CN112271012A - 一种高强度高导电铜银合金接触线及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强度高导电铜银合金接触线及其制备方法，该铜银合金接触线的化学成分为Ag 0.02‑0.15wt%，Ca 0.01‑0.15wt%，La 0.002‑0.01wt%，余量是Cu和不可避免的杂质，且所述铜银合金接触线的化学成分按照Cu、Ag、Ca、La依次分批加入熔炼，后经上引连铸、连续挤压、拉拔成型制备而成。本发明的铜银合金接触线具有高的强度和良好的导电性能，制备方法简单、生产效率高。

Description

一种高强度高导电铜银合金接触线及其制备方法
技术领域
本发明属于合金材料技术领域，具体涉及一种高强度高导电铜银合金接触线及其制备方法。
背景技术
接触线是电气化铁路的生命线，通过弓网受流方式将电能源源不断的传输给电力机车。随着电气化铁路的不断提速，在要求接触线材料具有良好导电性的同时，还应具有高的抗拉强度、抗软化性能。铜银合金接触线是电气化铁路接触网中供电类导线的一种，具有优良的导电性能，但抗拉强度低，目前只能用于时速200公里以下的电气化铁道上。另外，银属于贵金属，价格昂贵、生产成本高，限制了铜银合金接触线的应用。因此，在提高铜银接触线抗拉强度的同时确保高导电率，成为当前重要的研究方向。
另外，在铜银合金接触线的制备方法中一般按原料配比一次性加入熔炼炉中熔炼，例如中国专利CN102867595A将原料（铜、银、铟、碲）按配比置于真空熔炼炉中，熔炼成铜银合金锭，但这种一次性加入原料的方式不利于不同合金元素之间的融合，易出现烧损，铜合金熔液成分的均匀性差。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强度高导电铜银合金接触线及其制备方法，所制备的铜银合金接触线既能满足高导电的性能要求，还可以提高抗拉强度。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种高强度高导电铜银合金接触线，所述铜银合金接触线包括以下化学成分：Ag 0.02-0.16wt%，Ca 0.01-0.15wt%，La 0.002-0.01wt%，余量是Cu和不可避免的杂质，各组份的质量百分比总和为100%；所述铜银合金接触线的化学成分按照Cu、Ag、Ca、La依次分批加入熔炼，后经上引连铸、连续挤压、拉拔成型制备而成。
优选的，所述铜银合金接触线的抗拉强度为380-540MPa，导电率为90-100%IACS。
一种高强度高导电铜银合金接触线的制备方法，包括以下步骤：
（1）在熔炼炉中加入电解铜熔炼，并加入木炭、石墨鳞片覆盖剂。
（2）再加入纯银进行熔炼。
（3）再加入Cu-Ca中间合金进行熔炼。
（4）再加入Cu-La中间合金进行熔炼得到CuAgCaLa合金熔液。
（5）将结晶器直接深入步骤（4）制得的CuAgCaLa合金熔液中，将合金熔液上引连铸成合金杆。
（6）将步骤（5）得到的上引合金杆通过连续挤压机，挤压得到挤压合金杆。
（7）对经过步骤（7）处理的挤压合金杆杆进行多道拉拔，得到铜银合金接触线。
其中，步骤（1）-（5）中通入惰性气体保护。
优选的，一种高强度高导电铜银合金接触线的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）在熔炼炉中加入电解铜熔炼，并加入木炭、石墨鳞片覆盖剂，熔炼温度为1150-1200℃。
（2）再加入纯银熔炼，熔炼温度为1150-1250℃。
（3）再加入Cu-Ca中间合金熔炼，熔炼温度为1150-1180℃。
（4）再加入Cu-La中间合金熔炼，熔炼温度为1170-1250℃。
（5）将步骤（4）制得的CuAgCaLa合金熔液控制在1170-1250℃，将结晶器直接深入合金熔液中，将合金熔液上引连铸成合金杆，其中，上引速度100-300mm/min，上引铜杆直径18-32mm，结晶器冷却水进水温度18-36℃，结晶器冷却水出水温度22-50℃。
