CN104498780A - 一种高导电率高强度铜包铝合金、合金导线及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于材料及线缆技术领域，尤其是涉及一种高导电率高强度铜包铝合金，其特征在于按重量百分比计，它包含有以下配比的化学成份：铜为0.50%，镁为0.20%，铁为0.10%,铬为0.05%，银为0.015%，钇为0.06%，钛为0.015%，锌为0.15%，锰为0.15%，铍0.15，铼0.10，余量为铝。本发明还揭示了采用铜包铝合金的导线、采用导线的电缆、导线的制备方法。本发明具有以下主要有益效果：导电率及强度更高、易生产、成本低、生产方法易掌握、合格率高。

Description

一种高导电率高强度铜包铝合金、合金导线及制备方法

技术领域

本发明属于材料及线缆技术领域，尤其是涉及一种高导电率高强度铜包铝合金、使用该铜包铝合金的导线、铜包铝合金导线的制备方法以及使用该铜包铝合金导线的电缆。

背景技术

双金属铜包铝线是在铝心线外表面同心包覆铜层，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，在保证使用性能的前提下，能同时兼备两种金属的优点。国外工业发达国家自六、七十年代已开始广泛使用铜包铝、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，各自都拥有一定特色的专利技术。例如美国科普维公司，拥有自有专利技术叫大规模生产铜包铝线，在1997年以前，中国市场上的铜包铝产品几乎都是该公司生产；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，至今还占领着中国电声行业的市场。

由于铜包铝线在确保信号传输质量的使用情况下，还具有节省稀缺的铜资源，降低电缆生产成本，以获得高附加利润的优点；从而被世界工业发达国家誉为同轴电缆内导体的一次“革命”。我国自七十年代开始研制生产双金属复合线材的设备工艺，中科院沈阳金属研究所、上海电缆研究所、天津电缆厂、北京有色金属研究总院曾分别采用电镀法、套管冷拉、静压挤压法等进行试制，但均未成功或不能形成规模化生产。如较为普遍的试制方法“套管冷拉法”，由于其设备及工艺的局限性，产品的性能质量较差，其性能满足不了使用要求。

直到九十年代末，以“包覆焊接装置”专利技术为代表的工艺方法，才使得双金属复合线材不但有了中国自己的生产特点，而且能够批量生产并将产品投向市场。包覆焊接法铜包铝线通过研发阶段转化为现实生产力并进入规模化生产阶段，成功的实现了“替代铜线”和“替代进口”两项跨越，首先满足了通信电缆内导体领域的使用要求，为促进我国线缆结构调整、促进线缆升级换代作出了巨大贡献，具有很高的科学和实用价值，行业称之为：“新材料、新工艺”领域中的高科技材料，成为纯铜导体的“更新换代”产品。

因此，包覆焊接法铜包铝线产品得到信息产业部线缆协会和国家广电总局有线电视专业委员会的重视和认可，并分别召开了多次全国性行业会议进行推广。而与该生产方法相类似的生产工艺在德国已经成熟应用于铜包钢生产，我国自1999年以来已经成熟的应用于双金属铜包铝、铜包钢、铜包铝镁合金等的生产中。

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，以铝镁合金作为芯线、外表同心地包覆铜层；其电气、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质量轻、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，在线径、质量相等的情况下，其长度是纯铜线的2.5倍，因此具有质量轻，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。目前，铜包铝镁合金线可广泛应用于有线电视同轴电缆、大容量通讯网络信号电缆、控制信号电缆、屏蔽线等方面。CN200710195684.5发明专利的铜包稀土铝镁合金导线的制备方法简单合理，它的力学或机械性能、使用性能、高频信号传输线性能和经济性能均优于纯铜导线；同时，该发明的铜包稀土铝镁合金导线的所有性能，例如电学或导电性能、力学或机械性能、使用性能、高频信号传输线性能和经济性能大大优于铜包铝镁合金导线。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，在强度提高的同时必将会带来导电率的下降。此外，对于铜包铝导线和铜包铝镁合金导线来说，由于芯材是纯铝或低镁的铝镁合金，因此，在高拉伸率的情况下，由于其与表层铜材强度差较大，以至于在拉伸到一定规格尺寸后再无法拉成直径为0.08mm以下的微细线。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是揭示一种高导电率高强度铜包铝合金，进一步地揭示使用该铜包铝合金的导线、铜包铝合金导线的制备方法以及使用该铜包铝合金导线的电缆；它们是采用以下技术方案来实现的。

