CN109811182A - 一种航空航天用高强度、高导电率铜合金绞合导体及其制备方法 - Google Patents
一种航空航天用高强度、高导电率铜合金绞合导体及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种航空航天用高强度、高导电率铜合金绞合导体的制备方法。所述合金材料是以单质铜、单质铬、铜‑锆30％和铜‑镉30％中间合金为原材料，经过真空感应熔炼、下引连铸、均匀化处理、固溶处理、冷拉、时效处理、冷拉和单丝退火处理等关键步骤制得。其中，合金材料配比为(wt％)：Cr0.3～0.5％；Cd0.2～0.4％；Zr0.01～0.04％；Cu余量。所制得合金材料绞线导体19/0.127，绞合外0.59±0.02mm，最大重量≤2.1g/m，拉断力≥102N，20℃最大直流电阻≤88Ω/km。
Description
技术领域
本发明涉及一种航空航天用高强度、高导电率铜合金绞合导体及其制备方法，属于有色金属加工技术领域。
背景技术
铜-铬-锆-镉合金是一种以铬(Cr)和镉(Cd)为主要强化元素，通过固溶处理+时效处理的高强度、高导电率合金。高强度、高导电率铜-铬-锆-镉合金导体广泛应用于航空航天、消费电子、移动通信和医疗器械领域。作为信号传输电缆的关键材料—高强度、高导电率铜合金，必须线径更小、重量越轻，超强的机械强度、良好的电气特性。目前，高强度、高导电率合金导体主要以美国、日本和德国为生产和出口国。世界上生产高强度、高导电率铜合金导体的公司，主要集中在住友电工、日立电线、三菱和古河等企业。随着我国电子信息终端产品，航空航天的高速发展，使我国成为高强高导特种导体的消费大国，但我国在高强度、高导率合金技术研发方面起步较晚母合金材料不得不依赖进口。因此，开发一种具有高强度、高导电率铜合金导体，显得极为重要。
发明内容
本发明的目的在于通过合金成分设计、熔炼工艺和冷加工工艺的改善，开发出一种航空航天用高强度、高导电率铜合金绞合导体及其制备方法。
本发明提供一种高强度、高导电率铜-铬-锆-镉合金导体，所述铜合金绞合导体为铜-铬-锆-镉合金材料，其成分组成为，按照质量百分数计算(wt％)：Cr 0.3～0.5％；Cd0.2～0.4％；Zr0.01～0.04％；Cu余量。
本发明还提供上述高强度、高导电率铜-铬-锆-镉合金导体的制备方法，主要包括以下步骤：a原材料按组分配比；b原材料的真空感应熔炼；c铜合金的下引连铸；d均匀化退火；e第一次冷变形和固溶处理；f第二次冷变形；g时效处理；h拉丝、退火和绞合。
上述步骤a中，所述原材料为：高纯阴极电解铜(99.99％)，高纯铬(99.99％)，锆的重量百分数为30％的铜-锆中间合金和镉的重量百分数为30％的铜-镉中间合金。同时，上述中间合金在熔炼之前需要经过烘烤，烘烤温度为300℃，时间为1小时。
上述步骤b中，真空感应熔炼时，熔炼真空度为1×10-2Pa，熔炼温度为1100℃～1200℃，保护气氛为高纯氩气，熔炼时间为30min，其中，铜-锆中间合金和铜-镉中间合金以二次加料方式加入，高纯铬要放在坩埚中部。
上述步骤c中，铜合金熔炼结束后充入高纯氩气进行下引连铸，下引速率为3mm/s，停顿时间为1s，下引杆为Φ12mm，采用的冷却方式为空冷。
上述步骤d中，将下引连铸后的Φ12mm铜合金杆在退火炉中进行均匀化处理，处理温度为800～850℃，保温时间为5小时，保护气氛为惰性气体。
上述步骤e中，将经过均匀化处理的铜合金杆通过冷变形拉至Φ8～8.5mm，然后在固溶处理炉中加热到900～920℃，保温1小时后水冷。
上述步骤f中，将经过固溶处理后的铜合金杆，利用单模拉丝机，冷变形量为85％～90％，拉至Φ2.6～3.0mm。
上述步骤g中，将经过冷变形处理后的铜合金杆，利用惰性气体气氛保护炉进行时效处理，处理温度为450℃～470℃，处理时间为2.5h。
上述步骤h中，将经过时效处理后的铜合金杆，通过连拉连退多道拉丝模拉至Φ0.127mm；Φ0.127mm的合金导体通过在线退火后，经过绞合退扭制备出规格为：19/0.127的合金导体；绞合外径0.59±0.02mm，最大重量≤2.1g/m。
所述制备方法还包括步骤i绞合导体退火，具体包括：铜合金绞合导体通过惰性气体保护管式在线退火机，得到最终绞合导体的机械性能为拉断力≥101.6N，20℃最大直流电阻≤93.1Ω/km，断后伸长率≥8％。