（6）将步骤（5）得到的上引合金杆通过连续挤压机，挤压成直径为18-36mm的挤压合金杆。
（7）根据所需接触线截面尺寸，对经过步骤（7）处理的挤压合金杆杆进行多道拉拔，得到相应型号的铜银合金接触线。
其中，步骤（1）-（5）中通入惰性气体保护。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
（1）与传统铜银合金接触线相比，本发明通过优化铜银合金接触线的成分配比，不仅保证了铜银合金接触线的导电性能，还提高了强度性能。
（2）本发明铜银合金接触线的制备方法操作简单、生产效率高，采用价格低廉的Ca替代部分昂贵的Ag元素，降低了产品生产成本。
（3）本发明的铜银合金接触线的化学成分按照Cu、Ag、Ca、La依次分批加入熔炼、后经上引连铸、连续挤压、拉拔成型制备而成，Cu作为铜合金主体先加入熔炼，后加入化学性能比较稳定的Ag，再加入比较活泼、易烧损的Ca可以减少烧损，待Cu、Ag、Ca合金充分融合后，最后加入La元素，有利于净化熔体，作为形核剂利于凝固时结晶。因此，按照本发明先后顺序加料有利于不同合金元素之间的融合，避免不必要的元素烧损净化熔体，提高铜合金熔液成分的均匀性。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种高强度高导电铜银合金接触线，包括以下化学成分：Ag 0.04wt%，Ca 0.02wt%，La0.002wt%，余量是Cu和不可避免的杂质，各组份的质量百分比总和为100%；所述铜银合金接触线的化学成分按照Cu、Ag、Ca、La依次分批加入熔炼，后经上引连铸、连续挤压、拉拔成型制备而成。
一种高强度高导电铜银合金接触线的制备方法，包括以下步骤：
（1）在熔炼炉中加入电解铜熔炼，并加入木炭、石墨鳞片覆盖剂，熔炼温度为1170℃。
（2）再加入纯银熔炼，熔炼温度为1160℃。
（3）再加入Cu-Ca中间合金熔炼，熔炼温度为1150℃。
（4）再加入Cu-La中间合金熔炼，得到CuAg0.04Ca0.02La0.002合金熔液，熔炼温度为1190℃。
（5）将步骤（4）制得的CuAg0.04Ca0.02La0.002合金熔液控制在1170-1250℃，将结晶器直接深入合金熔液中，将合金熔液上引连铸成合金杆，其中，上引速度255mm/min，上引铜杆直径20mm，结晶器冷却水进水温度22℃，结晶器冷却水出水温度28℃。
（6）将步骤（5）得到的上引合金杆通过连续挤压机，挤压成直径为23mm的挤压合金杆。
（7）根据所需接触线截面尺寸，对经过步骤（6）处理的挤压合金杆进行多道次的拉拔，得到150型号的铜银合金接触线。
其中，步骤（1）-（5）中通入惰性气体保护。
实施例2
一种高强度高导电铜银合金接触线，包括以下化学成分：Ag 0.08wt%，Ca 0.03wt%，La0.004wt%，余量是Cu和不可避免的杂质，各组份的质量百分比总和为100%；所述铜银合金接触线的化学成分按照Cu、Ag、Ca、La依次分批加入熔炼，后经上引连铸、连续挤压、拉拔成型制备而成。
按照实施例1工艺步骤（1）-（7），得到铜银合金接触线，其中步骤（5）中的上引速度240mm/min，上引铜杆直径23mm；步骤（6）中挤压成直径为25mm的挤压合金杆。
实施例3
一种高强度高导电铜银合金接触线，包括以下化学成分：Ag 0.10wt%，Ca 0.05wt%，La0.005wt%，余量是Cu和不可避免的杂质，各组份的质量百分比总和为100%；所述铜银合金接触线的化学成分按照Cu、Ag、Ca、La依次分批加入熔炼，后经上引连铸、连续挤压、拉拔成型制备而成。
按照实施例1工艺步骤（1）-（7），得到铜银合金接触线，其中步骤（5）中的上引速度220mm/min，上引铜杆直径25mm；步骤（6）中挤压成直径为28mm的挤压合金杆。
实施例4
