧剂：0.1份、硫代二丙酸双酯：0.5份，余量为氯醚橡胶。
根据需要电缆表面增设有屏蔽层和护套层。
本发明的有益效果：采用该制备工艺加上该铜合金成份的合理搭配，有效地加强了电缆的强度，且耐高温，耐腐蚀，不易被氧化，同时其简单的结构可有效的减轻电缆重量，减少物料成本，同时简单的结构，使制作工艺简单化，易于操作，从而使成本在物料、工艺及人力上都得到降低。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的特征、技术手段及所达到的具体目的、功能，下面以具体实施方式对本发明做进一步详细描述。
实施例1
一种铜合金单芯电缆，所述电缆包括铜合金芯材，所述芯材外为铝合金层，最外层为绝缘层，铜合金芯材的各组分质量百分含量为：Al:4%、Zn:0.2%、Cd:0.2%、W:0.6%、Ni:1%、Fe:0.02%、Be:0.5%、Mn:0.05%、Ca:0.08%、Mg:0.9%、Mo:0.04%、Lr:0.02%、Co:0.2% ，余量为铜及不可避免的非金属夹杂。
所述铜合金单芯电缆及其制备方法包括以下步骤：
（1）预热：将铜合金各组分原料放入熔炼炉，在200℃下预热5小时，以除去原料中的水份；
（2）熔化：将熔炼炉预热至300℃后，先在熔炼炉中加入铜原料，再将熔炼炉加热至800℃，待铜原料完全熔化后再加入铜合金其他各组份原料的易熔金属，后加入铜合金其他各组份原料难容金属，待所有原料完全熔化，机械搅拌10分钟，使铜合金成份均匀，备用；
（3）精炼：加入占铜合金液0.2%的铜合金精炼除渣剂，机械搅拌10 min，使其和铜溶液充分接触后，将温度升至800℃进行精炼，精炼时间为10 min，静置30 min后，溶渣浮至表面进行扒渣，备用；
（4）铸造：采用半连续直接水冷铸造方法进行铸造，将熔融的铜合金溶液用810℃进行铸造，铸造速度为80mm／min，冷却水压0.5ＭＰａ，冷却水流量为3200L／min，制得铜合金坯件；
（5）热处理：将铜合金坯件加热至300℃，保温36小时，再次加热使温度升至600℃，保温20小时，自然冷却，备用；
（6）锻造：将步骤（5）中的铜合金坯件放入加热炉，将加热炉温度升至540℃，保温20℃，锻造温度为600℃，自然冷却，备用；
（7）挤压成型：将锻造后的坯料加热至500℃并保温12h后取出，直接放入挤压机内挤压成Φ20mm棒材，挤压速度为6m/min；
（8）拉拔减径：a.将铜合金棒材加热至400℃保温8小时后，用拉丝机进行拉拔减径，拉拔至直径为10mm，拉拔速度为3m/min，减径率为30%；加热线坯至400℃保温6小时后，进行二次拉拔减径，拉拔速度为8m/min，减径率为8％进行拉拔，直至直径为0.3 mm；
（9）热处理：拉拔后，将铜合金线材进行时效处理，时效温度250℃，时效时间36h；得到铜合金芯材；
（10）将铜合金芯材进行铝合金包覆，铝合金的各组分质量百分含量为：Fe：1％、Ｗ:8％、Pt：0.5％、Cu：20％、Na: 1％、Sn:0.5%，余量为铝；
（11）包覆铝合金后的铜合金芯材在300℃保温42小时；
（12）通过加热挤塑机将绝缘体材料形成熔融态，在成形磨具和挤压压力作用下将绝缘体材料连续挤包在包覆铝合金的铜合金芯材上形成电缆；所述绝缘体材料包括（重量份）：聚氯乙烯：6份、聚乙烯：8份、乙丙橡胶：4份、天然丁苯橡胶：6份、氯丁橡胶：5份、氯化聚醚：10份、聚酰胺：6份、浸渍剂：4份、防老剂RD：2份，抗氧剂：0.1份，硫代二丙酸双酯：0.5份，余量为氯醚橡胶。
实施例2
