CN110828025A - 一种航天航空电缆用铜包铝合金复合导体及加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种航天航空电缆用铜包铝合金复合导体及加工工艺。铜包铝合金复合导体包括铜和铝合金，铝合金的化学成分的重量百分比为：0.03%≤硅≤0.15%、0.5%≤铁≤1.0%、0.05%≤锌≤0.1%、0.1%≤铜≤0.3%、0.05%≤镁≤0.1%、0.001%≤硼≤0.04%，0.2%≤稀土≤0.5%，其余为铝；铜包覆在铝合金材料外表面，铜是低氧铜，铜与铝合金材料的体积比为38%～42%；其加工工艺包括铝合金铸造、铜包铝合金水平连铸、拉线、退火、绞合五个工序，本发明产品具有高电导率，高抗拉强度、加工成导体稳定性好的优点，因而有较广的应用范围。

Description

一种航天航空电缆用铜包铝合金复合导体及加工工艺
技术领域
本发明涉及铜包铝合金复合导体领域，特别涉及一种航天航空电缆用铜包铝合金复合导体及加工工艺。
背景技术
随着航空航天系统的飞速发展，对航天航空用设备要求不断提高，对各种航空航天用电线电缆轻量化要求也越来越高，但目前市场上航天航空用电缆由于使用镀锡铜、镀银铜、铜合金等导体，相比较于铜包铝合金导体电缆整体重量较高，同时目前较常用的铜包铝合金导体，电阻较大且抗拉强度较低，无法满足大多数情况下对导体性能的使用要求。
发明内容
鉴于现有技术存在的不足，本发明以减低导体线芯重量为目标，提供了一种在尽量不影响线芯加工性能及电性能的情况下降低线芯重量和成本的航天航空电缆用铜包铝合金复合导体。
本发明的技术方案是：一种航天航空电缆用铜包铝合金复合导体，包括铜和铝合金材料，所述的铜是低氧铜，所述铜包覆在铝合金材料外表面，所述铝合金材料中的微量化学元素包括：硅、铁、锌、铜、镁、硼，其特征在于：所述铝合金材料中的微量化学元素还包括稀土元素；
所述铝合金材料的化学成分的重量百分比为：0.03%≤硅≤0.15%、0.5%≤铁≤1.0%、0.05%≤锌≤0.1%、0.1%≤铜≤0.3%、0.05%≤镁≤0.1%、0.001%≤硼≤0.04%，0.2%≤稀土≤0.5%，其余为铝；
所述铜与铝合金材料的体积比为38%～42%。
一种航天航空电缆用铜包铝合金复合导体的加工工艺，包括铝合金铸造、铜包铝合金水平连铸、拉线、退火、绞合五个工序；其特征在于，五个工序分别如下：
工序一：铝合金铸造：根据所述铝合金配方进行调配铸造加工，在750℃条件下制成铝熔体；
工序二：铜包铝合金水平连铸，即在氩气保护气体环境中水平连铸铜构成铜管，并将工序一制得的铝熔体通过芯管同步浇入铜管内连铸铝芯，在610℃条件下通过铝熔体与铜管之间的复合作用使铜管与铝芯实现冶金结合，获得铜包铝复合材料；
工序
Figure 702989DEST_PATH_IMAGE001
：拉线即拉拔：将工序二所获得的铜包铝复合材料使用拉拔机进行拉拔，拉拔时将拉拔机的塔轮浸泡在润滑液中，使用不同型号的模具，先大后小，先后经过大拉机、中拉机、小拉机，最终得到所需尺寸的铜包铝合金复合材料线材；
工序
Figure 915795DEST_PATH_IMAGE002
：退火镀锡工序：将工序三所获得的铜包铝复合材料线材通过退火管内加温、退火，再通过冷却、烘干、镀锡、收线工序完成镀锡，所述退火管内的温度分三段，三段温度分别为410℃、400℃、390℃，所述冷却水是常温水，所述的烘干温度200℃，所述镀锡温度为270℃，退火镀锡速度为120-150m/min；
工序
