CN104409136B - 一种复合导电排的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合导电排的制备方法，其特征在于，所述复合导电排包括的各组分及其质量百分比：铜铌稀土40%，铝余量；其中，铜铌稀土成分分别为，铜Cu 99.80%—99.94%；铌Nb 0.0011%—0.0019%；稀土RE0.00030%—0.00079%；所述铝的合金牌号为1070纯铝；所述的制备方法，包括：步骤1：采用充芯连铸工艺制备铜铌稀土铝复合锭。在实施步骤1时，上方设置铝加热炉，下方设置铜加热炉，使芯部金属铝与外层金属铜铌稀土合金分别在铝加热炉和铜加热炉中熔化。
Description
技术领域
本发明为一种复合导电排，涉及该复合导电排组分构成和制备方法。
背景技术
铜铝复合排以铝为基体，外层包覆铜。其制造方法可分为：包覆焊接法，静液挤压法等，它将铜的高质量稳定导电性能与铝这一低成本能源，以较低的接触电阻结合为一体的新型导体材料，可替代纯铜排。铜铝复合排具有良好的导电性，重量轻，良好的力学性能，牢固的铜铝间结合，不存在物理缺陷这些优点，并且具有良好的延展性和可靠性，经过特殊的热处理工艺，具有一定的可塑性，有利于冲孔、剪切、弯曲加工产品不开裂、不分离。可以起到节省铜材，极大降低生产配套成本，绿色环保，无任何污染的效果。铜铝复合导电排，可专门用于替代铜排，铝排，广泛应用于自动化，冶金，高低压电器，建筑行业及冶金行业，是一种高科技的节能型产品。
发明内容
本发明通过控制复合导电排各组分质量配比，使其具有比一般的普通铜包铝的寿命更长久，在产品后续使用中更有利于生产过程制造；具有更加良好的导电率、抗拉强度、延伸率、硬度、屈服强度等特性。
本发明涉及的复合导电排为超导型铜铌稀土铝复合导电排，其组分及质量百分比如下：1.铜铌稀土40%，其中铜铌稀土成分分别为：铜Cu 99.80%—99.94%；铌Nb 0.0011%—0.0019%；稀土RE0.00030%—0.00079%；2.铝60%，铝的合金牌号为1070纯铝。
本发明还提供了一种上述复合导电排的制备方法。
本发明涉及的复合导电排按如下步骤制备：
1.首先采用充芯连铸工艺制备铜铌稀土铝复合锭，上方设置铝加热炉，下方设置铜加热炉，使芯部金属铝与外层金属铜铌稀土合金分别在铝加热炉和铜加热炉中熔化。
铜加热炉的温度在达到900℃时分别加入稀土；金属铌采用小型加热炉加热到2900℃变成液体时立即加入铜液中进行搅拌，当两个加热器达到合适的温度时，即铝加热炉温度达到668℃～770℃；铜加热炉温度达到1083℃～1250℃，在引锭杆作用下，牵引外层金属铜进入结晶器，外层金属在结晶器中形成空心管坯，同时芯部金属铝液随之充填进管坯中，使芯部金属铝和外层金属铜冶金结合成铜铌稀土铝复合锭。
2.将段切好的铜铌稀土铝复合锭通过自动传输系统进入中频电炉中进行预加热，使铜层与铝层在瞬间加热，两种金属在瞬间进行软化。为铜铝复合锭进入下一个工序提供辅助加热从而提高生产效率，随后进入真空无氧连续加热炉中进行加热，加热到460℃～680℃。通过该加热工序来保证铜铝晶格重组，确保产品质量，热变形的目的是降低材料的变形抗力、提高塑性，有利于后续轧制成形过程的稳定性。
3.在氢氮混合保护气体下，将经过加热好的复合锭利用自动密封输送平台送入具有相对的若干组上下平辊的连续轧机中进行连续温轧制。其轧制温度保持在430℃～630℃之间。轧制设备的速度设定在：80～150米/分。使金属材料得到压缩变形使复合导电排在高度方向上尺寸减小，而宽度和长度方向上尺寸增加，从而得到所需的尺寸和形状。
4.然后将轧制好的复合导电排利用驱动辊道进入冷却水槽进行校平校直。
5.将校平校直好的复合导电排进入冷却床进行定尺锯切。
6.将定尺锯切好的复合导电排利用驱动辊道进入涡流探伤进行无损检测。
7.将检测好的复合导电排利用驱动辊道进行连续在线退火。
8.将退火好的的复合导电排利用驱动辊道进行表面钝化处理。
9．将钝化好的复合导电排利用驱动辊道进入成品包装机上进行包装入库。
经上述配比和制备方式制备的复合导电排相比普通的铜包铝排在性能上有明显优势。