   一种高导电率高强度铜包铝合金，其特征在于按重量百分比计，它包含有以下配比的化学成份：铜为0.50%～0.80%，镁为0.20%～0.30%，铁为0.10%～0.15%,铬为0.05%～0. 10%，银为0.015%～0.025%，钇为0.06%～0.20%，钛为0.015%～0.03%，锌为0.15%～0.25%，锰为0.15%～0.20%，铍0.15~0. 20%，铼0.10~0.20%，余量为铝。

一种导线，其特征在于它是由内导体、包覆在内导体外的外导体构成的；内导体是上述所述的高导电率高强度铜包铝合金，外导体是纯铜或者铜的重量百分比含量≥99.95%的铜合金；在任一与内导体的轴线相垂直的平面上：外导体与内导体同圆心、外导体的面积与内导体的面积之比≥2/3；所述导线的直径范围是[0.03mm，1.6mm]，所述导线的抗拉强度≥280Mpa，所述导线的电阻率≤0.0223Ω·m，所述导线的延伸率≥12.0%，所述导线的疲劳弯折次数≥30。

一种制备铜包铝合金导线的方法，其特征在于它包含以下步骤：

制备内部导体的步骤：取铜包铝合金杆进行冷拉伸使其直径为[3.00mm，6.00mm]，然后进行酸洗、碱洗及干燥得到内部导体；所述铜包铝合金杆按重量百分比计，包含有以下配比的化学成份：铜为0.50%～0.80%，镁为0.20%～0.30%，铁为0.10%～0.15%,铬为0.05%～0. 10%，银为0.015%～0.025%，钇为0.06%～0.20%，钛为0.015%～0.03%，锌为0.15%～0.25%，锰为0.15%～0.20%，铍0.15~0. 20%，铼0.10~0.20%，余量为铝；所述酸洗中用到的酸洗液的PH值为5～6；所述碱洗中用到的碱洗液的PH值为8～9；

包覆外部导体的步骤：取纯铜带或者铜的重量百分比含量≥99.95%的铜合金带进行退火处理，再将铜带或者铜的重量百分比含量≥99.95%的铜合金带包覆在内部导体外，采用亚弧包覆焊接机将铜带或者铜的重量百分比含量≥99.95%的铜合金带的搭接处进行焊接，并使铜带或者铜的重量百分比含量≥99.95%的铜合金带的内表面与内部导体外表面的最大距离为0.20mm，焊接完成形成外部导体；所述外部导体与内部导体同圆心、外部导体的面积与内部导体的面积之比≥3/4；

形成铜包铝合金导线半成品的步骤：将外部导体放置在拉丝机上进行多次拉伸及整型，使外部导体直径比所需制备的铜包铝合金导线直径大1%～2%，形成铜包铝合金导线半成品；内部导体成为内导体、外部导体成为外导体；

铜包铝合金导线的步骤：将铜包铝合金导线半成品进行退火处理得到铜包铝合金导线；所述导线在任一与内导体的轴线相垂直的平面上：外导体与内导体同圆心、外导体的面积与内导体的面积之比≥2/3；所述导线的直径范围是[0.03mm，1.6mm]，所述导线的抗拉强度≥280Mpa，所述导线的电阻率≤0.0223Ω·m，所述导线的延伸率≥12.0%，所述导线的疲劳弯折次数≥30。

一种电缆，其特征在于它包含有上述所述的导线，所述导线外包覆有绝缘层；所述绝缘层的材料为聚氯乙烯或低烟无卤聚乙烯或低烟低卤聚乙烯或聚胺酯或尼龙或高密度聚乙烯或中密度聚乙烯或低密度聚乙烯。

   本发明中的铜包铝合金具有强度高、高导电率的有益效果，且易于合成；本发明中的导线具有结构简单、成本低、高导电率、高强度、高延伸率、强抗弯折等性能，可以大规模地替代现有技术中的纯铜线，成本在幅度降低；本发明中的导线制作方法简单、易掌握、合格率高；采用本发明的导线的电缆成本更低、重量更轻。

