CN111809078A - 一种复合铜银合金导线及其制备方法 - Google Patents

一种复合铜银合金导线及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合铜银合金导线及其制备方法，所述复合铜银合金导线，包括以下重量百分比的原料：银粉8％～10％、石墨烯0.1％～0.8％、余量为铜粉；其制备方法包括以下步骤：S1、准备导线原料；S2、将银粉和铜粉加入到球磨机中，并加入银粉和铜粉总质量1％～1.8％的球磨助剂，通入氩气保护，球磨15～20h，得复合粉料；S3、将复合粉料加入到真空熔炼炉内，抽真空，通入氩气保护，熔炼得熔炼液；S4、利用氩气将石墨烯喷吹进入熔炼炉内，程序降温，浇注，即得复合铜银合金棒；S5、拉丝，得复合铜银合金导线。本发明提出的导线，成本低，制备方法操作简单，制得的导线银含量低，兼具优良的抗拉伸强度和电导率。

Description

一种复合铜银合金导线及其制备方法
技术领域
本发明涉及合金材料技术领域，尤其涉及一种复合铜银合金导线及其制备方法。
背景技术
导线是指用作电线电缆的材料。一般由铜或铝制成，也有用银线所制，用来疏导电流或者是导热。由于现有的单成分导线的强度一般较弱，对于大型高速涡轮发电机转子、高强度磁体系统等需要高强度导线的场所无法适用。经过研究人员的研究发现，合理比例的铜银合金可以得到具有良好力学性能的导线，因此铜银合金被广泛应用于需求高强度导线的领域。但铜银合金的成分中，银比例的增加可以提高导线的抗拉伸强度，但会使得导线的电导率显著降低，在抗拉伸强度达到1.5GPa时，电导率仅有65％IACS。基于现有技术中存在的不足，本发明提出了一种复合铜银合金导线及其制备方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有铜银合金导线的抗拉伸强度和电导率很难同时达到较高水准的问题，而提出的一种复合铜银合金导线及其制备方法。
一种复合铜银合金导线，包括以下重量百分比的原料：银粉8％～10％、石墨烯0.1％～0.8％、余量为铜粉，所述石墨烯粉末利用氩气喷吹进入熔炼银粉和铜粉的熔炼液内，使其均匀分散。
本发明还提出了一种复合铜银合金导线的制备方法，包括以下步骤：
S1、准备导线原料：按照重量百分比计，银粉8％～10％、石墨烯0.1％～0.8％、余量为铜粉，分别称取银粉、石墨烯和铜粉，备用；
S2、制备复合粉料：将步骤S1称取的银粉和铜粉加入到球磨机中，并加入银粉和铜粉总质量1％～1.8％的球磨助剂，通入氩气保护，球磨15～20h，得复合粉料；
S3、制备熔炼液：将步骤S2得到的复合粉料加入到真空熔炼炉内，抽真空，待炉内真空度达到1Pa时，通入氩气保护，气压在0.04～0.05MPa，加大功率，使炉内温度达到1000℃，保持5～10min，以20℃/min的速度升温至1100～1200℃，熔炼10～15min，即得熔炼液；
S4、混入石墨烯：利用氩气将步骤S1称取的石墨烯喷吹进入熔炼炉内，继续搅拌5min，程序降温至900～950℃，浇注，即得复合铜银合金棒；
S5、拉丝：对步骤S4制备得到的复合铜银合金棒进行拉丝操作，每道次变形量为10％～12％，拉丝结束即得复合铜银合金导线。
优选的，步骤S1中，所述铜的纯度大于99.9％，所述银的纯度大于99.9％。
优选的，所述导线原料按照重量百分比为：银9％、石墨烯0.5％、铜90.5％。
优选的，步骤S2中，所述球磨助剂为质量比为100：2～7：1～1.8的无水乙醇、二烷基二硫代氨基甲酸钼和十二烷基苯磺酸钠复配而成。
优选的，步骤S2中，所述球磨助剂为质量比为100：5：1.4的无水乙醇、二烷基二硫代氨基甲酸钼和十二烷基苯磺酸钠复配而成。
优选的，步骤S2中，所述球磨的温度为20～30℃、转速为200～280r/min。
优选的，步骤S4中，所述程序降温的程序为：0～10min以10℃/min的速度降温，10min后以5℃/min的速度降温至980℃，再以2℃/min的速度降温至浇注前所需的温度
