CN110592420A - 高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝及其制备方法，本发明高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝的电阻值波动范围为1.030～1.040Ω/m、抗拉强度≥700Mpa，即该熔断丝具有优良的电学性能、机械性能和结构稳定性，可以满足高分段玻璃保险管的使用需求；本发明通过熔断丝银铜合金成分设计、控制熔断丝合金熔炼工艺、改善熔断丝合金退火方式的一系列优化，得到高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝，其中通过真空下引连铸技术直接制备出熔断丝合金母材(银铜合金细丝)，从而省去了传统合金材料浇铸、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。

Description

高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝及其制备方法
技术领域
本发明涉及合金线制造技术领域，具体涉及高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝及其制备方法。
背景技术
银铜合金是一种通过真空感应熔炼、冷拉拔变形和以纳米纤维强化为主的高性能，高导电率合金。高性能、高导电率银铜合金丝材通常以钎焊料广泛应用于电子、电气、电工和机械等领域。然而，银含量较高的高性能镀锡银铜丝材则以熔断丝应用于高分段玻璃保险管。熔断丝作为高分段玻璃保险管的重要组成安全元件，需要在任何时候都能保证电路安全以及电路其他零部件的安全，那么首先要保证自身性能的优越性，特别是在熔断丝发生熔断过程中不能发生持续拉弧、再次导通、燃烧、飞溅和爆炸等不安全因素，这就需要熔断丝材料自身具有良好的结构稳定性和安全性，同时具有优异的电学性能和机械性能。目前，高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝大部分来自美国、日本和德国等材料强国。随着我国电子信息元器件和终端产品的高速发展，使我国逐步成为高性能镀锡银铜合金熔断丝的需求大国，但我国在高分段保险管用高性能镀锡银铜合金熔断丝材技术研发方面起步较晚，母合金材料依赖进口。因此，开发一种具有高性能镀锡银铜合金熔断丝，显得极为重要。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝及其制备方法，该熔断丝具有优良的电学性能、机械性能和结构稳定性，可以满足高分段玻璃保险管的使用需求；该熔断丝的制备方法操作步骤简单，通过真空下引连铸技术直接制备出熔断丝合金母材(银铜合金细丝)，从而省去了传统合金材料浇铸、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。
为实现上述目的，本发明的技术方案是设计高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝，包括银铜合金细丝和镀锡层，所述银铜合金细丝包括如下质量组分：银45～55％，余量为铜，所述镀锡层厚度为11.5～12.0μm。
优选的技术方案是，所述镀锡银铜合金熔断丝的直径范围为0.180～0.190mm，所述镀锡银铜合金熔断丝的电阻值波动范围为1.030～1.040Ω/m，所述镀锡银铜合金熔断丝的抗拉强度≥700Mpa。
本发明高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝具有优良的电学性能、机械性能和结构稳定性，可以满足高分段玻璃保险管的使用需求，为国内高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝的发展奠定了基础。
为了便于上述高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝的顺利制备和应用，现提出高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝的制备方法，制备上述的高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝，包括如下步骤：a、原料配料；b、制备银铜合金浆料，将原料真空感应熔炼为银铜合金浆料；c、制备银铜合金杆，将银铜合金浆料利用下引连铸法制备成银铜合金杆；d、银铜合金杆的均匀化热处理；e、第一次冷拉拔和去应力退火；f、第二次冷拉拔和时效退火处理；g、第三次冷拉拔；h、熔断丝表面电镀锡。
