CN104733133A - 铜包铝复合母线排制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了铜包铝复合母线排制备工艺，属于金属加工技术领域，解决了现有铜包铝复合母线排制备工艺铜铝结合强度偏低、包覆铜层的均匀性不佳、铜层厚度过厚等问题，本发明的铜包铝复合母线排制备工艺采用连续通过式感应加热炉对铜包铝管坯进行高温感应加热，加热温度为600℃～900℃，加热时间为30s～300s，使铝棒外表面形成半熔态/半固态的铝融膜，铝棒内部和铜管仍保持固态，随后对加热后的铜包铝管坯进行单道次压下率≥40％的热锻压，使铝融膜扩散渗透到铜管中，形成铜铝原子复合层，由此提高铜铝结合强度。

Description

铜包铝复合母线排制备工艺

【技术领域】

本发明涉及铜包铝复合母线排制备工艺，属于金属加工技术领域。

【背景技术】

铜包铝复合母线排是一种新型双金属复合导体，具有导电性能好、密度低及价格便宜等优点，能够替代现有的纯铜导电母线排，可广泛用于建筑配电母线槽、高中频加热设备、各种控制柜和冶金化工领域的大型汇流排等。

现有铜包铝生产方法中，如浇注法、水平连铸法、挤压法、静液挤压法、套管拉拔法、包覆焊接法和轧制压接法，均难以制备断面尺寸较大、包覆铜层厚度薄且均匀以及铜铝结合界面达到完全冶金结合的高性能铜铝复合母线排。

如公开号为“CN101241778A”、名称为“一种高性能铜包铝矩形横断面复合导电母排及其制备工艺”的发明专利中，提出水平连铸方法直接复合成型铜包铝复合坯料，而后进行精拉拔，再轧制的方法制备铜包铝复合排。但是，实际生产中，水平连铸方法制备铜包铝复合排，其成品铜层厚度偏大、并且很难避免铜层厚度均匀性差的缺点。同时，也难以精确控制铜包铝复合排产品界面处金属间化合物的形成。因此，上述限制都将对产品的经济性和优良的使用性能产生不利影响。

又如公开号为“CN102760535A”、名称为“一种铜包铝排的生产方法”的发明专利中提出将铝棒插入铜管后放入真空罐内进行长时间高频加热，以使铝棒完全熔化后实现铜铝之间的结合，再进行轧制的加工方法，其机理实际上与浇注法相同。

又如公开号为“CN102682917A”、名称为“铜包铝排的生产工艺”的发明专利中采用铝管插入铜管后进行拉拔，再通过370～390℃的低温中频加热和378～380℃的保温后进行轧制。公开号为“CN102303216A”、名称为“铜包铝排的生产方法”的发明专利中采用铜带包覆铝排并焊接后进行轧制的方法制备坯料，同时仅采用中频炉对坯料进行低温预热，预热温度为300～600℃。公开号为“CN 102682926A”、名称为“一种瞬间永久结合法铜包铝排生产工艺”的发明专利中采用中频范围为480～500Hz的感应炉加热，加热温度小于500℃。

以上给出的现有铜包铝复合母线排生产技术中，铜、铝界面之间的冶金结合性能多不太理想，还存在铜铝结合强度偏低、包覆铜层的均匀性不佳、铜层厚度过厚等问题，导致铜包铝复合母线排产品的机械性能和经济性不能满足实际需求。如何解决这些问题，是铜包铝复合母线排获得广泛应用的重大难点。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题就是提供一种铜包铝复合母线排制备工艺，提高铜铝结合强度和铜层厚度均匀性。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

铜包铝复合母线排制备工艺，包括如下步骤：

1)分别对铜管内、外壁和铝棒外表面进行清洗、清刷处理；

2)采用自动套管设备将铝棒套入相应规格的铜管内形成铜包铝管坯，再对铜管进行在线制头并对铜包铝管坯进行小变形量拉拔，制备外层铜管与内部铝芯棒紧密贴合的铜包铝管坯；

3)采用连续通过式感应加热炉对铜包铝管坯进行高温感应加热，加热温度为600℃～900℃，加热时间为30s～300s，使铝棒外表面形成半熔态/半固态的铝融膜，铝棒内部和铜管仍保持固态；