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明提出的制备方法，在复合粉料在进行熔炼时，通过氩气喷吹石墨烯进入到铜银的合金熔炼液内，然后均匀分散在铜银合金柱体内，进而同时提高铜银合金线材的抗拉强度和电导率两种特性，经实验证明，石墨烯的加入可以使得导线抗拉伸强度达到1.5GPa以上的同时使得电导率达到75％IACS以上，且导线中银的含量最高仅需10％。
2、本发明提出的导线，制备方法操作简单，原料简单易得，成本低，以铜为主要原料，通过添加银来提高导线的抗拉伸强度，并通过合理比例石墨烯的加入以保证银在低含量添加时导线具有良好的导电率，有效解决现有铜银合金导线的抗拉伸强度和电导率很难同时达到较高水准的问题。
3、本发明提出的制备方法，铜和银在进行熔炼前先进行复合粉料的制备，既使得铜和银的比例保持一致，又能够保证熔炼过程的顺利进行，在熔炼过程中采用先快速升温再缓慢升温的方式，并在中间过渡温度时采用保持恒定不变的处理方式能够使得复合粉料更好的熔炼，在快速减少熔炼液中气体的同时还能避免温度升温过快导致的炉内沸腾的不利现象发生。
4、本发明还提出的制备方法，在进行银粉和铜粉的混合时，添加了由合理比例的无水乙醇、二烷基二硫代氨基甲酸钼和十二烷基苯磺酸钠复配而成球磨助剂，能够显著提高球磨速度和效率，使银粉和铜粉更易混合，使得最终制成的导线铜和银的比例保持稳定。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例1
本发明提出的一种复合铜银合金导线，包括以下重量百分比的原料：银粉8％、石墨烯0.8％、余量为铜粉，所述石墨烯粉末利用氩气喷吹进入熔炼银粉和铜粉的熔炼液内，使其均匀分散；
其制备方法，包括以下步骤：
S1、准备导线原料：按照重量百分比计，银粉8％、石墨烯0.8％、余量为铜粉，分别称取银粉、石墨烯和铜粉，备用；铜的纯度大于99.9％，所述银的纯度大于99.9％；
S2、制备复合粉料：将步骤S1称取的银粉和铜粉加入到球磨机中，并加入银粉和铜粉总质量1％的球磨助剂，通入氩气保护，球磨20h，球磨的温度为20℃、转速为280r/min，得复合粉料；所述球磨助剂为质量比为100：2：1的无水乙醇、二烷基二硫代氨基甲酸钼和十二烷基苯磺酸钠复配而成；
S3、制备熔炼液：将步骤S2得到的复合粉料加入到真空熔炼炉内，抽真空，待炉内真空度达到1Pa时，通入氩气保护，气压在0.05MPa，加大功率，使炉内温度达到1000℃，保持5min，以20℃/min的速度升温至1200℃，熔炼10min，即得熔炼液；
S4、混入石墨烯：利用氩气将步骤S1称取的石墨烯喷吹进入熔炼炉内，继续搅拌5min，采用如下程序降温：0～10min以10℃/min的速度降温，10min后以5℃/min的速度降温至980℃，再以2℃/min的速度降温至950℃，浇注，即得复合铜银合金棒；
S5、拉丝：对步骤S4制备得到的复合铜银合金棒进行拉丝操作，每道次变形量为10％，拉丝结束即得复合铜银合金导线。
实施例2
本发明提出的一种复合铜银合金导线，包括以下重量百分比的原料：银粉9％、石墨烯0.5％、余量为铜粉，所述石墨烯粉末利用氩气喷吹进入熔炼银粉和铜粉的熔炼液内，使其均匀分散；
其制备方法，包括以下步骤：
S1、准备导线原料：按照重量百分比计，银粉9％、石墨烯0.5％、余量为铜粉，分别称取银粉、石墨烯和铜粉，备用；铜的纯度大于99.9％，所述银的纯度大于99.9％；
S2、制备复合粉料：将步骤S1称取的银粉和铜粉加入到球磨机中，并加入银粉和铜粉总质量1.4％的球磨助剂，通入氩气保护，球磨18h，球磨的温度为25℃、转速为250r/min，得复合粉料；所述球磨助剂为质量比为100：5：1.4的无水乙醇、二烷基二硫代氨基甲酸钼和十二烷基苯磺酸钠复配而成；
S3、制备熔炼液：将步骤S2得到的复合粉料加入到真空熔炼炉内，抽真空，待炉内真空度达到1Pa时，通入氩气保护，气压在0.05MPa，加大功率，使炉内温度达到1000℃，保持10min，以20℃/min的速度升温至1200℃，熔炼10min，即得熔炼液；