因此，本发明具有以下主要有益效果：导电率及强度更高、易生产、成本低、生产方法易掌握、合格率高。

附图说明

   图1为本发明中铜包铝合金导线的横截面结构示意图。

具体实施方式

实施实例1

   一种高导电率高强度铜包铝合金，其特征在于按重量百分比计，它包含有以下配比的化学成份：铜为0.50%，镁为0.20%，铁为0.10%,铬为0.05%，银为0.015%，钇为0.06%，钛为0.015%，锌为0.15%，锰为0.15%，铍0.15，铼0.10，余量为铝。

实施实例2

一种高导电率高强度铜包铝合金，其特征在于按重量百分比计，它包含有以下配比的化学成份：铜为0.80%，镁为0.30%，铁为0.15%,铬为0.10%，银为0.025%，钇为0.20%，钛为0.03%，锌为0.25%，锰为0.20%，铍0. 20%，铼0.20%，余量为铝。

实施实例3

   一种高导电率高强度铜包铝合金，其特征在于按重量百分比计，它包含有以下配比的化学成份：铜为0.60%，镁为0.25%，铁为0.13%,铬为0.08%，银为0.020%，钇为0.10%，钛为0.02%，锌为0.2%，锰为0.18%，铍0.16%，铼0.15%，余量为铝。

实施实例4

   一种高导电率高强度铜包铝合金，其特征在于按重量百分比计，它包含有以下配比的化学成份：铜为0.70%，镁为0.28%，铁为0.12%,铬为0.07%，银为0.018%，钇为0.12%，钛为0.025%，锌为0.18%，锰为0.16%，铍0.19%，铼0.14%，余量为铝。

   经过申请人反复试验，发现下述配方的合金，都能达到申请高导电率、高强度的目的：一种高导电率高强度铜包铝合金，其特征在于按重量百分比计，它包含有以下配比的化学成份：铜为0.50%～0.80%，镁为0.20%～0.30%，铁为0.10%～0.15%,铬为0.05%～0. 10%，银为0.015%～0.025%，钇为0.06%～0.20%，钛为0.015%～0.03%，锌为0.15%～0.25%，锰为0.15%～0.20%，铍0.15~0. 20%，铼0.10~0.20%，余量为铝。

实施实例5

请见图1，一种导线，其特征在于它是由内导体1、包覆在内导体外的外导体2构成的；内导体是上述所述的高导电率高强度铜包铝合金，外导体是纯铜或者铜的重量百分比含量≥99.95%的铜合金；在任一与内导体的轴线相垂直的平面上：外导体与内导体同圆心、外导体的面积与内导体的面积之比≥2/3；所述导线的直径范围是[0.03mm，1.6mm]，所述导线的抗拉强度≥280Mpa，所述导线的电阻率≤0.0223Ω·m，所述导线的延伸率≥12.0%，所述导线的疲劳弯折次数≥30。

进一步地，上述所述的铜包铝合金导线，其特征在于它是通过以下方法步骤制备得到的：

制备内部导体的步骤：取铜包铝合金杆进行冷拉伸使其直径为[3.00mm，6.00mm]，然后进行酸洗、碱洗及干燥得到内部导体；所述铜包铝合金杆按重量百分比计，包含有以下配比的化学成份：铜为0.50%～0.80%，镁为0.20%～0.30%，铁为0.10%～0.15%,铬为0.05%～0. 10%，银为0.015%～0.025%，钇为0.06%～0.20%，钛为0.015%～0.03%，锌为0.15%～0.25%，锰为0.15%～0.20%，铍0.15~0. 20%，铼0.10~0.20%，余量为铝；所述酸洗中用到的酸洗液的PH值为5～6；所述碱洗中用到的碱洗液的PH值为8～9；

包覆外部导体的步骤：取纯铜带或者铜的重量百分比含量≥99.95%的铜合金带进行退火处理，再将铜带或者铜的重量百分比含量≥99.95%的铜合金带包覆在内部导体外，采用亚弧包覆焊接机将铜带或者铜的重量百分比含量≥99.95%的铜合金带的搭接处进行焊接，并使铜带或者铜的重量百分比含量≥99.95%的铜合金带的内表面与内部导体外表面的最大距离为0.20mm，焊接完成形成外部导体；所述外部导体与内部导体同圆心、外部导体的面积与内部导体的面积之比≥3/4；