本发明所述的高强度、高导电率铜合金绞合导体的制备方法中，通过合金成分设计、控制合金熔炼工艺、改善合金强化方式的一系列优化，得到一种航空航天用高强度、高导电率铜合金绞合导体。通过真空下引连铸技术直接制备出铜合金杆，从而省去铜合金浇铸、开坯、热轧等传统工序，缩短工艺流程，提高生产效率，节约了时间成本。提供了一种优质的铜合金绞合导体。
本发明的有益效果如下：1、所述铜合金绞合导体的拉断力≥101.6N，20℃最大直流电阻≤93.1Ω/km，断后伸长率≥8％；2、采用下引连铸工艺，省去铜合金浇铸、开坯、热轧等传统工序，缩短工艺流程，提高生产效率，节约了时间成本；3、为铜合金绞合导体的制备提供一种具有推广性的路线。
附图说明
图1为本发明的高强度、高导电率铜合金绞合导体的制备工艺流程。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图，来说明本发明的技术方案，但应当说明的是，下述实施例只是本发明技术方案的具体实例，而不应当理解为对本发明的限制。
实施例1：
本实施例包括一种航空航天用高强度、高导电率铜合金绞合导体的制备方法，所述铜合金的组成(质量百分数)为：Cr 0.3％；Cd 0.4％；Zr 0.04％；Cu 99.26％，所述原材料为：高纯阴极电解铜(99.99％)，高纯铬(99.99％)，锆重量百分数为30％的铜-锆中间合金和镉重量百分数为30％的铜-镉中间合金。经过计算，原材料使用的重量份数为：高纯阴极电解铜98.24份，高纯铬0.30份，铜-锆中间合金0.13份，铜-镉中间合金1.33份。
上述制备方法主要包括以下步骤：
步骤a，准备好原材料：高纯阴极电解铜98.24份，高纯铬0.30份，铜-锆中间合金0.13份，铜-镉中间合金1.33份，其中，铜-锆中间合金和铜-镉中间合金需要经过烘烤，烘烤温度为300℃，时间为1小时。
步骤b，采用真空感应熔炼，熔炼时在石墨坩埚中加入高纯阴极电解铜(99.99％)，高纯铬(99.99％)放在坩埚中部，铜-锆中间合金和铜-镉中间合金需要进行二次加料，且合金熔炼真空度为1×10-2Pa，熔炼温度为1100℃～1200℃，保护气氛为高纯氩气，熔炼时间为30min。
步骤c，铜合金熔炼结束后充入高纯氩气进行下引连铸。下引速率为3mm/s，停顿时间为1s。下引杆为Φ12mm，采用冷却方式为空冷。
步骤d，将下引连铸后的Φ12mm铜合金杆在退火炉中进行均匀化处理，处理温度为800～850℃，保温时间为5小时，保护气氛为氩气。
步骤e，将经过均匀化处理后的铜合金杆通过冷变形拉至Φ8～8.5mm，然后在固溶处理炉中加热到900～920℃，保温1小时后水冷。
步骤f，将经过固溶处理后的铜合金杆，利用单模拉丝机，冷变形量为85％～90％，拉至Φ2.6～3.0mm。
步骤g，将经过冷变形处理后的铜合金杆，利用N2气氛保护炉进行时效处理，处理温度为450℃～470℃，处理时间为2.5h。
步骤h，将经过时效处理后的铜合金杆，通过连拉连退多道拉丝模拉至Φ0.127mm。Φ0.127mm的合金导体通过管式在线退火后，经过绞合退扭制备出规格为：19/0.127的合金导体。绞合外径0.59±0.02mm，最大重量≤2.1g/m。
步骤i，铜合金绞合导体通过氮气保护管式在线退火，得到最终绞合导体。
本实施例中制得的铜合金绞合导体的性能如表1所示。
表1实施例1中铜合金绞合导体的性能表
实施例2
本实施例包括一种航空航天用高强度、高导电率铜合金绞合导体的制备方法，所述铜合金的组成(质量百分数)为：Cr 0.5％；Cd 0.2％；Zr 0.01％；Cu 99.29％，所述原材料为：高纯阴极电解铜(99.99％)，高纯铬(99.99％)，锆重量百分数为30％的铜-锆中间合金和镉重量百分数为30％的铜-镉中间合金。经过计算，原材料使用的重量份数为：高纯阴极电解铜98.80份，高纯铬0.50份，铜-锆中间合金0.03份，铜-镉中间合金0.67份。
上述制备方法主要包括以下步骤：
步骤a，准备好原材料：高纯阴极电解铜98.80份，高纯铬0.50份，铜-锆中间合金0.03份，铜-镉中间合金0.67份，其中，铜-锆中间合金和铜-镉中间合金需要经过烘烤，烘烤温度为300℃，时间为1小时。
步骤b，采用真空感应熔炼，熔炼时在石墨坩埚中加入高纯阴极电解铜(99.99％)，高纯铬(99.99％)放在坩埚中部，铜-锆中间合金和铜-镉中间合金需要进行二次加料，且合金熔炼真空度为1×10-2Pa，熔炼温度为1100℃～1200℃，保护气氛为高纯氩气，熔炼时间为30min。