4)对加热后的铜包铝管坯进行单道次压下率≥40％的热锻压，使铝融膜扩散渗透到铜管中，形成铜铝原子复合层；

5)对热锻压后的铜包铝管坯进行保温处理，随后进行单道次压下率≥40％的轧制；

6)对轧制后的铜包铝管坯进行保温处理，随后再进行多道次连续轧制，单道次轧制压下率为10％～50％，总轧制压下率为50％～80％；

7)对轧制完成的铜包铝管坯进行表面处理，获得成品。

其中，所述步骤3)中，铜包铝管坯的加热温度为660℃～900℃。

其中，所述铝融膜的厚度为20μm～30μm。

其中，所述步骤4)中，在铜包铝管坯热锻压前进行温度为300℃～650℃的保温处理。

其中，所述步骤5)中的轧制为平轧、立轧串联轧制。

其中，所述步骤6)中的轧制为平轧、立轧串联轧制。

其中，所述步骤4)中铜包铝管坯热锻压的压下率为40％～60％。

其中，所述步骤5)中铜包铝管坯轧制的压下率为40％～60％。

本发明的优势在于：

本发明的制备工艺中，铜包铝管坯先进行小变形量拉拔，再进行感应加热，可以提高感应加热实现铜铝间冶金结合的效果；

本发明的制备工艺中，对铜包铝管坯进行短时间的高温感应加热，仅仅快速熔化铝棒外表面，形成半熔态/半固态的铝融膜，铝棒内部和铜管仍保持固态，如此，能有效控制铜铝界面处金属间化合物的产生，尽可能减少影响产品性能的脆性相数量；

本发明的制备工艺中，通过铜包铝管坯进行单道次压下率≥40％的热锻压，可使铝融膜扩散渗透到铜管中，形成铜铝原子复合层，可以降低后续加工对轧机设备的性能要求，提高了生产大规格铜包铝复合母线排的生产能力；另外，在铜包铝管坯热锻压前进行温度为300℃～650℃的保温处理，可使铜包铝管坯均热并促进铜铝原子扩散，而后进行的热锻压可以得到高强度的铜铝原子复合层；

本发明的制备工艺中，通过多次次压下率≥40％的平轧、立轧串联轧制，进一步强化了铜铝原子复合层的强度；

总之，采用本发明的制备工艺制成的铜包铝复合母线排界面结合强度高、铜层厚度均匀性好，质量稳定，成品率高；且具有很高的生产自动化程度和生产效率。

本发明的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式中详细的揭露。

【具体实施方式】

下面结合本发明具体实施例对本发明的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明优选实施例的铜包铝复合母线排制备工艺，包括如下步骤：

1)分别对铜管内、外壁和铝棒外表面进行清洗、清刷处理，通常是采用清刷机和清洗设备，分别对铜管内、外壁进行超声清洗和铝棒外表面进行清刷处理，去除其表面的油污、脏物及氧化层等。

2)采用自动套管设备将铝棒套入相应规格的铜管内形成铜包铝管坯，再对铜管进行在线制头并对铜包铝管坯进行小变形量拉拔，具体而言：是在铜包铝管坯较粗的端部轧制成细端部，该细端部能够穿过拉拔机上的拉拔模具，并由拉拔夹具夹持牵引，使得铜包铝管通过拉拔模具进行拉拔，形成合适的外形尺寸，由此，制备外层铜管与内部铝芯棒紧密贴合的铜包铝管坯。

3)采用连续通过式感应加热炉对铜包铝管坯进行高温感应加热，加热温度为600℃～900℃，加热时间为30s～300s，实际加工中，通常的加热温度为660℃～900℃，例如保持在铝熔点温度660℃左右，通过外层铜管与内层铝棒的热传导作用使与铜管内表面接触的铝棒外表熔融，使铝棒外表面形成半熔态/半固态的铝融膜，铝棒内部和铜管仍保持固态，实现铜铝的冶金结合；如此，能有效控制铜铝界面处金属间化合物的产生，尽可能减少影响产品性能的脆性相数量。上述铝融膜的厚度通常为20μm～30μm，例如20μm、22μm、28μm等。此外，相比现有浇注法或完全熔化铝芯的方式，本发明采用短时间高温感应加热，其节能减排效果更为明显。

4)对加热后的铜包铝管坯进行单道次压下率≥40％的热锻压，较佳的：单道次压下率40％～60％，通常压下率为45％以上，如此，可使铝融膜扩散渗透到铜管中，形成铜铝原子复合层，可以降低后续加工对轧机设备的性能要求，提高了生产大规格铜包铝复合母线排的生产能力。

