CN110229972A

CN110229972A - 一种铜铁合金材料电磁屏蔽线及其制造方法

Info

Publication number: CN110229972A
Application number: CN201910510053.0A
Authority: CN
Inventors: 王聪利; 庾高峰; 张航; 武旭红; 王文斌; 马明月; 吴斌
Original assignee: Shaanxi Sirui Advanced Materials Co Ltd
Current assignee: Shaanxi Sirui Advanced Materials Co Ltd
Priority date: 2019-06-12
Filing date: 2019-06-12
Publication date: 2019-09-13
Anticipated expiration: 2039-06-12
Also published as: CN110229972B

Abstract

本发明提供了一种铜铁合金材料电磁屏蔽线及其制造方法，属于电磁屏蔽线材料技术领域，所述铜铁合金材料的化学组成及重量百分比为：Fe：5％‑20％，Ni：≤0.2％，Mn：≤0.2％，Pb：≤0.1％，Cu：余量。制备方法包括以下步骤：第一步：配料；第二步：熔炼，上引连续铸造获得Φ10‑20mm的铜杆坯料；第三步：拉拔，中间反复高温退火，获得Φ1‑2mm铜铁合金线材；第四步：保温；第五步：再次多道次拉丝，获得直径Φ0.05‑0.5mm的电磁屏蔽线；第六步：编织，获得具有电磁屏蔽的网线。本发明制备的铜铁合金屏蔽线性能、组织、材料利用率、产业化等方面有了更进一步的提高。为铜铁合金屏蔽线的应用及发展闯出了一条新路子。

Description

一种铜铁合金材料电磁屏蔽线及其制造方法

技术领域

本发明涉及技术领域，具体是涉及一种铜铁合金材料电磁屏蔽线及其制造方法。

背景技术

电磁屏蔽是指利用屏蔽材料阻隔或者衰减被屏蔽区域与外界的电磁能量传播。目前常用的电磁屏蔽材料有金属电磁屏蔽材料、导电聚合物电磁屏蔽材料及其他如CaO等制备的碳纤维/SiO₂复合材料等，一般的制备方法有：(1)机械合金化法制备；(2)形变原位复合制备；(3)快速凝固制备。传统方法工艺制备效率低、成本高、难以实现连续生产。从电磁屏蔽材料的研究现状和发展趋势来看，未来的发展方向为成本低、无污染、轻质耐用、屏蔽频带宽、综合性能优异的新型屏蔽材料。

电缆的电磁波屏蔽通常是在电缆上包上具有屏蔽效果的铜材或者铝材等导电性金属。但是此方法只对电磁波中的电波起到屏蔽作用，对于磁波起不到明显效果。还有由导电性金属做成的屏蔽材料会因天线效果产生共模噪声，通常插入对冲共模噪声的铁素体磁芯来解决。

铜和铁的合金具有非常优秀的特性，有铜一样的导电性、热传导性、延展性、弹性等和铁一样的耐磨损性、引拉强度、硬度、磁性等特性，比率可以根据需要自由调整，可以加工成多种多样的产品，如10u薄膜及Ф0.1线材等，将铜铁合金加工成0.05-0.5mm厚的薄板或丝网，制成屏蔽电缆可以同时屏蔽电波和磁波，具有高性能的反射电磁波功能，且无需铁素体磁芯。作为电磁屏蔽材料引起了世界上很多的关注和研究。开发到今，有价值的铜铁合金制造领域非常困难。那是因为铜和铁的相性差异大，铁含量为2.5％以下的固溶化而生成合金，含量为3％以上的，不发生的固溶化，发生偏析生成的合金，很难使用。我们运用新开发的制备技术，实现了铜和铁合金的产品化。

上引连铸技术作为新型的铜合金线材、板材生产技术，生产的线坯材料成分均匀，工艺流程短、产品性能稳定，已成功实现铜镁合金、银铜合金线坯等材料的连续化生产。在此基础上应用上引连续铸造技术开发铜铁合金材料，革新铜铁合金材料传统加工制造工艺，缩短工艺流程，提高产品性能，使加工生产过程进一步向节能、节材、环保方向发展。