Figure 559266DEST_PATH_IMAGE003
：将工序
Figure 84313DEST_PATH_IMAGE002
所获得的铜包铝复合材料经过高速绞线机进行绞合完成铜包铝合金复合导体的制备；
所述工序
Figure 813235DEST_PATH_IMAGE002
中的加温、退火工序采用了一套酒精注射器装置进行加温、退火， 所述酒精注射装置包含一个导气管 、一个带阀门的漏斗 、一个酒精罐 、一个液位计 、导液管 、注液嘴 若干；
所述导液管 一端通过数根导液管支管 与数个注液嘴 连接，导液管 另一端通过开关阀门 与酒精罐 底端连接，在酒精罐 上分别设有导气管 、带阀门的漏斗 和液位计 ；
使用时，将空压机与导气管 连接，将数个注液嘴 分别连接在退火管 的进液口上；通过漏斗 将酒精注入所述酒精罐 内，液位计 控制酒精液面，利用空压机气压挤压酒精，酒精依次通过导液管 、数根导液管支管 和数个注液嘴 分别进入退火管 中，进入退火管 中的酒精在退火管 内410℃、400℃、390℃三段温度的作用下形成酒精蒸汽，不断产生的酒精蒸汽流将退火管内空气从退火管的进线口处排出，使得在尽量降低氧浓度状态下对铜包铝复合材料线材实现加温、退火工序，一方面使铜包铝复合材料线材表面避免氧化，另一方面还可以洗去上一工序铜包铝合金线材表面残留的润滑液，保证铜包铝复合材料在退火后晶格重排整齐且表面干净，为后续镀锡做好准备。
本发明的有益效果是：本发明的铜包铝合金导体由于使用了体积百分比为58%～62%的铝合金，相对于市场上的镀锡铜、镀银铜、铜合金等导体重量明显减轻约35%，但是由于外层有体积百分比为38%～42%的铜层，使之导电性能与铜导体性能相差无几，同时铝合金配方的调整特别是添加了稀土元素，使得铜包铝合金导体电阻率得到明显改善，同时抗拉强度及伸率得到较为明显改善，相较现有的铜包铝合金材料具有更好的加工性能和电性能。
本发明加工生产的铜包铝合金导体不但整体重量比镀锡铜、镀银铜、铜合金等同类产品明显减轻，而且稳定性好、绞合圆整、表面光滑，且其导电性能、抗拉强度、拉伸率均优于同类产品，不仅满足各种航空航天用电线电缆轻量化要求，同时该铜包铝线复合导体亦可应用于同轴电缆、电力电缆、电气装备电缆和电缆的编制屏蔽层的生产制造中。
本发明的拉拔工序是直接通过在润滑液浸泡下的塔轮进行拉丝，该阶段不退火，既有效避免破坏铜与铝合金结合层又保证经过拉丝后铜包铝合金导体表面光滑，有效的改善了加工性能。退火工序中在退火镀锡机进线口处采用酒精注射器确保铜包铝线复合材料线材在高温酒精蒸汽中进行退火，一方面避免铜线氧化，另一方面还可以洗去上一工序铜包铝合金线材表面残留的润滑液，保证铜包铝复合材料在退火后晶格重排整齐且表面干净，为后续镀锡做好准备。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明酒精注射器装置的结构示意图；
图3为图2的A处局部放大图。
具体实施方式
一种航天航空电缆用铜包铝合金复合导体，包括铜 1和铝合金材料2，所述的铜 1是低氧铜，所述铜 1包覆在铝合金材料2外表面，所述铝合金材料2中的微量化学元素包括：硅、铁、锌、铜、镁、硼，其特征在于：所述铝合金材料2中的微量化学元素还包括稀土元素；
所述铝合金材料2的化学成分的重量百分比为：0.03%≤硅≤0.15%、0.5%≤铁≤1.0%、0.05%≤锌≤0.1%、0.1%≤铜≤0.3%、0.05%≤镁≤0.1%、0.001%≤硼≤0.04%，0.2%≤稀土≤0.5%，其余为铝；
所述铜 1与铝合金材料2的体积比为38%～42%。
