CN109903882A - 一种高耐腐蚀性铜母线及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高耐腐蚀性铜母线及其制备工艺，含有以下百分比的银0.002％‑0.0035％、铜不少于93.5％、锡1％‑1.6％、硼2.5％‑2.7％、钛2％‑2.6％、磷0.02％‑0.08％，包括以下步骤：S1:备料；S2:熔炼；S3:保温静置；S4：连续拔铸；S5：刮皮；S6：连续挤压；S7：连续模锻；S8：表面处理。本发明高耐腐蚀性铜母线制备工艺，通过在特定的阶段加入硼、锡等元素起到脱氧的作用并改善了制成品的性能，本工艺程序简单易控，生产出的铜母线不仅具有很好的电性能和耐腐蚀性，还具有精确的外形尺寸和外观质量。
Description
技术领域
本发明涉及电气机械与器材制造技术领域，尤其涉及一种高耐腐蚀性铜母线及其制备工艺。
背景技术
铜母线又称铜排或铜汇流排，截面为矩形或倒角(圆角)矩形的长导体，在电路中起输送电流和连接电气设备的作用。近年来，国家加大基础产业和自主创新的投资发展力度，大型水电站、核电站、地铁、机场、高速列车、高新技术产品等大型项目的建设，对项目建设中所使用的各种电气装备导电元件的铜母线技术性能如：导电率、硬度、韧性、弯曲，导电元件的安全性能如：重量、温升、电流载荷方面都提出了更高的要求；铜母线的安全性能好坏又取决于铜母线的技术性能。
目前，一般企业生产的铜母线，其导电率，硬度,弯曲的主要技术性能按国家标准GB/T5585-2005的要求进行生产，导电率≥97％IACS，硬度≥65HB，弯曲≥90°。
然而，随着社会的进步，企业的用电路越来越高，老百姓日常用电也在逐年攀升，供电设备不断进行扩容，母线承载的电流不断提高导致母线发热严重，而铜母线在过热情况下极易受到腐蚀，而影响供电温度性和供电安全。
发明内容
为克服现有技术中存在的铜母线在过热情况下极易受到腐蚀，而影响供电温度性和供电安全的问题，本发明提供了一种高耐腐蚀性铜母线及其制备工艺。
本发明采用的技术方案为：一种高耐腐蚀性铜母线，其创新点在于：含有以下百分比的银0.002％-0.0035％、铜不少于93.5％、锡1％-1.6％、硼2.5％ -2.7％、钛2％-2.6％、磷0.02％-0.08％。
一种高耐腐蚀性铜母线制备工艺，其创新点在于：包括以下步骤：
S1:备料,选用阴极铜、磷铜、硼元素添加剂、锡元素添加剂、钛元素添加剂；
S2:熔炼,将阴极加入熔炼炉进行升温，最后加入磷铜、硼元素添加剂、锡元素添加剂、钛元素添加剂，用于脱氧和提高性能；
S3:保温静置，炉温控制在1200℃-1225℃，保温2-3.5小时；
S4：连续拔铸，将步骤S3中获得的铜液通过连铸机快速结晶成铸杆，并经连铸机牵引，所述铸杆直径控制在30mm-35mm,经铸杆导轮架进入收线机；
S5：刮皮，铸杆经由收线机引入中频升温装置，升温至350℃-400℃，进入孔径为30mm的刮刀模具进行刮皮整形；
S6：连续挤压，步骤S5产出的直径为φ30mm的铜杆牵引入第一挤压机挤压为φ25mm的铜杆，再牵引入第二挤压机挤压为φ23mm的铜杆，再牵引入第三挤压机挤压为φ20mm的母线胚材；
S7：连续模锻，步骤S6产出的母线胚材进入快速模锻机，压制成规定形状的铜母线；
S8：表面处理。
在一些实施方式中，步骤S2还包括以下步骤：
S21：熔炉预热，将熔炉加热到550℃-600℃后，加入阴极铜料保温10分钟；
S22：熔炉抽真空，真空泵空气抽速稳定在130L/S-150L/S；
S23：第一次升温，炉温升高至1150℃后加入加入磷铜、硼元素添加剂、锡元素添加剂、钛元素添加剂，向炉内金属溶液中注入氮气并搅拌；
S24：第二次升温，S23步骤完成后炉温升高至1300℃-1325℃，并保持2 小时。