传统的铜铁合金线材制造方法主要存在以下缺点：

1.原材料制备采用一般的非连续铸造，生产效率低，材料利用率低；

2.圆杆坯料通过热挤压工艺获得，由于热挤压过程的不均匀变形，制造的型材机械性能、金相组织一致性差，生产过程能耗大；热挤压后的圆杆坯料表面质量不稳定，表面夹杂、起皮、挤压纹等缺陷多，处理过程复杂且影响产品质量。

3.不能实现连续化生产，后续线材需要焊接，工艺复杂。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明提供了一种铜铁合金材料电磁屏蔽线及其制造方法。

为解决上述技术问题，本发明的第一个技术方案是：

一种铜铁合金材料电磁屏蔽线，所述铜铁合金材料的化学组成及重量百分比为：Fe：5％-20％，Ni：≤0.2％，Mn：≤0.2％，Pb：≤0.1％，Cu：余量。

经试验研究发现，Fe含量为5％-20％合金具有良好的电磁屏蔽性能，低于5％或者高于20％的话，制备出来的合金材料电磁屏蔽性能相对较弱。

本发明的第二个技术方案是：

一种铜铁合金材料电磁屏蔽线的制备方法，包括以下步骤：

第一步：按照所述铜铁合金材料成分要求Fe：5％-20％，Ni：≤0.2％，Mn：≤0.2％，Pb：≤0.1％，Cu：余量；对各合金元素进行配比，选择并称取相应的原料；

第二步：将原料装入中频感应炉，加热熔炼，熔化时充氩气保护，精炼后上引连续铸造获得Φ10-20mm的铜杆坯料；

第三步：将铜杆坯料进行多道次拉拔，中间反复高温退火，保温2-4小时，保温能够消除加工硬化，去除应力，便于后续拉丝加工，最终获得Φ1-2mm铜铁合金线材；

第四步：将Φ1-2mm铜铁合金线材按照550-750℃，保温2-4小时退火；

第五步：将退火后的Φ1-2mm铜铁合金线材继续多道次拉丝，获得直径Φ0.05-0.5mm的电磁屏蔽线；

进一步地，所述步骤二中Cu采用无氧铜杆方式连续加入，Fe采用Cu-Fe中间合金方式加入，均匀成分，减少偏析。

进一步地，所述步骤二中上引连续铸的具体工艺为：金属熔化后，从结晶器的顶部预先插入一根外径与石墨定型管内径匹配的引子线，当引子线在牵引机构的作用下开始上行时，在金属融液压力的作用下，固-液交界面随着上行，上行部分熔液受到快速冷却后，会凝固成固态金属，固-液交界面随着金属熔液的凝固下降到结晶器内液面的高度区，当此过程缓慢连续进行时，就可以得到连续的外形固定的线材。上引连续铸造相对传统铸造工艺是一种高生产效率、节能环保的一种新型工艺，在连续生产线材上占有优势。

进一步地，所述步骤三中将铜杆坯料进行多道次拉拔，一般是根据坯料的规格进行6-15次的拉拔。

进一步地，所述步骤三中中间反复高温退火的次数为3-4次。

拉拔加工属冷变形加工，存在加工硬化，退火的目的在于消除加工硬化，便于后道加工。反复拉拔及退火目的是为了获得需要尺寸及性能的杆料。

进一步地，所述步骤三中的退火温度550-750℃。根据铜铁二元相图确认该合金比较合适的中间退火温度是550-750℃，温度过低起不到退火的效果，导致后续加工困难，温度过高材料内部组织比如晶界会粗化影响材料其他性能。拉拔加工属冷变形加工，存在加工硬化，退火的目的在于消除加工硬化，便于后道加工。

进一步地，所述步骤五中的多道次拉丝具体是根据产品的尺寸要求来确定拉丝次数。根据具体的最终产品的规格确定所需要的拉丝次数，例如产品要求是直径0.5的，那需要10道次就可以了，如果产品尺寸是0.05的，就需要20道次的拉拔。