具体实施例：
如图1、图2、图3所示：一种航天航空电缆用铜包铝合金复合导体，包括铜1和铝合金2，所述的铜1是低氧铜，所述,铜1包覆在铝合金2材料外表面，铝合金2的化学成分的重量百分比为：硅0.10%、铁0.8%、锌0.06%、铜0.2%、镁0.05%、硼0.02%，稀0.4%，铝98.37%；铜1与铝合金2材料的体积比为40%。
一种航天航空电缆用铜包铝合金复合导体的加工工艺，步骤如下：
其加工工艺包括铝合金铸造、铜包铝合金水平连铸、拉线、退火、绞合五个工序；其特征在于，五个工序分别如下：
工序一：铝合金铸造：根据所述铝合金配方进行调配铸造加工，在750℃条件下制成铝熔体；
工序二：铜包铝合金水平连铸，即在氩气保护气体环境中水平连铸铜1构成铜管，并将工序一制得的铝熔体通过芯管同步浇入铜管内连铸铝芯，在610℃条件下通过铝熔体与铜管之间的复合作用使铜管与铝芯实现冶金结合，获得铜包铝复合材料；
工序
Figure 829732DEST_PATH_IMAGE001
：拉线即拉拔：将工序二所获得的铜包铝复合材料使用拉拔机进行拉拔，拉拔时将拉拔机的塔轮浸泡在润滑液中，使用不同型号的模具，先大后小，先后经过大拉机、中拉机、小拉机，最终得到所需尺寸的铜包铝合金复合材料线材；
工序
Figure 327710DEST_PATH_IMAGE002
：退火镀锡工序：将工序三所获得的铜包铝复合材料线材通过退火管9内加温、退火，再通过冷却、烘干、镀锡、收线工序完成镀锡，所述退火管9内的温度分三段，三段温度分别为410℃、400℃、390℃，所述冷却水是常温水，所述的烘干温度200℃，所述镀锡温度为270℃，退火镀锡速度为120-150m/min；
工序
Figure 286307DEST_PATH_IMAGE003
：将工序
Figure 236946DEST_PATH_IMAGE002
所获得的铜包铝复合材料经过高速绞线机进行绞合完成铜包铝合金复合导体的制备；
所述工序
Figure 57134DEST_PATH_IMAGE002
中的加温、退火工序采用了一套酒精注射器装置进行加温、退火， 所述酒精注射装置包含一个导气管3、一个带阀门的漏斗4、一个酒精罐5、一个液位计6、导液管7、注液嘴8若干；
所述导液管7一端通过数根导液管支管7-1与数个注液嘴8连接，导液管7另一端通过开关阀门7-2与酒精罐5底端连接，在酒精罐5上分别设有导气管3、带阀门的漏斗4和液位计6；
使用时，将空压机与导气管3连接，将数个注液嘴8分别连接在退火管9的进液口上；通过漏斗4将酒精注入所述酒精罐5内，液位计6控制酒精液面，利用空压机气压挤压酒精，酒精依次通过导液管7、数根导液管支管7-1和数个注液嘴8分别进入退火管9中，进入退火管9中的酒精在退火管9内410℃、400℃、390℃三段温度的作用下形成酒精蒸汽，不断产生的酒精蒸汽流将退火管9内空气从退火管9的进线口处排出，使得在尽量降低氧浓度状态下对铜包铝复合材料线材实现加温、退火工序，一方面使铜包铝复合材料线材表面避免氧化，另一方面还可以洗去上一工序铜包铝合金线材表面残留的润滑液，保证铜包铝复合材料在退火后晶格重排整齐且表面干净，为后续镀锡做好准备。

Claims (3)

1.一种航天航空电缆用铜包铝合金复合导体，包括铜（1）和铝合金材料（2），所述的铜（1）是低氧铜，所述铜（1）包覆在铝合金材料（2）外表面，所述铝合金材料（2）中的微量化学元素包括：硅、铁、锌、铜、镁、硼，其特征在于：所述铝合金材料（2）中的微量化学元素还包括稀土元素；