一种铜合金单芯电缆，所述电缆包括铜合金芯材，所述芯材外为铝合金层，最外层为绝缘层，铜合金芯材的各组分质量百分含量为：Al:4.5%、Zn:0.25%、Cd:0.25%、W:0.65%、Ni:1.5%、Fe:0.03%、Be:0.6%、Mn:0.06%、Ca:0.09%、Mg:1.0%、Mo:0.05%、Lr:0.03%、Co:0.25% ，余量为铜及不可避免的非金属夹杂。
所述铜合金单芯电缆及其制备方法包括以下步骤：
（1）预热：将铜合金各组分原料放入熔炼炉，在250℃下预热5小时，以除去原料中的水份；
（2）熔化：将熔炼炉预热至350℃后，先在熔炼炉中加入铜原料，再将熔炼炉加热至810℃，待铜原料完全熔化后再加入铜合金其他各组份原料的易熔金属，后加入铜合金其他各组份原料难容金属，待所有原料完全熔化，机械搅拌10分钟，使铜合金成份均匀，备用；
（3）精炼：加入占铜合金液0.2%的铜合金精炼除渣剂，机械搅拌15 min，使其和铜溶液充分接触后，将温度升至805℃进行精炼，精炼时间为15 min，静置30 min后，溶渣浮至表面进行扒渣，备用；
（4）铸造：采用半连续直接水冷铸造方法进行铸造，将熔融的铜合金溶液用810℃进行铸造，铸造速度为80mm／min，冷却水压0.5ＭＰａ，冷却水流量为3200L／min，制得铜合金坯件；
（5）热处理：将铜合金坯件加热至300℃，保温36小时，再次加热使温度升至600℃，保温20小时，自然冷却，备用；
（6）锻造：将步骤（5）中的铜合金坯件放入加热炉，将加热炉温度升至540℃，保温20℃，锻造温度为630℃，自然冷却，备用；
（7）挤压成型：将锻造后的坯料加热至500℃并保温12h后取出，直接放入挤压机内挤压成Φ20mm棒材，挤压速度为7m/min；
（8）拉拔减径：a.将铜合金棒材加热至450℃保温8小时后，用拉丝机进行拉拔减径，拉拔至直径为11mm，拉拔速度为3m/min，减径率为35%；加热线坯至450℃保温6小时后，进行二次拉拔减径，拉拔速度为8m/min，减径率为9％进行拉拔，直至直径为0.4 mm；
（9）热处理：拉拔后，将铜合金线材进行时效处理，时效温度300℃，时效时间36h；得到铜合金芯材；
（10）将铜合金芯材进行铝合金包覆，铝合金的各组分质量百分含量为：Fe：1.5％、Ｗ:9％、Pt：0.6％、Cu：25％、Na: 1.5％、Sn:0.6%，余量为铝；
（11）包覆铝合金后的铜合金芯材在300℃保温42小时；
（12）通过加热挤塑机将绝缘体材料形成熔融态，在成形磨具和挤压压力作用下将绝缘体材料连续挤包在包覆铝合金的铜合金芯材上形成电缆；所述绝缘体材料包括（重量份）：聚氯乙烯：7份、聚乙烯：9份、乙丙橡胶：5份、天然丁苯橡胶：7份、氯丁橡胶：6份、氯化聚醚：11份、聚酰胺：7份、浸渍剂：5份、防老剂RD：3份，抗氧剂：0.2份，硫代二丙酸双酯：0.6份，余量为氯醚橡胶。
实施例3
一种铜合金单芯电缆，所述电缆包括铜合金芯材，所述芯材外为铝合金层，最外层为绝缘层，铜合金芯材的各组分质量百分含量为：Al：5%、Zn：0.3%、Cd：0.3%、W：0.7%、Ni：2%、Fe：0.04%、Be：0.7%、Mn：0.07%、Ca：0.1%、Mg：1.1%、Mo：0.06%、Lr：0.04%、Co：0.3% ，余量为铜及不可避免的非金属夹杂。
所述铜合金单芯电缆及其制备方法包括以下步骤：
（1）预热：将铜合金各组分原料放入熔炼炉，在300℃下预热5小时，以除去原料中的水份；
（2）熔化：将熔炼炉预热至400℃后，先在熔炼炉中加入铜原料，再将熔炼炉加热至820℃，待铜原料完全熔化后再加入铜合金其他各组份原料的易熔金属，后加入铜合金其他各组份原料难容金属，待所有原料完全熔化，机械搅拌10分钟，使铜合金成份均匀，备用；