进一步地，将直径Φ0.05-0.5mm的丝材进行编织，获得具有电磁屏蔽的网线。

相比传统工艺，本发明解决了以上问题，制备的铜铁合金屏蔽线具有以下优点：

1.原材料制备：采用上引连续铸造技术，突破了铜铁合金材料传统制备难题，获得不同成分及规格的铜铁合金上引铜杆，实现连续生产，提高生产效率，提高材料利用率；

2.屏蔽线连续化制造：通过上引连续铸造技术获得铜铁合金圆杆坯料，屏蔽线的制造实现连续生产。该方法制备丝材表面光滑光亮，性能组织一致，质量稳定。生产过程能耗较小。

总之，本发明的方法制备的铜铁合金屏蔽线性能、组织、材料利用率、产业化等方面有了更进一步的提高。为铜铁合金屏蔽线的应用及发展闯出了一条新路子。

具体实施方式

实施例1：

一种铜铁合金材料电磁屏蔽线，其化学组成及重量百分比为：Fe：5％，Ni：≤0.2％，Mn：≤0.2％，Pb：≤0.1％，Cu：余量。

实施例2：

一种铜铁合金材料电磁屏蔽线，其化学组成及重量百分比为：Fe：14％，Ni：≤0.2％，Mn：≤0.2％，Pb：≤0.1％，Cu：余量。

实施例3：

一种铜铁合金材料电磁屏蔽线，其化学组成及重量百分比为：Fe：20％，Ni：≤0.2％，Mn：≤0.2％，Pb：≤0.1％，Cu：余量。

实施例4：

制备实施例1的铜铁合金材料电磁屏蔽线，方法为：

第一步：按照所述铜铁合金材料成分要求Fe：5％，Ni：≤0.2％，Mn：≤0.2％，Pb：≤0.1％，Cu：余量；对各合金元素进行配比，选择并称取相应的原料；

第二步：将原料装入中频感应炉，加热熔炼，其中，Cu采用无氧铜杆方式连续加入，Fe采用Cu-Fe中间合金方式加入，均匀成分，减少偏析，熔化时充氩气保护，精炼后上引连续铸造获得Φ20mm的铜杆坯料；

上引连续铸的具体工艺为：金属熔化后，从结晶器的顶部预先插入一根外径与石墨定型管内径匹配的引子线，当引子线在牵引机构的作用下开始上行时，在金属融液压力的作用下，固-液交界面随着上行，上行部分熔液受到快速冷却后，会凝固成固态金属，固-液交界面随着金属熔液的凝固下降到结晶器内液面的高度区，当此过程缓慢连续进行时，就可以得到连续的外形固定的线材；上引连续铸造相对传统铸造工艺是一种高生产效率、节能环保的一种新型工艺，在连续生产线材上占有优势；

第三步：将铜杆坯料进行6次拉拔，中间反复高温退火，退火温度550℃，退火的次数为3次，保温2小时，保温能够消除加工硬化，去除应力，便于后续拉丝加工，最终获得Φ2mm铜铁合金线材；

第四步：将Φ2mm铜铁合金线材按照550℃，保温2小时退火；

第五步：将退火后的Φ2mm铜铁合金线材继续10次拉丝，获得直径Φ0.5mm的电磁屏蔽线。

实施例5：

制备实施例2的铜铁合金材料电磁屏蔽线，方法为：

第一步：按照所述铜铁合金材料成分要求Fe：14％，Ni：≤0.2％，Mn：≤0.2％，Pb：≤0.1％，Cu：余量；对各合金元素进行配比，选择并称取相应的原料；

第二步：将原料装入中频感应炉，加热熔炼，其中，Cu采用无氧铜杆方式连续加入，Fe采用Cu-Fe中间合金方式加入，均匀成分，减少偏析，熔化时充氩气保护，精炼后上引连续铸造获得Φ15mm的铜杆坯料；

第三步：将铜杆坯料进行10次拉拔，中间反复高温退火，退火温度650℃，退火的次数为3次，保温3小时，保温能够消除加工硬化，去除应力，便于后续拉丝加工，最终获得Φ1.5mm铜铁合金线材；