在本发明的其他实施例中，还可以在铜包铝管坯热锻压前进行温度为300℃～650℃的保温处理，可使铜包铝管坯均热并促进铜铝原子扩散；而后进行的热锻压可以得到高强度的铜铝原子复合层。

5)对热锻压后的铜包铝管坯进行保温处理，随后进行单道次压下率≥40％的轧制；实际加工时，保温温度为300℃～650℃，保温时间为0.5h～3h，使铜包铝管坯的均热并进一步促进铜铝间的扩散，随即进行单道次压下率40％～60％的轧制，轧制方式优选采用平轧、立轧串联，如此，能进一步强化了铜铝原子复合层的强度；

6)对轧制后的铜包铝管坯进行保温处理，保温温度为300℃～650℃，保温时间为0.5h～3h，随后再进行多道次连续轧制，单道次轧制压下率为10％～50％，总轧制压下率为50％～80％，例如采用单道次轧制压下率为15％的方式，连续对铜包铝管坯轧制4次，总轧制压下率为60％以上。轧制方式优选采用平轧、立轧串联。

通过多次次压下率≥40％的平轧、立轧串联轧制，使参与扩散的铜铝原子不断增多，从而达到以原子扩散为主的高强度、高韧性的铜铝原子结合的目的，以强化铜铝原子复合层的强度。

7)对轧制完成的铜包铝管坯进行表面处理，实际操作中，需对轧制完成的铜包铝管坯进行精整至成品尺寸，再进行高温退火处理、表面机械亮化处理、表面化学亮化处理、钝化处理，随后对其进行定尺锯切、自动包装、在线称重入库，获得最终成品。

上述制备工艺中，热处理可采用申请人先前申请的直燃式直燃式金属管材光亮热处理炉(ZL200810061558.5)，直燃式金属管材光亮热处理方法(ZL200810061559.X)的原理，并在此基础上，通过电加热与燃气加热组合，形成燃气加热后循环回收的一氧化碳还原性气体保护气的步进炉进行热处理，如此，不仅保证了热处理温度的均匀性，保证了铜铝复合面强度、减低了工件表面氧化和铜无形损耗，同时节约了能耗，节省了单独引入保护性气体的成本。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (8)

1.铜包铝复合母线排制备工艺，其特征在于包括如下步骤：

1)分别对铜管内、外壁和铝棒外表面进行清洗、清刷处理；

2)采用自动套管设备将铝棒套入相应规格的铜管内形成铜包铝管坯，再对铜管进行在线制头并对铜包铝管坯进行小变形量拉拔，制备外层铜管与内部铝芯棒紧密贴合的铜包铝管坯；

3)采用连续通过式感应加热炉对铜包铝管坯进行高温感应加热，加热温度为600℃～900℃，加热时间为30s～300s，使铝棒外表面形成半熔态/半固态的铝融膜，铝棒内部和铜管仍保持固态；

4)对加热后的铜包铝管坯进行单道次压下率≥40％的热锻压，使铝融膜扩散渗透到铜管中，形成铜铝原子复合层；

5)对热锻压后的铜包铝管坯进行保温处理，随后进行单道次压下率≥40％的轧制；

6)对轧制后的铜包铝管坯进行保温处理，随后再进行多道次连续轧制，单道次轧制压下率为10％～50％，总轧制压下率为50％～80％；

7)对轧制完成的铜包铝管坯进行表面处理，获得成品。

2.如权利要求1所述的铜包铝复合母线排制备工艺，其特征在于：所述步骤3)中，铜包铝管坯的加热温度为660℃～900℃。

3.如权利要求1所述的铜包铝复合母线排制备工艺，其特征在于：所述铝融膜的厚度为20μm～30μm。

4.如权利要求1所述的铜包铝复合母线排制备工艺，其特征在于：所述步骤4)中，在铜包铝管坯热锻压前进行温度为300℃～650℃的保温处理。

5.如权利要求1所述的铜包铝复合母线排制备工艺，其特征在于：所述步骤5)中的轧制为平轧、立轧串联轧制。

6.如权利要求1所述的铜包铝复合母线排制备工艺，其特征在于：所述步骤6)中的轧制为平轧、立轧串联轧制。

7.如权利要求1所述的铜包铝复合母线排制备工艺，其特征在于：所述步骤4)中铜包铝管坯热锻压的压下率为40％～60％。

8.如权利要求1所述的铜包铝复合母线排制备工艺，其特征在于：所述步骤5)中铜包铝管坯轧制的压下率为40％～60％。