S4、混入石墨烯：利用氩气将步骤S1称取的石墨烯喷吹进入熔炼炉内，继续搅拌5min，采用如下程序降温：0～10min以10℃/min的速度降温，10min后以5℃/min的速度降温至980℃，再以2℃/min的速度降温至950℃，浇注，即得复合铜银合金棒；
S5、拉丝：对步骤S4制备得到的复合铜银合金棒进行拉丝操作，每道次变形量为12％，拉丝结束即得复合铜银合金导线。
实施例3
本发明提出的一种复合铜银合金导线，包括以下重量百分比的原料：银粉10％、石墨烯0.1％、余量为铜粉，所述石墨烯粉末利用氩气喷吹进入熔炼银粉和铜粉的熔炼液内，使其均匀分散；
其制备方法，包括以下步骤：
S1、准备导线原料：按照重量百分比计，银粉10％、石墨烯0.1％、余量为铜粉，分别称取银粉、石墨烯和铜粉，备用；铜的纯度大于99.9％，所述银的纯度大于99.9％；
S2、制备复合粉料：将步骤S1称取的银粉和铜粉加入到球磨机中，并加入银粉和铜粉总质量1.8％的球磨助剂，通入氩气保护，球磨15h，球磨的温度为30℃、转速为200r/min，得复合粉料；所述球磨助剂为质量比为100：7：1.8的无水乙醇、二烷基二硫代氨基甲酸钼和十二烷基苯磺酸钠复配而成；
S3、制备熔炼液：将步骤S2得到的复合粉料加入到真空熔炼炉内，抽真空，待炉内真空度达到1Pa时，通入氩气保护，气压在0.04MPa，加大功率，使炉内温度达到1000℃，保持10min，以20℃/min的速度升温至1100℃，熔炼15min，即得熔炼液；
S4、混入石墨烯：利用氩气将步骤S1称取的石墨烯喷吹进入熔炼炉内，继续搅拌5min，采用如下程序降温：0～10min以10℃/min的速度降温，10min后以5℃/min的速度降温至980℃，再以2℃/min的速度降温至900℃，浇注，即得复合铜银合金棒；
S5、拉丝：对步骤S4制备得到的复合铜银合金棒进行拉丝操作，每道次变形量为12％，拉丝结束即得复合铜银合金导线。
对比例1
本发明提出的一种复合铜银合金导线，包括以下重量百分比的原料：银粉9％、余量为铜粉；
其制备方法，包括以下步骤：
S1、准备导线原料：按照重量百分比计，银粉9％、余量为铜粉，分别称取银粉和铜粉，备用；铜的纯度大于99.9％，所述银的纯度大于99.9％；
S2、制备复合粉料：将步骤S1称取的银粉和铜粉加入到球磨机中，并加入银粉和铜粉总质量1.4％的球磨助剂，通入氩气保护，球磨18h，球磨的温度为25℃、转速为250r/min，得复合粉料；所述球磨助剂为质量比为100：5：1.4的无水乙醇、二烷基二硫代氨基甲酸钼和十二烷基苯磺酸钠复配而成；
S3、制备熔炼液：将步骤S2得到的复合粉料加入到真空熔炼炉内，抽真空，待炉内真空度达到1Pa时，通入氩气保护，气压在0.05MPa，加大功率，使炉内温度达到1000℃，保持10min，以20℃/min的速度升温至1200℃，熔炼10min，即得熔炼液；
S4、制备复合铜银合金棒：采用如下程序降温：0～10min以10℃/min的速度降温，10min后以5℃/min的速度降温至980℃，再以2℃/min的速度降温至950℃，浇注，即得复合铜银合金棒；
S5、拉丝：对步骤S4制备得到的复合铜银合金棒进行拉丝操作，每道次变形量为12％，拉丝结束即得复合铜银合金导线。
对比例2
本发明提出的一种复合铜银合金导线，包括以下重量百分比的原料：银粉9％、石墨烯0.5％、余量为铜粉，所述石墨烯粉末利用氩气喷吹进入熔炼银粉和铜粉的熔炼液内，使其均匀分散；
其制备方法，包括以下步骤：S1、准备导线原料：按照重量百分比计，银粉9％、石墨烯0.5％、余量为铜粉，分别称取银粉、石墨烯和铜粉，备用；铜的纯度大于99.9％，所述银的纯度大于99.9％；
S2、制备复合粉料：将步骤S1称取的银粉和铜粉加入到球磨机中，并加入银粉和铜粉总质量1.4％的球磨助剂，通入氩气保护，球磨18h，球磨的温度为25℃、转速为250r/min，得复合粉料；所述球磨助剂为无水乙醇；
S3、制备熔炼液：将步骤S2得到的复合粉料加入到真空熔炼炉内，抽真空，待炉内真空度达到1Pa时，通入氩气保护，气压在0.05MPa，加大功率，使炉内温度达到1000℃，保持10min，以20℃/min的速度升温至1200℃，熔炼10min，即得熔炼液；