所述铝合金材料（2）的化学成分的重量百分比为：0.03%≤硅≤0.15%、0.5%≤铁≤1.0%、0.05%≤锌≤0.1%、0.1%≤铜≤0.3%、0.05%≤镁≤0.1%、0.001%≤硼≤0.04%，0.2%≤稀土≤0.5%，其余为铝；
所述铜（1）与铝合金材料（2）的体积比为38%～42%。
2.根据权利要求1所述的一种航天航空电缆用铜包铝合金复合导体，其特征在于：所述铝合金材料（2）的化学成分的重量百分比为：硅0.10%、铁0.8%、锌0.06%、铜0.2%、镁0.05%、硼0.02%，稀0.4%，铝98.37%。
3.一种采用权利要求1所述的航天航空电缆用铜包铝合金复合导体的加工工艺，包括铝合金铸造、铜包铝合金水平连铸、拉线、退火、绞合五个工序；其特征在于，五个工序分别如下：
工序一：铝合金铸造：根据所述铝合金配方进行调配铸造加工，在750℃条件下制成铝熔体；
工序二：铜包铝合金水平连铸，即在氩气保护气体环境中水平连铸铜（1）构成铜管，并将工序一制得的铝熔体通过芯管同步浇入铜管内连铸铝芯，在610℃条件下通过铝熔体与铜管之间的复合作用使铜管与铝芯实现冶金结合，获得铜包铝复合材料；
工序三：拉线即拉拔：将工序二所获得的铜包铝复合材料使用拉拔机进行拉拔，拉拔时将拉拔机的塔轮浸泡在润滑液中，使用不同型号的模具，先大后小，先后经过大拉机、中拉机、小拉机，最终得到所需尺寸的铜包铝合金复合材料线材；
工序
Figure 499874DEST_PATH_IMAGE002
：退火镀锡工序：将工序三所获得的铜包铝复合材料线材通过退火管（9）内加温、退火，再通过冷却、烘干、镀锡、收线工序完成镀锡，所述退火管（9）内的温度分三段，三段温度分别为410℃、400℃、390℃，所述冷却水是常温水，所述的烘干温度200℃，所述镀锡温度为270℃，退火镀锡速度为120-150m/min；
工序
Figure 620277DEST_PATH_IMAGE004
：将工序
Figure 400014DEST_PATH_IMAGE002
所获得的铜包铝复合材料经过高速绞线机进行绞合完成铜包铝合金复合导体的制备；
所述工序
Figure 716595DEST_PATH_IMAGE002
中的加温、退火工序采用了一套酒精注射器装置进行加温、退火， 所述酒精注射装置包含一个导气管（3）、一个带阀门的漏斗（4）、一个酒精罐（5）、一个液位计（6）、导液管（7）、注液嘴（8）若干；
所述导液管（7）一端通过数根导液管支管（7-1）与数个注液嘴（8）连接，导液管（7）另一端通过开关阀门（7-2）与酒精罐（5）底端连接，在酒精罐（5）上分别设有导气管（3）、带阀门的漏斗（4）和液位计（6）；
使用时，将空压机与导气管（3）连接，将数个注液嘴（8）分别连接在退火管（9）的进液口上；通过漏斗（4）将酒精注入所述酒精罐（5）内，液位计（6）控制酒精液面，利用空压机气压挤压酒精，酒精依次通过导液管（7）、数根导液管支管（7-1）和数个注液嘴（8）分别进入退火管（9）中，进入退火管（9）中的酒精在退火管（9）内410℃、400℃、390℃三段温度的作用下形成酒精蒸汽，不断产生的酒精蒸汽流将退火管（9）内空气从退火管（9）的进线口处排出，使得在尽量降低氧浓度状态下对铜包铝复合材料线材实现加温、退火工序，一方面使铜包铝复合材料线材表面避免氧化，另一方面还可以洗去上一工序铜包铝合金线材表面残留的润滑液，保证铜包铝复合材料在退火后晶格重排整齐且表面干净，为后续镀锡做好准备。
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