在一些实施方式中，所述步骤S23中注入氮气和搅拌时间持续15-20分钟。
在一些实施方式中，所述步骤S4中，所述连铸机的连铸结晶器冷却液为纯水，该连铸结晶器冷却液进水温度为22℃-30℃。
在一些实施方式中，所述所述步骤S4中，所述连铸机拔铸速速为 150cm/s-160cm/s。
在一些实施方式中，所述步骤S5中，还包括对所述刮刀模具刮出的铜屑进行收集的工序。
在一些实施方式中，所述步骤S6中，第一挤压机、第二挤压机和第三挤压机的挤压模具热流道温度设置为300℃，水冷模温机进水温度为18℃。
在一些实施方式中，步骤S8还包括以下步骤：
S81：酸洗，采用浓度为85％的工业硫酸进行清洗；
S82：钝化，采用无铬铜钝化剂水溶液对步骤S7得到的铜母线进行表面钝化；
S83：烘干，将步骤S82中铜母线引入热风烘干机进行烘干。
在一些实施方式中，所述步骤S82中，无铬铜钝化剂水溶液浓度为10％ -15％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的高耐腐蚀性铜母线，具有很好的性能导电率≥99％IACS、硬度≥90HB、弯曲≥100°并且其在温升快、电流载荷高、高温的恶劣环境中具有抗酸、抗碱的特性。
(2)本发明的高耐腐蚀性铜母线制备工艺，通过在特定的阶段加入硼、锡等元素起到脱氧的作用并改善了制成品的性能，本工艺程序简单易控，生产出的铜母线不仅具有很好的电性能和耐腐蚀性，还具有精确的外形尺寸和外观质量。
附图说明
图1是本发明的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例一：
本发明披露了一种高耐腐蚀性铜母线，含有以下百分比的银0.002％、锡 1％、硼2.5％、钛2％、磷0.02％，其余量为铜,铜的使用量为94.478％。
如图1所示，一种高耐腐蚀性铜母线制备工艺，包括以下步骤：
S1:备料,选用阴极铜、磷铜、硼元素添加剂、锡元素添加剂、钛元素添加剂；
S2:熔炼,将阴极加入熔炼炉进行升温，最后加入磷铜、硼元素添加剂、锡元素添加剂、钛元素添加剂，用于脱氧和提高性能；
在一些实施方式中，步骤S2还包括以下步骤：
S21：熔炉预热，将熔炉加热到550℃℃后，加入阴极铜料保温10分钟；
S22：熔炉抽真空，真空泵空气抽速稳定在130L/S；
S23：第一次升温，炉温升高至1150℃后加入加入磷铜、硼元素添加剂、锡元素添加剂、钛元素添加剂，向炉内金属溶液中注入氮气并搅拌；注入氮气和搅拌时间持续15分钟。
S24：第二次升温，S23步骤完成后炉温升高至1300℃℃，并保持2小时。
S3:保温静置，炉温控制在1200℃，保温2小时；
S4：连续拔铸，将步骤S3中获得的铜液通过连铸机快速结晶成铸杆，并经连铸机牵引，所述铸杆直径控制在30mmmm,经铸杆导轮架进入收线机；所述连铸机的连铸结晶器冷却液为纯水，该连铸结晶器冷却液进水温度为22℃。所述所述步骤S4中，所述连铸机拔铸速速为150cm/s。
S5：刮皮，铸杆经由收线机引入中频升温装置，升温至350℃，进入孔径为 30mm的刮刀模具进行刮皮整形；还包括对所述刮刀模具刮出的铜屑进行收集的工序。
S6：连续挤压，步骤S5产出的直径为φ30mm的铜杆牵引入第一挤压机挤压为φ25mm的铜杆，再牵引入第二挤压机挤压为φ23mm的铜杆，再牵引入第三挤压机挤压为φ20mm的母线胚材；第一挤压机、第二挤压机和第三挤压机的挤压模具热流道温度设置为300℃，水冷模温机进水温度为18℃。
S7：连续模锻，步骤S6产出的母线胚材进入快速模锻机，压制成规定形状的铜母线；
S8：表面处理。
在一些实施方式中，步骤S8还包括以下步骤：
S81：酸洗，采用浓度为85％的工业硫酸进行清洗；