S4、混入石墨烯：利用氩气将步骤S1称取的石墨烯喷吹进入熔炼炉内，继续搅拌5min，采用如下程序降温：0～10min以10℃/min的速度降温，10min后以5℃/min的速度降温至980℃，再以2℃/min的速度降温至950℃，浇注，即得复合铜银合金棒；
S5、拉丝：对步骤S4制备得到的复合铜银合金棒进行拉丝操作，每道次变形量为12％，拉丝结束即得复合铜银合金导线。
对上述实施例1～3和对比例1、对比例2制备得到的导线进行性能检测，结果见下表：
Figure BDA0002593968540000091
实验结果显示，本发明提出的制备方法得到的导线在保证银含量较低的情况下，具有良好的抗拉伸强度和电导率，抗拉伸强度可以达到1.5GPa以上，电导率可以达到75％IACS以上。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种复合铜银合金导线，其特征在于，包括以下重量百分比的原料：银粉8％～10％、石墨烯0.1％～0.8％、余量为铜粉，所述石墨烯粉末利用氩气喷吹进入熔炼银粉和铜粉的熔炼液内，使其均匀分散。
2.一种如权利要求1所述的复合铜银合金导线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、准备导线原料：按照重量百分比计，银粉8％～10％、石墨烯0.1％～0.8％、余量为铜粉，分别称取银粉、石墨烯和铜粉，备用；
S2、制备复合粉料：将步骤S1称取的银粉和铜粉加入到球磨机中，并加入银粉和铜粉总质量1％～1.8％的球磨助剂，通入氩气保护，球磨15～20h，得复合粉料；
S3、制备熔炼液：将步骤S2得到的复合粉料加入到真空熔炼炉内，抽真空，待炉内真空度达到1Pa时，通入氩气保护，气压在0.04～0.05MPa，加大功率，使炉内温度达到1000℃，保持5～10min，以20℃/min的速度升温至1100～1200℃，熔炼10～15min，即得熔炼液；
S4、混入石墨烯：利用氩气将步骤S1称取的石墨烯喷吹进入熔炼炉内，继续搅拌5min，程序降温至900～950℃，浇注，即得复合铜银合金棒；
S5、拉丝：对步骤S4制备得到的复合铜银合金棒进行拉丝操作，每道次变形量为10％～12％，拉丝结束即得复合铜银合金导线。
3.根据权利要求2所述的一种复合铜银合金导线的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述铜的纯度大于99.9％，所述银的纯度大于99.9％。
4.根据权利要求2所述的一种复合铜银合金导线的制备方法，其特征在于，所述导线原料按照重量百分比为：银9％、石墨烯0.5％、铜90.5％。
5.根据权利要求2所述的一种复合铜银合金导线的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述球磨助剂为质量比为100：2～7：1～1.8的无水乙醇、二烷基二硫代氨基甲酸钼和十二烷基苯磺酸钠复配而成。
6.根据权利要求2所述的一种复合铜银合金导线的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述球磨助剂为质量比为100：5：1.4的无水乙醇、二烷基二硫代氨基甲酸钼和十二烷基苯磺酸钠复配而成。
7.根据权利要求2所述的一种复合铜银合金导线的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述球磨的温度为20～30℃、转速为200～280r/min。
8.根据权利要求2所述的一种复合铜银合金导线的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述程序降温的程序为：0～10min以10℃/min的速度降温，10min后以5℃/min的速度降温至980℃，再以2℃/min的速度降温至浇注前所需的温度。
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