本发明通过熔断丝银铜合金成分设计、控制熔断丝合金熔炼工艺、改善熔断丝合金退火方式的一系列优化，得到高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝，其中通过真空下引连铸技术直接制备出熔断丝合金母材(银铜合金细丝)，从而省去了传统合金材料浇铸、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。
优选地，所述步骤a具体包括：将高纯阴极电解铜和高纯银按照权利要求1所述的比例进行称量，其中高纯阴极电解铜和高纯银的纯度均在99.99％以上。
优选地，所述步骤b具体包括：将所述步骤a称量好的高纯阴极电解铜和高纯银置于石墨坩埚中，进行真空感应熔炼为银铜合金浆料，其中熔炼真空度为1×10-2Pa，熔炼温度为1100℃～1200℃，保护气氛为高纯氩气，熔炼时间为25～40min。在高纯氩气保护气氛中，将高纯阴极电解铜和高纯银电磁搅拌熔炼25～40min可以获得成分均匀、杂质含量较低的银铜合金浆料，为下一步下引连铸奠定基础。
优选地，所述步骤c具体包括：将所述步骤b熔炼好的银铜合金浆料在高纯氩气氛围下下引连铸制备成银铜合金杆，其中下引速度为1～3mm/s，停顿时间为0.5～1s，冷却方式为水冷，银铜合金杆的直径为11～12mm。采用真空下引连铸方法可以获得致密度高、合金缩松和宏观偏析较小的优质银铜合金杆，同时缩短银铜合金杆的制备加工流程，提高生产效率。
优选地，所述步骤d具体包括：将所述步骤c制备的银铜合金杆在退火炉中均匀化热处理，其中热处理温度为550～600℃，保温时间为0.5～1h，保护气氛为氢气。在氢气保护气氛中进行银铜合金杆的均匀化热处理，使均匀化热处理后的银铜合金杆表面无氧化层，同时均匀化热处理可以消除银铜合金杆内部的微观偏析，使银铜合金杆微观成分进一步扩散均匀，保证了下一步银铜合金杆的拉丝质量。
优选地，所述步骤e具体包括：将所述步骤d均匀热处理后的银铜合金杆第一次冷拉拔为银铜合金粗丝，银铜合金粗丝的直径为2.5～3.0mm；将银铜合金粗丝置于热处理炉中去应力退火，其中去应力退火温度为400～450℃，保温时间为1～1.2h，随炉冷却，保护气氛为氮气。银铜合金在400～450℃氮气保护气氛中，保温1～1.2h退火处理可消除银铜合金杆经单模拉丝为银铜合金粗丝产生的残余应力，保证了银铜合金粗丝的优良力学性能。
优选地，所述步骤f具体包括：将所述步骤e去应力退火后的银铜合金粗丝第二次冷拉拔为银铜合金初级细丝，银铜合金初级细丝的直径为1.0～1.1mm，第二次冷拉拔变形量为85％～90％；将银铜合金初级细丝在惰性气体保护炉中进行时效退火处理，其中时效退火处理温度为500～550℃，保温时间为1～1.2h，随炉冷却，保护气氛为氮气。时效退火处理的目的在于调质，以获得纳米纤维增强的银铜合金微观组织，使得银铜合金细丝具有优良的电学性能和机械性能，从而保证了高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝成品的优良稳定性。
优选地，所述步骤g具体包括：将所述步骤f时效退火处理后的银铜合金初级细丝第三次冷拉拔为银铜合金细丝成品，银铜合金细丝成品的直径为0.155～0.165mm，电阻值范围为1.05～1.15Ω/m，抗拉强度≥800MPa。
本发明的优点和有益效果在于：
1、本发明高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝具有优良的电学性能、机械性能和结构稳定性，可以满足高分段玻璃保险管的使用需求，为国内高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝的发展奠定了基础。
2、本发明通过熔断丝银铜合金成分设计、控制熔断丝合金熔炼工艺、改善熔断丝合金退火方式的一系列优化，得到高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝，其中通过真空下引连铸技术直接制备出熔断丝合金母材(银铜合金细丝)，从而省去了传统合金材料浇铸、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、在高纯氩气保护气氛中，将高纯阴极电解铜和高纯银电磁搅拌熔炼25～40min可以获得成分均匀、杂质含量较低的银铜合金浆料，为下一步下引连铸奠定基础。
4、采用真空下引连铸方法可以获得致密度高、合金缩松和宏观偏析较小的优质银铜合金杆，同时缩短银铜合金杆的制备加工流程，提高生产效率。
5、在氢气保护气氛中进行银铜合金杆的均匀化热处理，使均匀化热处理后的银铜合金杆表面无氧化层，同时均匀化热处理可以消除银铜合金杆内部的微观偏析，使银铜合金杆微观成分进一步扩散均匀，保证了下一步银铜合金杆的拉丝质量。
6、银铜合金在400～450℃氮气保护气氛中，保温1～1.2h退火处理可消除银铜合金杆经单模拉丝为银铜合金粗丝产生的残余应力，保证了银铜合金粗丝的优良力学性能。
7、时效退火处理的目的在于调质，以获得纳米纤维增强的银铜合金微观组织，使得银铜合金细丝具有优良的电学性能和机械性能，从而保证了高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝成品的优良稳定性。
附图说明
图1是本发明高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝的制备工艺流程图；
图2是实施例1中高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝的电镜扫描图；
图3是图2中H处局部放大的电镜扫描图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
采用本发明方法制备高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝，包括如下步骤：
a、原料配料，称量一定质量的高纯阴极电解铜和高纯银，其中银的比重为45％，余量为铜，高纯阴极电解铜和高纯银的纯度均在99.99％以上；
b、制备银铜合金浆料，将所述步骤a称量好的高纯阴极电解铜和高纯银置于石墨坩埚中，进行真空感应熔炼为银铜合金浆料，其中熔炼真空度为1×10-2Pa，熔炼温度为1150℃，保护气氛为高纯氩气，熔炼时间为30min；
c、制备银铜合金杆，将所述步骤b熔炼好的银铜合金浆料在高纯氩气氛围下下引连铸制备成银铜合金杆，其中下引速度为1.5mm/s，停顿时间为0.8s，冷却方式为水冷，银铜合金杆的直径为12mm；
d、银铜合金杆的均匀化热处理，将所述步骤c制备的银铜合金杆在退火炉中均匀化热处理，其中热处理温度为580℃，保温时间为0.5h，保护气氛为氢气；
e、第一次冷拉拔和去应力退火，将所述步骤d均匀热处理后的银铜合金杆第一次冷拉拔为银铜合金粗丝，银铜合金粗丝的直径为3.0mm；将银铜合金粗丝置于热处理炉中去应力退火，其中去应力退火温度为430℃，保温时间为1h，随炉冷却，保护气氛为氮气；
f、第二次冷拉拔和时效退火处理，将所述步骤e去应力退火后的银铜合金粗丝第二次冷拉拔为银铜合金初级细丝，银铜合金初级细丝的直径为1.0mm，第二次冷拉拔变形量为85％；将银铜合金初级细丝在惰性气体保护炉中进行时效退火处理，其中时效退火处理温度为520℃，保温时间为1h，随炉冷却，保护气氛为氮气；
g、第三次冷拉拔，将所述步骤f时效退火处理后的银铜合金初级细丝第三次冷拉拔为银铜合金细丝成品，银铜合金细丝成品的直径为0.162mm，电阻值范围为1.112Ω/m，抗拉强度890Mpa；
h、熔断丝表面电镀锡，将银铜合金细丝成品进行表面电镀锡，锡层厚度为11.53μm，电镀后高性能镀锡银铜合金熔断丝直径为0.182mm，电阻为1.036Ω/m，抗拉强度为720Mpa，高性能镀锡银铜合金熔断丝的电镜扫描结果参见图2和图3，电子显微镜型号为日本JSM-7001F。
实施例2
采用本发明方法制备高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝，制备工艺参见附图1，包括如下步骤：
a、原料配料，称量一定质量的高纯阴极电解铜和高纯银，其中银的比重为50％，余量为铜，高纯阴极电解铜和高纯银的纯度均在99.99％以上；
b、制备银铜合金浆料，将所述步骤a称量好的高纯阴极电解铜和高纯银置于石墨坩埚中，进行真空感应熔炼为银铜合金浆料，其中熔炼真空度为1×10-2Pa，熔炼温度为1100℃，保护气氛为高纯氩气，熔炼时间为25min；
c、制备银铜合金杆，将所述步骤b熔炼好的银铜合金浆料在高纯氩气氛围下下引连铸制备成银铜合金杆，其中下引速度为3mm/s，停顿时间为1s，冷却方式为水冷，银铜合金杆的直径为11.5mm；
d、银铜合金杆的均匀化热处理，将所述步骤c制备的银铜合金杆在退火炉中均匀化热处理，其中热处理温度为550℃，保温时间为40min，保护气氛为氢气；
e、第一次冷拉拔和去应力退火，将所述步骤d均匀热处理后的银铜合金杆第一次冷拉拔为银铜合金粗丝，银铜合金粗丝的直径为2.8mm；将银铜合金粗丝置于热处理炉中去应力退火，其中去应力退火温度为450℃，保温时间为1.1h，随炉冷却，保护气氛为氮气；
f、第二次冷拉拔和时效退火处理，将所述步骤e去应力退火后的银铜合金粗丝第二次冷拉拔为银铜合金初级细丝，银铜合金初级细丝的直径为1.05mm，第二次冷拉拔变形量为88％；将银铜合金初级细丝在惰性气体保护炉中进行时效退火处理，其中时效退火处理温度为530℃，保温时间为1.1h，随炉冷却，保护气氛为氮气；
g、第三次冷拉拔，将所述步骤f时效退火处理后的银铜合金初级细丝第三次冷拉拔为银铜合金细丝成品，银铜合金细丝成品的直径为0.160mm，电阻值范围为1.108Ω/m，抗拉强度895Mpa；
h、熔断丝表面电镀锡，将银铜合金细丝成品进行表面电镀锡，锡层厚度为11.73μm，电镀后高性能镀锡银铜合金熔断丝直径为0.186mm，电阻为1.031Ω/m，抗拉强度为730Mpa，高性能镀锡银铜合金熔断丝电镜扫描结果与实施例1一致。
实施例3
采用本发明方法制备高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝，制备工艺参见附图1，包括如下步骤：
a、原料配料，称量一定质量的高纯阴极电解铜和高纯银，其中银的比重为55％，余量为铜，高纯阴极电解铜和高纯银的纯度均在99.99％以上；
b、制备银铜合金浆料，将所述步骤a称量好的高纯阴极电解铜和高纯银置于石墨坩埚中，进行真空感应熔炼为银铜合金浆料，其中熔炼真空度为1×10-2Pa，熔炼温度为1200℃，保护气氛为高纯氩气，熔炼时间为40min；
c、制备银铜合金杆，将所述步骤b熔炼好的银铜合金浆料在高纯氩气氛围下下引连铸制备成银铜合金杆，其中下引速度为2mm/s，停顿时间为0.5s，冷却方式为水冷，银铜合金杆的直径为11mm；
d、银铜合金杆的均匀化热处理，将所述步骤c制备的银铜合金杆在退火炉中均匀化热处理，其中热处理温度为600℃，保温时间为1h，保护气氛为氢气；
e、第一次冷拉拔和去应力退火，将所述步骤d均匀热处理后的银铜合金杆第一次冷拉拔为银铜合金粗丝，银铜合金粗丝的直径为2.5mm；将银铜合金粗丝置于热处理炉中去应力退火，其中去应力退火温度为400℃，保温时间为1.2h，随炉冷却，保护气氛为氮气；
f、第二次冷拉拔和时效退火处理，将所述步骤e去应力退火后的银铜合金粗丝第二次冷拉拔为银铜合金初级细丝，银铜合金初级细丝的直径为1.1mm，第二次冷拉拔变形量为90％；将银铜合金初级细丝在惰性气体保护炉中进行时效退火处理，其中时效退火处理温度为550℃，保温时间为1.2h，随炉冷却，保护气氛为氮气；
g、第三次冷拉拔，将所述步骤f时效退火处理后的银铜合金初级细丝第三次冷拉拔为银铜合金细丝成品，银铜合金细丝成品的直径为0.155mm，电阻值范围为1.128Ω/m，抗拉强度900Mpa；
h、熔断丝表面电镀锡，将银铜合金细丝成品进行表面电镀锡，锡层厚度为11.89μm，电镀后高性能镀锡银铜合金熔断丝直径为0.181mm，电阻为1.039Ω/m，抗拉强度为710Mpa，性能镀锡银铜合金熔断丝电镜扫描结果与实施例1一致。
表1实施例1～3中高性能镀锡银铜合金熔断丝的性能指标
实验结果表明：实施例1～3采用本发明方法制备的高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝的电阻值波动范围为1.030～1.040Ω/m；如图2～3所示，实施例1中电镜扫描结果显示该镀锡银铜合金熔断丝的围观结构均匀致密，镀锡银铜合金熔断丝的抗拉强度≥700Mpa。
综上所述，该方法制备的高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝具有优良的电学性能、机械性能和结构稳定性，实现了发明目的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝，其特征在于，包括银铜合金细丝和镀锡层，所述银铜合金细丝包括如下质量组分：银45～55％，余量为铜，所述镀锡层厚度为11.5～12.0μm。
2.如权利要求1所述的高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝，其特征在于，所述镀锡银铜合金熔断丝的直径范围为0.180～0.190mm，所述镀锡银铜合金熔断丝的电阻值波动范围为1.030～1.040Ω/m，所述镀锡银铜合金熔断丝的抗拉强度≥700Mpa。
3.高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝的制备方法，其特征在于，制备如权利要求1～2任意一项所述的高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝，包括如下步骤：a、原料配料；b、制备银铜合金浆料，将原料真空感应熔炼为银铜合金浆料；c、制备银铜合金杆，将银铜合金浆料利用下引连铸法制备成银铜合金杆；d、银铜合金杆的均匀化热处理；e、第一次冷拉拔和去应力退火；f、第二次冷拉拔和时效退火处理；g、第三次冷拉拔；h、熔断丝表面电镀锡。
4.如权利要求3所述的高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝的制备方法，其特征在于，所述步骤a具体包括：将高纯阴极电解铜和高纯银按照权利要求1所述的比例进行称量，其中高纯阴极电解铜和高纯银的纯度均在99.99％以上。
5.如权利要求4所述的高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝的制备方法，其特征在于，所述步骤b具体包括：将所述步骤a称量好的高纯阴极电解铜和高纯银置于石墨坩埚中，进行真空感应熔炼为银铜合金浆料，其中熔炼真空度为1×10-2Pa，熔炼温度为1100℃～1200℃，保护气氛为高纯氩气，熔炼时间为25～40min。
6.如权利要求5所述的高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝的制备方法，其特征在于，所述步骤c具体包括：将所述步骤b熔炼好的银铜合金浆料在高纯氩气氛围下下引连铸制备成银铜合金杆，其中下引速度为1～3mm/s，停顿时间为0.5～1s，冷却方式为水冷，银铜合金杆的直径为11～12mm。
7.如权利要求6所述的高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝的制备方法，其特征在于，所述步骤d具体包括：将所述步骤c制备的银铜合金杆在退火炉中均匀化热处理，其中热处理温度为550～600℃，保温时间为0.5～1h，保护气氛为氢气。
8.如权利要求7所述的高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝的制备方法，其特征在于，所述步骤e具体包括：将所述步骤d均匀热处理后的银铜合金杆第一次冷拉拔为银铜合金粗丝，银铜合金粗丝的直径为2.5～3.0mm；将银铜合金粗丝置于热处理炉中去应力退火，其中去应力退火温度为400～450℃，保温时间为1～1.2h，随炉冷却，保护气氛为氮气。
9.如权利要求8所述的高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝的制备方法，其特征在于，所述步骤f具体包括：将所述步骤e去应力退火后的银铜合金粗丝第二次冷拉拔为银铜合金初级细丝，银铜合金初级细丝的直径为1.0～1.1mm，第二次冷拉拔变形量为85％～90％；将银铜合金初级细丝在惰性气体保护炉中进行时效退火处理，其中时效退火处理温度为500～550℃，保温时间为1～1.2h，随炉冷却，保护气氛为氮气。
10.如权利要求9所述的高分段玻璃保险管用镀锡银铜合金熔断丝的制备方法，其特征在于，所述步骤g具体包括：将所述步骤f时效退火处理后的银铜合金初级细丝第三次冷拉拔为银铜合金细丝成品，银铜合金细丝成品的直径为0.155～0.165mm，电阻值范围为1.05～1.15Ω/m，抗拉强度≥800MPa。
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