形成铜包铝合金导线半成品的步骤：将外部导体放置在拉丝机上进行多次拉伸及整型，使外部导体直径比所需制备的铜包铝合金导线直径大1%～2%，形成铜包铝合金导线半成品；内部导体成为内导体、外部导体成为外导体；

铜包铝合金导线的步骤：将铜包铝合金导线半成品进行退火处理得到铜包铝合金导线；所述导线在任一与内导体的轴线相垂直的平面上：外导体与内导体同圆心、外导体的面积与内导体的面积之比≥2/3；所述导线的直径范围是[0.03mm，1.6mm]，所述导线的抗拉强度≥280Mpa，所述导线的电阻率≤0.0223Ω·m，所述导线的延伸率≥12.0%，所述导线的疲劳弯折次数≥30。

申请人将上述导线用于生产线缆，取得了低成本、低重量等有益效果。

一种电缆，其特征在于它包含有上述所述的导线，所述导线外包覆有绝缘层；所述绝缘层的材料为聚氯乙烯或低烟无卤聚乙烯或低烟低卤聚乙烯或聚胺酯或尼龙或高密度聚乙烯或中密度聚乙烯或低密度聚乙烯。

申请人按实施实例1-4的配方及大范围配方的铜包铝合金材料，生产了铜包铝合金导线，每个实施实例及大范围配方的铜包铝合金材料都生产出了[0.03mm，1.6mm]直径的导线，导线直径标称值的规格为0.03mm～1.6mm，每0.01mm为一个间隙单位；外导体的面积与内导体的面积之比做到了≥2/3；取外导体的面积与内导体的面积之比同样是0.68的导线，进行了测试，得到以下对比数据，其中，1#～4#分别为实施实例1-4的配方，5#为大范围配方，6#是现有技术中市场上购得的最好的铝合金导线。

结论：从上表中可以明显看出，本发明的导线具有更高的强度；更低的电阻率即更高的电导率；更高的延伸率；更低的密度，即做更轻；更大的疲劳弯折次数；也即本发明的导线具有更优良的电性能、力学性能。

   本发明中的铜包铝合金具有强度高、高导电率的有益效果，且易于合成；本发明中的导线具有结构简单、成本低、高导电率、高强度、高延伸率、强抗弯折等性能，可以大规模地替代现有技术中的纯铜线，成本在幅度降低；本发明中的导线制作方法简单、易掌握、合格率高；采用本发明的导线的电缆成本更低、重量更轻。

目前,国内所有参照美国ASTM556-1993标准生产的CCA-10、CCA-15铜包铝线由于电阻率高（即导电率低），抗拉强度低，因而不能替代铜导体在载流设备、电器中使用。本发明高导电率、高强度的铜包铝合金线可以和铜导体导电性能等效。在高频产品中使用可以达到等同，在载流产品中可以达到等效。

因此，本发明具有以下主要有益效果：导电率及强度更高、易生产、成本低、生产方法易掌握、合格率高。

本发明不局限于上述最佳实施方式，应当理解，本发明的构思可以按其他种种形式实施运用，它们同样落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种高导电率高强度铜包铝合金，其特征在于按重量百分比计，它包含有以下配比的化学成份：铜为0.50%，镁为0.20%，铁为0.10%,铬为0.05%，银为0.015%，钇为0.06%，钛为0.015%，锌为0.15%，锰为0.15%，铍0.15，铼0.10，余量为铝。

2.一种高导电率高强度铜包铝合金，其特征在于按重量百分比计，它包含有以下配比的化学成份：铜为0.80%，镁为0.30%，铁为0.15%,铬为0.10%，银为0.025%，钇为0.20%，钛为0.03%，锌为0.25%，锰为0.20%，铍0. 20%，铼0.20%，余量为铝。

3.一种高导电率高强度铜包铝合金，其特征在于按重量百分比计，它包含有以下配比的化学成份：铜为0.60%，镁为0.25%，铁为0.13%,铬为0.08%，银为0.020%，钇为0.10%，钛为0.02%，锌为0.2%，锰为0.18%，铍0.16%，铼0.15%，余量为铝。