S82：钝化，采用无铬铜钝化剂水溶液对步骤S7得到的铜母线进行表面钝化；无铬铜钝化剂水溶液浓度为10％。
S83：烘干，将步骤S82中铜母线引入热风烘干机进行烘干。
实施例二：
本发明披露了一种高耐腐蚀性铜母线，含有以下百分比的银0.0028％、锡 1.3％、硼2.7％、钛2.4％、磷0.04％，其余量为铜,铜的使用量为93.5572％。
一种高耐腐蚀性铜母线制备工艺，包括以下步骤：
S1:备料,选用阴极铜、磷铜、硼元素添加剂、锡元素添加剂、钛元素添加剂；
S2:熔炼,将阴极加入熔炼炉进行升温，最后加入磷铜、硼元素添加剂、锡元素添加剂、钛元素添加剂，用于脱氧和提高性能；
在一些实施方式中，步骤S2还包括以下步骤：
S21：熔炉预热，将熔炉加热到570℃后，加入阴极铜料保温10分钟；
S22：熔炉抽真空，真空泵空气抽速稳定在140L/S；
S23：第一次升温，炉温升高至1150℃后加入加入磷铜、硼元素添加剂、锡元素添加剂、钛元素添加剂，向炉内金属溶液中注入氮气并搅拌；
S24：第二次升温，S23步骤完成后炉温升高至1315℃，并保持2小时，注入氮气和搅拌时间持续18分钟。
S3:保温静置，炉温控制在1215℃，保温3小时；
S4：连续拔铸，将步骤S3中获得的铜液通过连铸机快速结晶成铸杆，并经连铸机牵引，所述铸杆直径控制在35mm,经铸杆导轮架进入收线机；所述连铸机的连铸结晶器冷却液为纯水，该连铸结晶器冷却液进水温度为26℃。所述连铸机拔铸速速为150cm/s。
S5：刮皮，铸杆经由收线机引入中频升温装置，升温至370℃，进入孔径为 30mm的刮刀模具进行刮皮整形；还包括对所述刮刀模具刮出的铜屑进行收集的工序。
S6：连续挤压，步骤S5产出的直径为φ30mm的铜杆牵引入第一挤压机挤压为φ25mm的铜杆，再牵引入第二挤压机挤压为φ23mm的铜杆，再牵引入第三挤压机挤压为φ20mm的母线胚材；第一挤压机、第二挤压机和第三挤压机的挤压模具热流道温度设置为300℃，水冷模温机进水温度为18℃。
S7：连续模锻，步骤S6产出的母线胚材进入快速模锻机，压制成规定形状的铜母线；
S8：表面处理。
在一些实施方式中，步骤S8还包括以下步骤：
S81：酸洗，采用浓度为85％的工业硫酸进行清洗；
S82：钝化，采用无铬铜钝化剂水溶液对步骤S7得到的铜母线进行表面钝化；
S83：烘干，将步骤S82中铜母线引入热风烘干机进行烘干，无铬铜钝化剂水溶液浓度为13％。
实施例三：
本发明披露了一种高耐腐蚀性铜母线，含有以下百分比的银0.0035％、锡 1.6％、硼2.5％、钛2％、磷0.08％，其余量为铜,铜的使用量为93.8165％。
一种高耐腐蚀性铜母线制备工艺，包括以下步骤：
S1:备料,选用阴极铜、磷铜、硼元素添加剂、锡元素添加剂、钛元素添加剂；
S2:熔炼,将阴极加入熔炼炉进行升温，最后加入磷铜、硼元素添加剂、锡元素添加剂、钛元素添加剂，用于脱氧和提高性能；
在一些实施方式中，步骤S2还包括以下步骤：
S21：熔炉预热，将熔炉加热到600℃后，加入阴极铜料保温10分钟；
S22：熔炉抽真空，真空泵空气抽速稳定在150L/S；
S23：第一次升温，炉温升高至1150℃后加入加入磷铜、硼元素添加剂、锡元素添加剂、钛元素添加剂，向炉内金属溶液中注入氮气并搅拌；注入氮气和搅拌时间持续20分钟。
S24：第二次升温，S23步骤完成后炉温升高至1325℃，并保持2小时。
S3:保温静置，炉温控制在1225℃，保温3.5小时；
S4：连续拔铸，将步骤S3中获得的铜液通过连铸机快速结晶成铸杆，并经连铸机牵引，所述铸杆直径控制在35mm,经铸杆导轮架进入收线机；所述连铸机的连铸结晶器冷却液为纯水，该连铸结晶器冷却液进水温度为30℃。所述连铸机拔铸速速为160cm/s。