一种高强度高导电铜银合金接触线，包括以下化学成分：Ag 0.13wt%，Ca 0.1wt%，La0.004wt%，余量是Cu和不可避免的杂质，各组份的质量百分比总和为100%；所述铜银合金接触线的化学成分按照Cu、Ag、Ca、La依次分批加入熔炼，后经上引连铸、连续挤压、拉拔成型制备而成。
按照实施例1制备方法步骤（1）-（7），得到铜银合金接触线，其中步骤（5）中的上引速度255mm/min，上引铜杆直径20mm；步骤（6）中挤压成直径为28mm的挤压合金杆。
实施例5
一种高强度高导电铜银合金接触线，包括以下化学成分Ag 0.15wt%，Ca 0.12wt%，La0.008wt%，余量是Cu和不可避免的杂质，各组份的质量百分比总和为100%；所述铜银合金接触线的化学成分按照Cu、Ag、Ca、La依次分批加入熔炼、后经上引连铸、连续挤压、拉拔成型制备而成。
按照实施例1制备方法步骤（1）-（7），得到铜银合金接触线，其中步骤（5）中的上引速度245mm/min，上引铜杆直径25mm；步骤（6）中挤压成直径为20mm的挤压合金杆。
对比例1
与实施例1的区别仅在于：将电解铜、纯银、Cu-Ca中间合金、Cu-La中间合金按配比一次性加入熔炼炉中。
对比例2
与实施例1的区别仅在于：制备方法的步骤（1）、（2）、（3）、（4）的顺序改为（1）、（4）、（2）、（3）。
相关性能检测参照TB/T2809-2017《电气化铁路用铜及铜合金接触线》中规定的试验方法进行，结果如下所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高强度高导电铜银合金接触线，其特征在于：所述铜银合金接触线包括以下化学成分：Ag 0.02-0.16wt%，Ca 0.01-0.15wt%，La 0.002-0.01wt%，余量是Cu和不可避免的杂质，各组份的质量百分比总和为100%；所述铜银合金接触线的化学成分按照Cu、Ag、Ca、La依次分批加入熔炼，后经上引连铸、连续挤压、拉拔成型制备而成。
2.根据权利要求1所述的高强度高导电铜银合金接触线，其特征在于：所述铜银合金接触线的抗拉强度为380-540MPa，导电率为90-100%IACS。
3.一种高强度高导电铜银合金接触线的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）在熔炼炉中加入电解铜熔炼，并加入木炭、石墨鳞片覆盖剂；
（2）再加入纯银进行熔炼；
（3）再加入Cu-Ca中间合金进行熔炼；
（4）再加入Cu-La中间合金进行熔炼得到CuAgCaLa合金熔液；
（5）将结晶器直接深入步骤（4）制得的CuAgCaLa合金熔液中，将合金熔液上引连铸成合金杆；
（6）将步骤（5）得到的上引合金杆通过连续挤压机，挤压得到挤压合金杆；
（7）对经过步骤（6）处理的挤压合金杆杆进行多道拉拔，得到铜银合金接触线；
其中，步骤（1）-（5）中通入惰性气体保护。
4.根据权利要求3所述的高强度高导电铜银合金接触线的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
（1）在熔炼炉中加入电解铜熔炼，并加入木炭、石墨鳞片覆盖剂，熔炼温度为1150-1200℃；
（2）再加入纯银熔炼，熔炼温度为1150-1250℃；
（3）再加入Cu-Ca中间合金熔炼，熔炼温度为1150-1180℃；
（4）再加入Cu-La中间合金熔炼，熔炼温度为1170-1250℃；
（5）将步骤（4）制得的CuAgCaLa合金熔液控制在1170-1250℃，将结晶器直接深入合金熔液中，将合金熔液上引连铸成合金杆，其中，上引速度250-500mm/min，上引铜杆直径18-32mm，结晶器冷却水进水温度18-36℃，结晶器冷却水出水温度22-50℃；
（6）将步骤（5）得到的上引合金杆通过连续挤压机，挤压成直径为18-36mm的挤压合金杆；
（7）根据所需接触线截面尺寸，对经过步骤（6）处理的挤压合金杆杆进行多道拉拔，得到相应型号的铜银合金接触线；
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