经上述配比和制备方式制备的复合导电排相比普通的铜包铝排， 在铜层占截面面积比为15%时，两者密度相同，20℃时的直流电阻率，普通的铜包铝排为0.02517Ω·㎜2/m，经上述配比和制备方式制备的复合导电排为0.02089Ω·㎜2/m，普通的铜包铝排和经上述配比和制备方式制备的复合导电排相比，两者的导电率分别为67.50%，89.90%，两者的延伸率分别为27%，29%；两者的抗拉强度分别为97MPa，112MPa，两者的界面结合剪切强度分别为34.6MPa，55.6MPa。
经上述配比和制备方式制备的复合导电排相比普通的铜包铝排， 在铜层占截面面积比为20%时，两者密度相同，20℃时直流电阻率普通的铜包铝排为0.02392Ω·㎜2/m，经上述配比和制备方式制备的复合导电排为0.01926Ω·㎜2/m；普通的铜包铝排和经上述配比和制备方式制备的复合导电排相比，两者的导电率分别为66.30%，90.07%，两者的延伸率分别为31%，33%；两者的抗拉强度分别为105MPa，124MPa，两者的界面结合剪切强度分别为55.6MPa，59.8MPa。
根据上述数据可得出结论经上述配比和制备方式制备的复合导电排的各个性能均优于普通的铜包铝排，特别在直流电阻率方面比普通铜包排减少了很多，从而增加导电率。该复合导电排在界面结合力上，结合强度更好。其抗腐蚀性，硬度方面得到了加强。上述复合导电排在耐高温，耐寒方面得到充足的体现，远比普通的铜包铝排强。
本发明涉及的复合导电排具有以下优点及突出性效果：1，良好的导电性：本发明所述的复合导电排载流量是纯铜排的90.7%，即截面积增加10%左右可完全达到与纯铜相同载流量，其电性能满足要求。 2，重量轻：本发明所述的复合导电排的密度仅为纯铜排的37%-40%，同等重量的长度（体积）是纯铜排的2-2.25倍。在安装使用时可以减小自身重量所引起的弯曲应力，安装方便。
3，良好的力学性能：具有良好的抗拉强度（大于等于110MPa），可弯曲性和延伸率（大于等于30%）。
4，牢固的铜铝间结合：不同金属材料之间在各种环境温度中达到永久性的原子晶间结合，并且铜层分布均匀，不存在任何物理缺陷。
5，良好的延展性和可靠性：经过特殊的热处理工艺，具有一定的可塑性，有利于冲孔、剪切、弯曲加工产品不开裂、不分离。
6，其载流量接近于铜排，弯曲性能比铜排好，其抗拉强度、延伸率、硬度都可满足成套电气设备等产品的要求。使用所述复合导电排替代铜排会大幅度降低成套电气设备等产品的成本，极易推广使用。
附图说明
下面结合说明书附图对本发明作进一步详细说明：
图1是本发明的充芯连铸工艺原理图。
引锭杆1，结晶器2，铝加热炉3，铜加热炉4，铜液注入口5，铝液注入口6，复合坯7，铝液导流管8，电源9，控温系统10。
具体实施方式
实施例1 本实施例提供一种所述复合导电排制备步骤：
1）采用充芯连铸工艺制备铜铌稀土铝复合锭，上方设置铝加热炉3，下方设置铜加热炉4，使芯部金属铝与外层金属铜铌稀土合金分别在铝加热炉3和铜加热炉4中熔化；
2）铜加热炉4的温度达到900℃时分别加入稀土RE；金属铌采用小型加热炉加热到2900℃变成液体时立即加入铜液中进行搅拌，最终铝加热炉3温度达到668℃～770℃；铜加热炉4温度达到1083℃～1250℃，在引锭杆1作用下，牵引外层金属铜进入结晶器2，外层金属在结晶器2中形成空心管坯，同时芯部金属铝液随之充填进管坯中，使芯部金属铝和外层金属铜冶金结合成铜铌稀土铝复合锭；
3）将段切好的铜铌稀土铝复合锭通过自动传输系统进入中频电炉中进行预加热，使铜层与铝层在瞬间加热，两种金属在瞬间进行软化；随后进入真空无氧连续加热炉中进行加热，加热到460℃～ 680℃；
4）在氢氮混合保护气体下，将经过加热好的复合锭利用自动密封输送平台送入具有相对的若干组上下平辊的连续轧机中进行连续温轧制，其轧制温度保持在430℃～ 630℃之间；轧制设备的速度设定在80-150米/分；
5）然后将轧制好的复合导电排利用驱动辊道进入冷却水槽进行校平校直；
6）将校平校直好的复合导电排进入冷却床进行定尺锯切；
7）将定尺锯切好的复合导电排利用驱动辊道进入涡流探伤进行无损检测；
8）将检测好的复合导电排利用驱动辊道进行连续在线退火；
9）将退火好的的复合导电排利用驱动辊道进行表面钝化处理；
10）将钝化好的复合导电排利用驱动辊道进入成品包装机上进行包装入库。