第四步：将Φ1.5mm铜铁合金线材按照650℃，保温3小时退火；

第五步：将退火后的Φ1.5mm铜铁合金线材继续13次拉丝，获得直径Φ0.2mm的电磁屏蔽线。

实施例6：

制备实施例3的铜铁合金材料电磁屏蔽线，方法为：

第一步：按照所述铜铁合金材料成分要求Fe：20％，Ni：≤0.2％，Mn：≤0.2％，Pb：≤0.1％，Cu：余量；对各合金元素进行配比，选择并称取相应的原料；

第二步：将原料装入中频感应炉，加热熔炼，其中，Cu采用无氧铜杆方式连续加入，Fe采用Cu-Fe中间合金方式加入，均匀成分，减少偏析，熔化时充氩气保护，精炼后上引连续铸造获得Φ10mm的铜杆坯料；

第三步：将铜杆坯料进行15次拉拔，中间反复高温退火，退火温度750℃，退火的次数为4次，保温4小时，保温能够消除加工硬化，去除应力，便于后续拉丝加工，最终获得Φ1mm铜铁合金线材；

第四步：将Φ1mm铜铁合金线材按照750℃，保温4小时退火；

第五步：将退火后的Φ1mm铜铁合金线材继续20次拉丝，获得直径Φ0.05mm的电磁屏蔽线；

实施例7：

将实施例4得到的直径Φ0.5mm的丝材进行编织，获得具有电磁屏蔽的网线。

实施例8：

将实施例5得到的直径Φ0.2mm的丝材进行编织，获得具有电磁屏蔽的网线。

实施例9：

将实施例6得到的直径Φ0.05mm的丝材进行编织，获得具有电磁屏蔽的网线。

尽管已参照其具体实施方案描述和阐明了本发明，但本领域技术人员会认识到，可以在不背离本发明的精神和范围的情况下对其作出各种改变、修改和取代。因此，本发明意在仅受下列权利要求的范围限制且这些权利要求应在合理的程度上尽可能广义地解释。

Claims

1.一种铜铁合金材料电磁屏蔽线，其特征在于，所述铜铁合金材料的化学组成及重量百分比为：Fe：5％-20％，Ni：≤0.2％，Mn：≤0.2％，Pb：≤0.1％，Cu：余量。

2.如权利要求1所述的一种铜铁合金材料电磁屏蔽线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

第三步：将铜杆坯料进行多道次拉拔，中间反复高温退火，保温2-4小时，最终获得Φ1-2mm铜铁合金线材；

第五步：将退火后的Φ1-2mm铜铁合金线材继续多道次拉丝，获得直径Φ0.05-0.5mm的电磁屏蔽线。

3.如权利要求2所述的一种铜铁合金材料电磁屏蔽线的制备方法，其特征在于，所述步骤二中Cu采用无氧铜杆方式连续加入，Fe采用Cu-Fe中间合金方式加入。

4.如权利要求2所述的一种铜铁合金材料电磁屏蔽线的制备方法，其特征在于，所述步骤二中上引连续铸的具体工艺为：金属熔化后，从结晶器的顶部预先插入一根外径与石墨定型管内径匹配的引子线，当引子线在牵引机构的作用下开始上行时，在金属融液压力的作用下，固-液交界面随着上行，上行部分熔液受到快速冷却后，会凝固成固态金属，固-液交界面随着金属熔液的凝固下降到结晶器内液面的高度区，当此过程缓慢连续进行时，就可以得到连续的外形固定的线材。

5.如权利要求2所述的一种铜铁合金材料电磁屏蔽线的制备方法，其特征在于，所述步骤三中将铜杆坯料进行多道次拉拔的次数为6-15次。

6.如权利要求2所述的一种铜铁合金材料电磁屏蔽线的制备方法，其特征在于，所述步骤三中中间反复高温退火的次数为3-4次。

7.如权利要求2所述的一种铜铁合金材料电磁屏蔽线的制备方法，其特征在于，所述步骤三中的退火温度550-750℃。

8.如权利要求2所述的一种铜铁合金材料电磁屏蔽线的制备方法，其特征在于，将步骤五得到的直径Φ0.05-0.5mm的丝材进行编织，获得具有电磁屏蔽的网线。