（3）精炼：加入占铜合金液0.2%的铜合金精炼除渣剂，机械搅拌20 min，使其和铜溶液充分接触后，将温度升至810℃进行精炼，精炼时间为20 min，静置30 min后，溶渣浮至表面进行扒渣，备用；
（4）铸造：采用半连续直接水冷铸造方法进行铸造，将熔融的铜合金溶液用810℃进行铸造，铸造速度为80mm／min，冷却水压0.5ＭＰａ，冷却水流量为3200L／min，制得铜合金坯件；
（5）热处理：将铜合金坯件加热至300℃，保温36小时，再次加热使温度升至600℃，保温20小时，自然冷却，备用；
（6）锻造：将步骤（5）中的铜合金坯件放入加热炉，将加热炉温度升至540℃，保温20℃，锻造温度为650℃，自然冷却，备用；
（7）挤压成型：将锻造后的坯料加热至500℃并保温12h后取出，直接放入挤压机内挤压成Φ20mm棒材，挤压速度为8m/min；
（8）拉拔减径：a.将铜合金棒材加热至500℃保温8小时后，用拉丝机进行拉拔减径，拉拔至直径为12mm，拉拔速度为3m/min，减径率为40%；加热线坯至500℃保温6小时后，进行二次拉拔减径，拉拔速度为8m/min，减径率为10％进行拉拔，直至直径为0.5 mm；
（9）热处理：拉拔后，将铜合金线材进行时效处理，时效温度350℃，时效时间36h；得到铜合金芯材；
（10）将铜合金芯材进行铝合金包覆，铝合金的各组分质量百分含量为：Fe：2％、Ｗ：10％、Pt：0.7％、Cu：30％、Na：2％、Sn：0.7%，余量为铝；
（11）包覆铝合金后的铜合金芯材在300℃保温42小时；
（12）通过加热挤塑机将绝缘体材料形成熔融态，在成形磨具和挤压压力作用下将绝缘体材料连续挤包在包覆铝合金的铜合金芯材上形成电缆；所述绝缘体材料包括（重量份）：聚氯乙烯：8份、聚乙烯：10份、乙丙橡胶：6份、天然丁苯橡胶：8份、氯丁橡胶：7份、氯化聚醚：12份、聚酰胺：8份、浸渍剂：6份、防老剂RD：4份，抗氧剂：0.3份，硫代二丙酸双酯：0.7份，余量为氯醚橡胶。
实施例1-3得到的电缆的性能列于下表
| 实施例 | 抗拉强度 | 屈服强度 | 延伸率 | 导电率 |
| 1 | 18kg/mm2 | 13kg/mm2 | 10％ | 70％IACS |
| 2 | 20kg/mm2 | 17kg/mm2 | 7％ | 72％IACS |
| 3 | 17kg/mm2 | 15kg/mm2 | 9％ | 69％IACS |
以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等
变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。
Claims (5)
1.一种铜合金单芯电缆，所述电缆包括铜合金芯材，所述芯材外为铝合金层，最外层为绝缘层，铜合金芯材的各组分质量百分含量为：Al:4-5%、Zn:0.2-0.3%、Cd:0.2-0.3%、W:0.6-0.7%、Ni:1-2%、Fe:0.02-0.04%、Be:0.5-0.7%、Mn:0.05-0.07%、Ca:0.08-0.1%、Mg:0.9-1.1%、Mo:0.04-0.06%、Lr:0.02-0.04%、Co:0.2-0.3% ，余量为铜及不可避免的非金属夹杂。
2.一种如权利要求1所述的一种铜合金单芯电缆及其制备方法，包括以下步骤：
（1）预热：将铜合金各组分原料放入熔炼炉，在200-300℃下预热5小时，以除去原料中的水份；