实施例2：本实施例的复合导电排，其包括的各组分及其质量百分比为：铜铌稀土40%，其中铜铌稀土成分分别为，铜Cu 99.82%；铌Nb 0.0012%；稀土RE0.00060%；2.铝60%。铝的合金牌号为1070纯铝。
经检测，上述复合导电排20℃时直流电阻率为0.01988Ω·㎜2/m，载流量是纯铜排的90.1%，密度为纯铜排的37.5%，同等重量的长度（体积）是纯铜排的2.23倍，抗拉强度112MPa，界面结合剪切强度55.9MPa，延伸率30%。
实施例3：本实施例的复合导电排，其包括的各组分及其质量百分比为：铜铌稀土40%，其中铜铌稀土成分分别为，铜Cu 99.93%；铌Nb 0.0018%；稀土RE0.00075%；2.铝60%。铝的合金牌号为1070纯铝。
经检测，上述复合导电排20℃时直流电阻率为0.02008Ω·㎜2/m。载流量是纯铜排的90.8%，密度为纯铜排的39%，同等重量的长度（体积）是纯铜排的2.21倍，抗拉强度118MPa，界面结合剪切强度56.2MPa，延伸率32%。
实施例4：本实施例的复合导电排，其包括的各组分及其质量百分比为：铜铌稀土40%，其中铜铌稀土成分分别为，铜Cu 99.88%；铌Nb 0.0015%；稀土RE0.00060%；2.铝60%。铝的合金牌号为1070纯铝。
经检测，上述复合导电排20℃时直流电阻率为0.02100Ω·㎜2/m，载流量是纯铜排的90.6%，密度为纯铜排的39%，同等重量的长度（体积）是纯铜排的2.22倍，抗拉强度123MPa，界面结合剪切强度58.6MPa，延伸率35%。
实施例5：本实施例的复合导电排，其包括的各组分及其质量百分比为：铜铌稀土40%，其中铜铌稀土成分分别为，铜Cu 99.84%；铌Nb 0.0017%；稀土RE0.00069%；2.铝60%。铝的合金牌号为1070纯铝。
经检测，上述复合导电排20℃时直流电阻率为0.02036Ω·㎜2/m，载流量是纯铜排的90.7%，密度为纯铜排的37%，同等重量的长度（体积）是纯铜排的2.25倍，抗拉强度120MPa，界面结合剪切强度57.2MPa，延伸率33%。
Claims (4)
1.一种复合导电排的制备方法，其特征在于，所述复合导电排包括的各组分及其质量百分比：铜铌稀土40%，铝余量；
其中，铜铌稀土成分分别为，铜Cu 99.80%—99.94%；铌Nb 0.0011%—0.0019%；稀土RE0.00030%—0.00079%；所述铝的合金牌号为1070纯铝；
所述的复合导电排的制备方法，包括：
步骤1：采用充芯连铸工艺制备铜铌稀土铝复合锭；
在实施步骤1时，上方设置铝加热炉，下方设置铜加热炉，使芯部金属铝与外层金属铜铌稀土合金分别在铝加热炉和铜加热炉中熔化；
其中，铜加热炉的温度在达到900℃时加入稀土RE；金属铌采用小型加热炉加热到2900℃变成液体时立即加入铜液中进行搅拌，同时，最终使铝加热炉温度达到668℃～770℃，铜加热炉温度达到1083℃～1250℃；在引锭杆作用下，牵引外层金属铜进入结晶器，外层金属在结晶器中形成空心管坯，同时芯部金属铝液随之充填进管坯中，使芯部金属铝和外层金属铜冶金结合成铜铌稀土铝复合锭。
2.根据权利要求1所述的复合导电排的制备方法，其特征在于还包括步骤2：
将段切好的铜铌稀土铝复合锭通过自动传输系统进入中频电炉中进行预加热，使铜层与铝层在瞬间加热，两种金属在瞬间进行软化；随后进入真空无氧连续加热炉中进行加热，加热到460℃～680℃。
3.根据权利要求2所述的复合导电排的制备方法，其特征在于还包括步骤3：
在氢氮混合保护气体下，将经过加热好的复合锭利用自动密封输送平台送入连续轧机中进行连续温轧制，其轧制温度保持在430℃～630℃之间；轧制设备的速度设定在80～150米/分。
4.根据权利要求3所述的复合导电排的制备方法，其特征在于，在实施步骤3后，还实施的步骤依次包括：
将轧制好的复合导电排利用驱动辊道进入冷却水槽进行校平校直；
将校平校直好的复合导电排进入冷却床进行定尺锯切；
将定尺锯切好的复合导电排利用驱动辊道进入涡流探伤进行无损检测；
将检测好的复合导电排利用驱动辊道进行连续在线退火；
将退火好的的复合导电排利用驱动辊道进行表面钝化处理；
将钝化好的复合导电排利用驱动辊道进入成品包装机上进行包装入库。
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