S5：刮皮，铸杆经由收线机引入中频升温装置，升温至400℃，进入孔径为 30mm的刮刀模具进行刮皮整形；还包括对所述刮刀模具刮出的铜屑进行收集的工序。
S6：连续挤压，步骤S5产出的直径为φ30mm的铜杆牵引入第一挤压机挤压为φ25mm的铜杆，再牵引入第二挤压机挤压为φ23mm的铜杆，再牵引入第三挤压机挤压为φ20mm的母线胚材；第一挤压机、第二挤压机和第三挤压机的挤压模具热流道温度设置为300℃，水冷模温机进水温度为18℃。
S7：连续模锻，步骤S6产出的母线胚材进入快速模锻机，压制成规定形状的铜母线；
S8：表面处理。
在一些实施方式中，步骤S8还包括以下步骤：
S81：酸洗，采用浓度为85％的工业硫酸进行清洗；
S82：钝化，采用无铬铜钝化剂水溶液对步骤S7得到的铜母线进行表面钝化；
S83：烘干，将步骤S82中铜母线引入热风烘干机进行烘干，无铬铜钝化剂水溶液浓度为15％。
实施例四：
本发明披露了一种高耐腐蚀性铜母线，含有以下百分比的银0.002％、锡 1％、硼2.7％、钛2.6％、磷0.08％，其余量为铜,铜的使用量为93.618％。
一种高耐腐蚀性铜母线制备工艺，包括以下步骤：
S1:备料,选用阴极铜、磷铜、硼元素添加剂、锡元素添加剂、钛元素添加剂；
S2:熔炼,将阴极加入熔炼炉进行升温，最后加入磷铜、硼元素添加剂、锡元素添加剂、钛元素添加剂，用于脱氧和提高性能；
在一些实施方式中，步骤S2还包括以下步骤：
S21：熔炉预热，将熔炉加热到600℃后，加入阴极铜料保温10分钟；
S22：熔炉抽真空，真空泵空气抽速稳定在150L/S；
S23：第一次升温，炉温升高至1150℃后加入加入磷铜、硼元素添加剂、锡元素添加剂、钛元素添加剂，向炉内金属溶液中注入氮气并搅拌；注入氮气和搅拌时间持续20分钟。
S24：第二次升温，S23步骤完成后炉温升高至1325℃，并保持2小时。
S3:保温静置，炉温控制在1225℃，保温3.5小时；
S4：连续拔铸，将步骤S3中获得的铜液通过连铸机快速结晶成铸杆，并经连铸机牵引，所述铸杆直径控制在35mm,经铸杆导轮架进入收线机；所述连铸机的连铸结晶器冷却液为纯水，该连铸结晶器冷却液进水温度为30℃。所述连铸机拔铸速速为160cm/s。
S5：刮皮，铸杆经由收线机引入中频升温装置，升温至400℃，进入孔径为 30mm的刮刀模具进行刮皮整形；还包括对所述刮刀模具刮出的铜屑进行收集的工序。
S6：连续挤压，步骤S5产出的直径为φ30mm的铜杆牵引入第一挤压机挤压为φ25mm的铜杆，再牵引入第二挤压机挤压为φ23mm的铜杆，再牵引入第三挤压机挤压为φ20mm的母线胚材；第一挤压机、第二挤压机和第三挤压机的挤压模具热流道温度设置为300℃，水冷模温机进水温度为18℃。
S7：连续模锻，步骤S6产出的母线胚材进入快速模锻机，压制成规定形状的铜母线；
S8：表面处理。
在一些实施方式中，步骤S8还包括以下步骤：
S81：酸洗，采用浓度为85％的工业硫酸进行清洗；
S82：钝化，采用无铬铜钝化剂水溶液对步骤S7得到的铜母线进行表面钝化；
S83：烘干，将步骤S82中铜母线引入热风烘干机进行烘干，无铬铜钝化剂水溶液浓度为15％。
对比例一：
去掉步骤一中硼元素添加剂，其余含量以及制备方法同实施例一。
对比例二：
去掉步骤一中锡元素添加剂，其余含量以及制备方法同实施例一。
对比例三:
去掉步骤二中注入氮气的步骤，其余含量以及制备方法同实施例一。
对铜母线的导电率、硬度、弯曲进行检测，实施例与对比例的性能检测见表 1。
表1：实施例与对比例的铜母线性能检测表
| 项目 | 导电率/(％) | 硬度/(HB) | 弯曲/(°) |
| 实施例一 | 109 | 101 | 120 |
| 实施例二 | 105 | 99 | 116 |
| 实施例三 | 101 | 92 | 112 |