4.一种高导电率高强度铜包铝合金，其特征在于按重量百分比计，它包含有以下配比的化学成份：铜为0.70%，镁为0.28%，铁为0.12%,铬为0.07%，银为0.018%，钇为0.12%，钛为0.025%，锌为0.18%，锰为0.16%，铍0.19%，铼0.14%，余量为铝。

5.一种高导电率高强度铜包铝合金，其特征在于按重量百分比计，它包含有以下配比的化学成份：铜为0.50%～0.80%，镁为0.20%～0.30%，铁为0.10%～0.15%,铬为0.05%～0. 10%，银为0.015%～0.025%，钇为0.06%～0.20%，钛为0.015%～0.03%，锌为0.15%～0.25%，锰为0.15%～0.20%，铍0.15~0. 20%，铼0.10~0.20%，余量为铝。

6.一种导线，其特征在于它是由内导体、包覆在内导体外的外导体构成的；内导体是权利要求1至权利要求5任意一项所述的一种高导电率高强度铜包铝合金，外导体是纯铜或者铜的重量百分比含量≥99.95%的铜合金；在任一与内导体的轴线相垂直的平面上：外导体与内导体同圆心、外导体的面积与内导体的面积之比≥2/3；所述导线的直径范围是[0.03mm，1.6mm]，所述导线的抗拉强度≥280Mpa，所述导线的电阻率≤0.0223Ω·m，所述导线的延伸率≥12.0%，所述导线的疲劳弯折次数≥30。

7.一种电缆，其特征在于它包含有权利要求6所述的导线，所述导线外包覆有绝缘层；所述绝缘层的材料为聚氯乙烯或低烟无卤聚乙烯或低烟低卤聚乙烯或聚胺酯或尼龙或高密度聚乙烯或中密度聚乙烯或低密度聚乙烯。

8.一种制备铜包铝合金导线的方法，其特征在于它包含以下步骤：

制备内部导体的步骤：取铜包铝合金杆进行冷拉伸使其直径为[3.00mm，6.00mm]，然后进行酸洗、碱洗及干燥得到内部导体；所述铜包铝合金杆按重量百分比计，包含有以下配比的化学成份：铜为0.50%～0.80%，镁为0.20%～0.30%，铁为0.10%～0.15%,铬为0.05%～0. 10%，银为0.015%～0.025%，钇为0.06%～0.20%，钛为0.015%～0.03%，锌为0.15%～0.25%，锰为0.15%～0.20%，铍0.15~0. 20%，铼0.10~0.20%，余量为铝；所述酸洗中用到的酸洗液的PH值为5～6；所述碱洗中用到的碱洗液的PH值为8～9；

包覆外部导体的步骤：取纯铜带或者铜的重量百分比含量≥99.95%的铜合金带进行退火处理，再将铜带或者铜的重量百分比含量≥99.95%的铜合金带包覆在内部导体外，采用亚弧包覆焊接机将铜带或者铜的重量百分比含量≥99.95%的铜合金带的搭接处进行焊接，并使铜带或者铜的重量百分比含量≥99.95%的铜合金带的内表面与内部导体外表面的最大距离为0.20mm，焊接完成形成外部导体；所述外部导体与内部导体同圆心、外部导体的面积与内部导体的面积之比≥3/4；

形成铜包铝合金导线半成品的步骤：将外部导体放置在拉丝机上进行多次拉伸及整型，使外部导体直径比所需制备的铜包铝合金导线直径大1%～2%，形成铜包铝合金导线半成品；内部导体成为内导体、外部导体成为外导体；

铜包铝合金导线的步骤：将铜包铝合金导线半成品进行退火处理得到铜包铝合金导线；所述导线在任一与内导体的轴线相垂直的平面上：外导体与内导体同圆心、外导体的面积与内导体的面积之比≥2/3；所述导线的直径范围是[0.03mm，1.6mm]，所述导线的抗拉强度≥280Mpa，所述导线的电阻率≤0.0223Ω·m，所述导线的延伸率≥12.0%，所述导线的疲劳弯折次数≥30。