（2）熔化：将熔炼炉预热至300-400℃后，先在熔炼炉中加入铜原料，再将熔炼炉加热至800-820℃，待铜原料完全熔化后再加入铜合金其他各组份原料的易熔金属，后加入铜合金其他各组份原料难容金属，待所有原料完全熔化，机械搅拌10 min，使铜合金成份均匀，备用；
（3）精炼：加入占铜合金液0.2%的铜合金精炼除渣剂，机械搅拌10-20 min，使其和铜溶液充分接触后，将温度升至800-810℃进行精炼，精炼时间为10-20 min，静置30 min后，溶渣浮至表面进行扒渣，备用；
（4）铸造：采用半连续直接水冷铸造方法进行铸造，将熔融的铜合金溶液在810℃下进行铸造，铸造速度为80mm／min，冷却水压0.5ＭＰａ，冷却水流量为3200L／min，制得铜合金坯件；
（5）热处理：将铜合金坯件加热至300℃，保温36小时，再次加热使温度升至600℃，保温20小时，自然冷却，备用；
（6）锻造：将步骤（5）中的铜合金坯件放入加热炉，将加热炉温度升至540℃，保温20℃，锻造温度为600-650℃，自然冷却，备用；
（7）挤压成型：将锻造后的坯料加热至500℃并保温12h后取出，直接放入挤压机内挤压成Φ20mm棒材，挤压速度为6-8m/min；
（8）拉拔减径：a.将铜合金棒材加热至400-500℃保温8小时后，用拉丝机进行拉拔减径，拉拔至直径为10-12mm，拉拔速度为3m/min，减径率为30-40%；加热线坯至400-500℃保温6小时后，进行二次拉拔减径，拉拔速度为8m/min，减径率为8-10％进行拉拔，直至直径为0.3-0.5 mm；
（9）热处理：拉拔后，将铜合金线材进行时效处理，时效温度为250-350℃，时效时间为36h；得到铜合金芯材；
（10）将铜合金芯材进行铝合金包覆，铝合金的各组分质量百分含量为：Fe：1-2％、Ｗ:8-10％、Pt：0.5-0.7％、Cu：20-30％、Na: 1-2％、Sn:0.5-0.7%，余量为铝；
（11）包覆铝合金后的铜合金芯材在300℃保温42小时；
（12）通过加热挤塑机将绝缘体材料形成熔融态，在成形磨具和挤压压力作用下将绝缘体材料连续挤包在包覆铝合金的铜合金芯材上形成电缆；所述绝缘体材料包括（重量份）：聚氯乙烯：6-8份、聚乙烯：8-10份、乙丙橡胶：4-6份、天然丁苯橡胶：6-8份、氯丁橡胶：5-7份、氯化聚醚：10-12份、聚酰胺：6-8份、浸渍剂：4-6份、防老剂RD：2-4份，抗氧剂：0.1-0.3份，硫代二丙酸双酯：0.5-0.7份，余量为氯醚橡胶。
3.如权利要求2所述的铜合金单芯电缆的制备方法，在步骤（1）中，铜合金芯材的各组分质量百分含量为：Al:4%、Zn:0.2%、Cd:0.2%、W:0.6%、Ni:1%、Fe:0.02%、Be:0.5%、Mn:0.05%、Ca:0.08%、Mg:0.9%、Mo:0.04%、Lr:0.02%、Co:0.2% ，余量为铜及不可避免的非金属夹杂。
4.如权利要求2所述的铜合金单芯电缆的制备方法，在步骤（10）中，铝合金的各组分质量百分含量为：Fe：1％、Ｗ:8％、Pt：0.5％、Cu：20％、Na: 1％、Sn:0.5%，余量为铝。
5.如权利要求2所述的铜合金单芯电缆的制备方法，在步骤（12）中，所述绝缘体材料包括（重量份）：聚氯乙烯：6份、聚乙烯：8份、乙丙橡胶：4份、天然丁苯橡胶：6份、氯丁橡胶：5份、氯化聚醚：10份、聚酰胺：6份、浸渍剂：4份、防老剂RD：2份、抗氧剂：0.1份、硫代二丙酸双酯：0.5份，余量为氯醚橡胶。
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