| 实施例四 | 102 | 95 | 112 |
| 对比例一 | 99 | 91 | 110 |
| 对比例二 | 99 | 89 | 109 |
| 对比例三 | 98 | 88 | 107 |
从表1的结果表明，本发明实施例的铜母线的导电率、硬度、弯曲，明显优于对比例，说明本发明提供的铜母线具有很好的使用性能。
上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种高耐腐蚀性铜母线，其特征在于：含有以下百分比的银0.002％-0.0035％、铜不少于93.5％、锡1％-1.6％、硼2.5％-2.7％、钛2％-2.6％、磷0.02％-0.08％。
2.一种高耐腐蚀性铜母线制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1:备料,选用阴极铜、磷铜、硼元素添加剂、锡元素添加剂、钛元素添加剂；
S2:熔炼,将阴极铜加入熔炼炉进行升温，最后加入磷铜、硼元素添加剂、锡元素添加剂、钛元素添加剂，用于脱氧和提高性能；
S3:保温静置，炉温控制在1200℃-1225℃，保温2-3.5小时；
S4：连续拔铸，将步骤S3中获得的铜液通过连铸机快速结晶成铸杆，并经连铸机牵引，所述铸杆直径控制在30mm-35mm,经铸杆导轮架进入收线机；
S5：刮皮，铸杆经由收线机引入中频升温装置，升温至350℃-400℃，进入孔径为30mm的刮刀模具进行刮皮整形；
S6：连续挤压，步骤S5产出的直径为φ30mm的铜杆牵引入第一挤压机挤压为φ25mm的铜杆，再牵引入第二挤压机挤压为φ23mm的铜杆，再牵引入第三挤压机挤压为φ20mm的母线胚材；
S7：连续模锻，步骤S6产出的母线胚材进入快速模锻机，压制成规定形状的铜母线；
S8：表面处理。
3.根据权利要求2所述的高耐腐蚀性铜母线制备工艺，其特征在于：步骤S2还包括以下步骤：
S21：熔炉预热，将熔炉加热到550℃-600℃后，加入阴极铜料保温10分钟；
S22：熔炉抽真空，真空泵空气抽速稳定在130L/S-150L/S；
S23：第一次升温，炉温升高至1150℃后加入加入磷铜、硼元素添加剂、锡元素添加剂、钛元素添加剂，向炉内金属溶液中注入氮气并搅拌；
S24：第二次升温，S23步骤完成后炉温升高至1300℃-1325℃，并保持2小时。
4.根据权利要求3所述的高耐腐蚀性铜母线制备工艺，其特征在于：所述步骤S23中注入氮气和搅拌时间持续15-20分钟。
5.根据权利要求2所述的高耐腐蚀性铜母线制备工艺，其特征在于：所述步骤S4中，所述连铸机包括连铸结晶器，连铸结晶器的冷却液为纯水，该连铸结晶器冷却液进水温度为22℃-30℃。
6.根据权利要求2所述的高耐腐蚀性铜母线制备工艺，其特征在于：所述步骤S4中，所述连铸机的拔铸速度为150cm/s-160cm/s。
7.根据权利要求2所述的高耐腐蚀性铜母线制备工艺，其特征在于：所述步骤S5中，还包括对所述刮刀模具刮出的铜屑进行收集的工序。
8.根据权利要求2所述的高耐腐蚀性铜母线制备工艺，其特征在于：所述步骤S6中，第一挤压机、第二挤压机和第三挤压机的挤压模具热流道温度设置为300℃，水冷模温机进水温度为18℃。
9.根据权利要求2所述的高耐腐蚀性铜母线制备工艺，其特征在于：步骤S8还包括以下步骤：
S81：酸洗，采用浓度为85％的工业硫酸进行清洗；
S82：钝化，采用无铬铜钝化剂水溶液对步骤S7得到的铜母线进行表面钝化；
S83：烘干，将步骤S82中铜母线引入热风烘干机进行烘干。
10.根据权利要求9所述的高耐腐蚀性铜母线制备工艺，其特征在于：所述步骤S82中，无铬铜钝化剂水溶液浓度为10％-15％。
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