步骤c，铜合金熔炼结束后充入高纯氩气进行下引连铸。下引速率为3mm/s，停顿时间为1s。下引杆为Φ12mm，采用冷却方式为空冷。
步骤d，将下引连铸后的Φ12mm铜合金杆在退火炉中进行均匀化处理，处理温度为800～850℃，保温时间为5小时，保护气氛为氩气。
步骤e，将经过均匀化处理后的铜合金杆通过冷变形拉至Φ8～8.5mm，然后在固溶处理炉中加热到900～920℃，保温1小时后水冷。
步骤f，将经过固溶处理后的铜合金杆，利用单模拉丝机，冷变形量为85％～90％，拉至Φ2.6～3.0mm。
步骤g，将经过冷变形处理后的铜合金杆，利用N2气氛保护炉进行时效处理，处理温度为450℃～470℃，处理时间为2.5h。
步骤h，将经过时效处理后的铜合金杆，通过连拉连退多道拉丝模拉至Φ0.127mm。Φ0.127mm的合金导体通过管式在线退火后，经过绞合退扭制备出规格为：19/0.127的合金导体。绞合外径0.59±0.02mm，最大重量≤2.1g/m。
步骤i，铜合金绞合导体通过氮气保护管式在线退火，得到最终绞合导体。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种航空航天用高强度、高导电率铜合金绞合导体，其特征在于，所述铜合金绞合导体的成分组成为，以质量百分数计算：Cr0.3～0.5％；Cd0.2～0.4％；Zr0.01～0.04％；Cu余量。
2.一种如权利要求书1所述的高强度、高导电率铜合金绞合导体的制备方法，其特征在于，所述制备方法主要包括以下步骤：a原材料按组分配比；b原材料的真空感应熔炼；c铜合金的下引连铸；d均匀化退火；e第一次冷变形和固溶处理；f第二次冷变形；g时效处理；h拉丝、退火和绞合。
3.根据权利要求2所述的高强度、高导电率铜合金导体制备方法，其特征在于：上述步骤a中，所述原材料为：高纯阴极电解铜，高纯铬，锆的重量百分数为30％的铜-锆中间合金和镉的重量百分数为30％的铜-镉中间合金；同时，上述中间合金在熔炼之前需要经过烘烤，烘烤温度为300℃，时间为1小时。
4.根据权利要求2所述的高强度、高导电率铜合金导体制备方法，其特征在于：上述步骤b中，真空感应熔炼时，熔炼真空度为1×10-2Pa，熔炼温度为1100℃～1200℃，保护气氛为高纯氩气，熔炼时间为30min；真空感应熔炼时，在石墨坩埚中加入高纯阴极电解铜，且高纯铬放在坩埚中部，铜-锆中间合金和铜-镉中间合金以二次加料方式加入。
5.根据权利要求2所述的高强度、高导电率铜合金导体制备方法，其特征在于：上述步骤c中，铜合金熔炼结束后充入高纯氩气进行下引连铸，下引速率为3mm/s，停顿时间为1s，下引杆为Φ12mm，采用的冷却方式为空冷。
6.根据权利要求2所述的高强度、高导电率铜合金导体制备方法，其特征在于：上述步骤d中，将下引连铸后的Φ12mm铜合金杆在退火炉中进行均匀化处理，处理温度为800～850℃，保温时间为5小时，保护气氛为惰性气体。
7.根据权利要求2所述的高强度、高导电率铜合金导体制备方法，其特征在于：上述步骤e中，将经过均匀化处理的铜合金杆通过冷变形拉至Φ8～8.5mm，然后在固溶处理炉中加热到900～920℃，保温1小时后水冷；上述步骤f中，将经过固溶处理后的铜合金杆，利用单模拉丝机，冷变形量为85％～90％，拉至Φ2.6～3.0mm。
8.根据权利要求2所述的高强度、高导电率铜合金导体制备方法，其特征在于：上述步骤g中，将经过冷变形处理后的铜合金杆，利用惰性气体气氛保护炉进行时效处理，处理温度为450℃～470℃，处理时间为2.5h。
9.根据权利要求2所述的高强度、高导电率铜合金导体制备方法，其特征在于：上述步骤h中，将经过时效处理后的铜合金杆，通过连拉连退多道拉丝模拉至Φ0.127mm；Φ0.127mm的合金导体通过在线退火后，经过绞合退扭制备出规格为：19/0.127的合金导体；绞合外径0.59±0.02mm，最大重量≤2.1g/m。
10.根据权利要求2所述的高强度、高导电率铜合金导体制备方法，其特征在于：还包括步骤i绞合导体退火，具体包括：铜合金绞合导体通过惰性气体保护管式在线退火机，得到最终绞合导体的机械性能为拉断力≥101.6N，20℃最大直流电阻≤93.1Ω/km，断后伸长率≥8％。
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |