CN110808124A - 一种超柔高导电绞合导电体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超柔高导电绞合导电体的制备方法，通过在高纯度铜金属导体中加入锰、铈等轻稀土金属，充分利用铈等轻稀土金属铈族元素制作合金时，能够大幅度提高金属的弹性、韧性和强度的特性，通过真空熔炼，快速凝固、热挤、冷压、时效等工艺获取高导电高强度铜合金，铜合金抗拉强度600N/mm2，是普通铜导体的两倍，导电率可达101.3％(IACS)，导电率超过普通铜导体20％以上，以该铜合金为主要材料，通过拉丝、镀层、绞合等工艺制造的绞合导电体，具有良好的机械性能，同时导体材料强度相对普通铜导体大幅度增加，可以满足电缆绝缘挤出、组件焊接、压接等加工要求，提高了同类产品的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电缆材料制造技术领域，特别是指一种超柔高导电绞合导电体的制备方法。
背景技术
随着国防科技的快速发展，武器装备对特种电缆的技术水平提出了更高的要求，重量轻，柔软性好、可靠性高等特点，电缆导体是电缆结构中最为重要的组成部分，目前我国电缆导体的制造工艺不能满足特种电缆产品的研制开发需求，在高端导体材料的研发能力远远落后于欧美发达国家，本专利是通过多方电缆材料、电缆设备和电缆导体制造厂商共同研制开发的一种高性能材料。
目前我国高性能绞合导体最小单丝直径为0.051mm，其材质为镀银导体，在电缆制造及其组件加工中，受其材料强度影响，加工过程中导体圆整性差、松散，缥股等现象，严重时会出现断股，直接影响了产品的后续加工质量。需要提出一种新的高性能材料，具有柔软性，结构紧凑、导电性优越和机械物理性能好等特点，适合我国国防工业对电子线缆产品的高可靠要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种超柔高导电绞合导电体的制备方法。
基于上述目的本发明提供的一种超柔高导电绞合导电体的制备方法，包括以下步骤：
合金熔炼：将99.95％以上的电解铜按重量比加入0.8％锰，0.02％铈，放入充入氦气的真空熔炼炉在1350℃高温熔炼60min，得到合金铜液；
将合金铜液在1100℃～1120℃温度下通过连续浇铸后快速凝固形成直径为128mm圆柱形铜合金铸锭；
将合金铸锭放入温度为880℃～920℃的加热炉中保温40min，依次进行热挤、固熔、一次冷拉、时效处理和二次冷拉处理，制成直径为8.0mm的圆柱状铜合金；
通过第一连续拉丝退火工艺将直径为8.0mm的圆柱状铜合金拉制成直径为1.0mm的合金铜丝；
通过第二连续拉丝退火工艺将直径为1.0mm的合金铜丝根据需求拉制成直径为0.02mm～0.08mm的合金细丝；
在合金细丝在镀上厚度0.5um～3um的金属镀层；
以节径比6～8、方向为S向将多股合金细丝导体绞合成导体单元，使导体紧压系数控制在0.94～0.96；
将绞合好的导体单元按1+6或1+6+12正规排列，内外层均为S向，以节径比10～12绞合，使导体紧压系数控制在0.90～0.92，制成超柔高导电绞合导电体。
优选地，通过第一连续拉丝退火工艺将直径为8.0mm的圆柱状铜合金拉制成直径为1.0mm的合金铜丝时，本方法进一步包括：
通过大拉机或中拉机进行第一连续拉丝退火工艺，且将中拉速度控制在100m～300m/min,退火温度控制在700℃～750℃。
优选地，通过第二连续拉丝退火工艺将直径为1.0mm的合金铜丝根据需求拉制成直径为0.02mm～0.08mm的合金细丝时，本方法进一步包括：
通过小拉机进行第二连续拉丝退火工艺，且将小拉速度控制在1000m～3000m/min,退火温度控制在650℃～700℃。
优选地，通过第二连续拉丝退火工艺将直径为1.0mm的合金铜丝根据需求拉制成直径为0.02mm～0.08mm的合金细丝时，本方法进一步包括：
在第二连续拉丝退火工艺中使用拉丝液，拉丝液以液蜡+硬脂酸辛酯、水溶性含磷化合物、环氧乙烷环氧丙烷嵌断共聚物、有机胺化合物+磷酸盐等按重量比90：5：3：2组分混合制备而成。
优选地，以节径比6～8、方向为S向将多股合金细丝导体绞合成导体单元，使导体紧压系数控制在0.94～0.96时，本方法进一步包括：
使用200型及以下高速绞线机进行绞合，放线装置采用主动放线张力恒定控制系统，放线张力控制范围0.5N～2N，张力控制精度公差在±0.1N，节距范围在1mm～5mm，节距精度控制在±0.03mm，制成导体单元后后再采用紧压模具进行紧压。
优选地，将绞合好的导体单元按1+6或1+6+12正规排列，内外层均为S向，以节径比10～12绞合，使导体紧压系数控制在0.90～0.92，制成超柔高导电绞合导电体时，本方法进一步包括：
使用1+6+12笼式绞线机绞合，放线盘采用磁滞主动放线控制，张力范围控制在5N～20N，张力精度公差控制在在±0.5N，制成超柔高导电绞合导电体后再采用紧压模具进行紧压。
优选地，在合金细丝在镀上厚度0.5um～3um的金属镀层时，镀层材料可采用锡、镍、银或其合金。
从上面所述可以看出，本发明提供的超柔高导电绞合导电体的制备方法，通过在高纯度铜金属导体中加入锰、铈等轻稀土金属，充分利用铈等轻稀土金属铈族元素制作合金时，能够大幅度提高金属的弹性、韧性和强度的特性。通过真空熔炼，快速凝固、热挤、冷压、时效等工艺获取高导电高强度铜合金，铜合金抗拉强度600N/mm2，是普通铜导体的两倍，导电率可达101.3％(IACS)，导电率介于银导体和铜导体之间，导电率超过普通铜导体20％以上，以该铜合金为主要材料，通过拉丝、镀层、绞合等工艺制造的绞合导电体，具有良好的机械性能，可在任意弯曲半径条件下反复弯曲2000以上不折断，保持良好的结构稳定性，同时导体材料强度相对普通铜导体大幅度增加，可以满足电缆绝缘挤出、组件焊接、压接等加工要求，提高了同类产品的可靠性，相对普通铜合金导体，较高的导电率使得相关产品重量大幅度降低，在航天、航空、电子以及通讯领域具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例的制备方法流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
一种超柔高导电绞合导电体的制备方法，如图1所示，本方法包括以下步骤：
S101合金熔炼：将99.95％以上的电解铜按重量比加入0.8％锰，0.02％铈，放入充入氦气的真空熔炼炉在1350℃高温熔炼60min，得到合金铜液；
制备合金铜液时也可加入其它轻稀土金属以及其它金属。
S102将合金铜液在1100℃～1120℃温度下通过连续浇铸后快速凝固形成直径为128mm圆柱形铜合金铸锭；
S103将合金铸锭放入温度为880℃～920℃的加热炉中保温40min，依次进行热挤、固熔、一次冷拉、时效处理和二次冷拉处理，制成直径为8.0mm的圆柱状铜合金；
S104通过第一连续拉丝退火工艺将直径为8.0mm的圆柱状铜合金拉制成直径为1.0mm的合金铜丝；
S105通过第二连续拉丝退火工艺将直径为1.0mm的合金铜丝根据需求拉制成直径为0.02mm～0.08mm的合金细丝；
S106在合金细丝在镀上厚度0.5um～3um的金属镀层，以提高导体的耐腐蚀、可焊性或温度等级；
S107以节径比6～8、方向为S向将多股合金细丝导体绞合成导体单元，使导体紧压系数控制在0.94～0.96；
S108将绞合好的导体单元按1+6或1+6+12正规排列，内外层均为S向，以节径比10～12绞合，使导体紧压系数控制在0.90～0.92，制成超柔高导电绞合导电体。
本发明提供一种全新的超柔高导电绞合导电体的制备方法，通过在高纯度铜金属导体中加入锰、铈等轻稀土金属，充分利用铈等轻稀土金属铈族元素制作合金时，能够大幅度提高金属的弹性、韧性和强度的特性。通过真空熔炼，快速凝固、热挤、冷压、时效等工艺获取高导电高强度铜合金，铜合金抗拉强度600N/mm2，是普通铜导体的两倍，导电率可达101.3％(IACS)，导电率介于银导体和铜导体之间，导电率超过普通铜导体20％以上，以该铜合金为主要材料，通过拉丝、镀层、绞合等工艺制造的绞合导体，具有良好的机械性能，可在任意弯曲半径条件下反复弯曲2000以上不折断，保持良好的结构稳定性，同时导体材料强度相对普通铜导体大幅度增加，可以满足电缆绝缘挤出、组件焊接、压接等加工要求，提高了同类产品的可靠性，相对普通铜合金导体，较高的导电率使得相关产品重量大幅度降低，在航天、航空、电子以及通讯领域具有良好的应用前景。
作为一种实施方式，通过第一连续拉丝退火工艺将直径为8.0mm的圆柱状铜合金拉制成直径为1.0mm的合金铜丝时，本方法进一步包括：
通过大拉机或中拉机进行第一连续拉丝退火工艺，且将中拉速度控制在100m～300m/min,退火温度控制在700℃～750℃。可以确保制得的合金铜丝物理性能满足绞线加工要求。
作为一种实施方式，通过第二连续拉丝退火工艺将直径为1.0mm的合金铜丝根据需求拉制成直径为0.02mm～0.08mm的合金细丝时，本方法进一步包括：
通过小拉机进行第二连续拉丝退火工艺，且将小拉速度控制在1000m～3000m/min,退火温度控制在650℃～700℃。可以确保制得的合金细丝物理性能满足绞线加工要求。
作为一种实施方式，通过第二连续拉丝退火工艺将直径为1.0mm的合金铜丝根据需求拉制成直径为0.02mm～0.08mm的合金细丝时，本方法进一步包括：
在第二连续拉丝退火工艺中使用拉丝液，所述拉丝液以液蜡+硬脂酸辛酯、水溶性含磷化合物、环氧乙烷环氧丙烷嵌断共聚物、有机胺化合物+磷酸盐等按重量比90：5：3：2组分混合制备而成。可以确保合金细丝拉丝加工质量，同时确保合金细丝的韧性，延展性等机械物理性能满足绞线加工要求。
作为一种实施方式，以节径比6～8、方向为S向将多股合金细丝导体绞合成导体单元，使导体紧压系数控制在0.94～0.96时，所述方法进一步包括：
使用200型及以下高速绞线机进行绞合，放线装置采用主动放线张力恒定控制系统，放线张力控制范围0.5N～2N，张力控制精度公差在±0.1N，节距范围在1mm～5mm，节距精度控制在±0.03mm，制成导体单元后后再采用紧压模具进行紧压。
可以使制得的导体单元外观圆整，排线整齐、节距稳定性好、无断丝跑股现象。
作为一种实施方式，将绞合好的导体单元按1+6或1+6+12正规排列，内外层均为S向，以节径比10～12绞合，使导体紧压系数控制在0.90～0.92，制成超柔高导电绞合导电体时，本方法进一步包括：
使用1+6+12笼式绞线机绞合，放线盘采用磁滞主动放线控制，张力范围控制在5N～20N，张力精度公差控制在在±0.5N，制成超柔高导电绞合导电体材料后再采用紧压模具进行紧压。可以确保制备出的超柔高导电绞合导电体材料结构紧凑，不松散，以免过度紧压造成导体损伤或破坏镀层。
作为一种实施方式，在合金细丝在镀上厚度0.5um～3um的金属镀层时，镀层材料可采用锡、镍、银或其合金。
本发明提出的超柔高导电绞合导电体制备方法至少具有如下优点：
1、本发明创造采用超细铜合金导体作为主体材料，丝径最小可达0.02mm，同时通过拉丝液配比以及退火等，保证铜合金导体在极小的外径下，有更优越的韧性、延展性和抗拉强度等机械物理性能，目前国内电缆使用的合金丝导体最小直径仅为0.10mm。
2、本发明专利提供了一种特殊的导线绞合方式，导体绞合采用先进的同向束绞和复绞绞合工艺，精心设计绞合节径比和紧压系数的关键参数，保证绞合导体的柔软性；
3、高导电性：本发明创造采用的铜合金材料具有优异的导电性，导电率可达101.3％(IACS)，略高于铜导体，导电率超过普通铜合金导体20％以上；
4、高强度：采用铜合金导体材料的强度相当于铜导体的两倍，对后续加工各工序工艺参数进行详细研究，保证绞合导体也具有达到了600N/mm2,在提高了导电性的基础上，绞合导体强度与普通铜合金导体相当。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种超柔高导电绞合导电体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
合金熔炼：将99.95％以上的电解铜按重量比加入0.8％锰，0.02％铈，放入充入氦气的真空熔炼炉在1350℃高温熔炼60min，得到合金铜液；
将合金铜液在1100℃～1120℃温度下通过连续浇铸后快速凝固形成直径为128mm圆柱形铜合金铸锭；
将合金铸锭放入温度为880℃～920℃的加热炉中保温40min，依次进行热挤、固熔、一次冷拉、时效处理和二次冷拉处理，制成直径为8.0mm的圆柱状铜合金；
通过第一连续拉丝退火工艺将直径为8.0mm的圆柱状铜合金拉制成直径为1.0mm的合金铜丝；
通过第二连续拉丝退火工艺将直径为1.0mm的合金铜丝根据需求拉制成直径为0.02mm～0.08mm的合金细丝；
在合金细丝在镀上厚度0.5um～3um的金属镀层；
以节径比6～8、方向为S向将多股合金细丝导体绞合成导体单元，使导体紧压系数控制在0.94～0.96；
将绞合好的导体单元按1+6或1+6+12正规排列，内外层均为S向，以节径比10～12绞合，使导体紧压系数控制在0.90～0.92，制成超柔高导电绞合导电体。
2.根据权利要求1所述的超柔高导电绞合导电体的制备方法，其特征在于，通过第一连续拉丝退火工艺将直径为8.0mm的圆柱状铜合金拉制成直径为1.0mm的合金铜丝时，所述方法进一步包括：
通过大拉机或中拉机进行第一连续拉丝退火工艺，且将中拉速度控制在100m～300m/min,退火温度控制在700℃～750℃。
3.根据权利要求1所述的超柔高导电绞合导电体的制备方法，其特征在于，通过第二连续拉丝退火工艺将直径为1.0mm的合金铜丝根据需求拉制成直径为0.02mm～0.08mm的合金细丝时，所述方法进一步包括：
通过小拉机进行第二连续拉丝退火工艺，且将小拉速度控制在1000m～3000m/min,退火温度控制在650℃～700℃。
4.根据权利要求1所述的超柔高导电绞合导电体的制备方法，其特征在于，通过第二连续拉丝退火工艺将直径为1.0mm的合金铜丝根据需求拉制成直径为0.02mm～0.08mm的合金细丝时，所述方法进一步包括：
在第二连续拉丝退火工艺中使用拉丝液，所述拉丝液以液蜡+硬脂酸辛酯、水溶性含磷化合物、环氧乙烷环氧丙烷嵌断共聚物、有机胺化合物+磷酸盐等按重量比90：5：3：2组分混合制备而成。
5.根据权利要求1所述的超柔高导电绞合导电体的制备方法，其特征在于，以节径比6～8、方向为S向将多股合金细丝导体绞合成导体单元，使导体紧压系数控制在0.94～0.96时，所述方法进一步包括：
使用200型及以下高速绞线机进行绞合，放线装置采用主动放线张力恒定控制系统，放线张力控制范围0.5N～2N，张力控制精度公差在±0.1N，节距范围在1mm～5mm，节距精度控制在±0.03mm，制成导体单元后后再采用紧压模具进行紧压。
6.根据权利要求1所述的超柔高导电绞合导电体的制备方法，其特征在于，将绞合好的导体单元按1+6或1+6+12正规排列，内外层均为S向，以节径比10～12绞合，使导体紧压系数控制在0.90～0.92，制成超柔高导电绞合导电体时，所述方法进一步包括：
使用1+6+12笼式绞线机绞合，放线盘采用磁滞主动放线控制，张力范围控制在5N～20N，张力精度公差控制在在±0.5N，制成超柔高导电绞合导电体后再采用紧压模具进行紧压。
7.根据权利要求1所述的超柔高导电绞合导电体的制备方法，其特征在于，在合金细丝在镀上厚度0.5um～3um的金属镀层时，镀层材料可采用锡、镍、银或其合金。
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Denomination of invention: A preparation method for ultra flexible and highly conductive twisted conductors Granted publication date: 20201030 Pledgee: Gaogou Branch of Anhui Wuwei Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: Anhui ruizhixing Electronic Technology Group Co.,Ltd. Registration number: Y2024980018811 |
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