CN112453352A - 一种柔性扁带连铸铜覆钢的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种柔性扁带连铸铜覆钢的制备方法，包括以下操作步骤：（1）对圆钢进行表面预处理后，然后采用模具对其进行塑形处理，制得椭圆异型钢；（2）将铜带或者铜环预置于椭圆异型钢之上，周边封闭，采用还原性气氛或真空保护方式送入工频感炉中加热，在保护性气氛下在椭圆异型钢表面冷却结晶形成冶金结合，制得椭圆铜覆钢；（3）将制得的椭圆铜覆钢采用模具，拉拔导出，形成扁铜覆钢，经过热处理后，得到柔性扁带连铸铜覆钢。本发明制得的柔性扁带连铸铜覆钢，有效的提升了铜覆钢的电气效果，降低了接地材料表面电极电位，解决了电位腐蚀问题；同时本发明解决了圆形向距形变化内应力无法消除问题，避免了铜层翘皮开裂现象。

Description

一种柔性扁带连铸铜覆钢的制备方法
技术领域
本发明属于新材料制备技术领域，具体而言是一种柔性扁带连铸铜覆钢的制备方法。
背景技术
目前大多数生产厂家通常采用电化学镀铜的原理使钢材表面镀一层铜或热镀锌钢作为接地材料，这样做出来的材料具有寿命短，持续完好性能差等缺陷，并且电镀铜覆钢表面铜层较薄，且有化学物质残留，易污染环境，同时热镀锌钢锌层较薄、锌较活泼，在土壤和接地电流作用下耐腐蚀性低，导致热镀锌钢接地网寿命低。这种工艺的产品生产环节环境污染严重，产品也不环保。
为了改变以上工艺存在的缺陷，研发出了采用铜覆钢圆形基体覆铜工艺，但是这种工艺存在着后续工序生产过程中扁结构轧型变形量过大且不均匀导致出现覆铜层或多或少的裂纹现象缺陷，并且采用多种方法均难以解决上述存在的缺陷。
发明内容
为了解决以上存在的问题，本发明提供一种应用于交通、石化、高铁、航天、智能电网、新能源等重要行业电气工程接地装置的柔性扁带连铸铜覆钢的制备方法，接地装置的安全主要取决于铜覆钢电气性能的稳定性，接地装置的稳定性主要依靠铜覆钢高导电性能与抗腐蚀性能。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种柔性扁带连铸铜覆钢的制备方法，包括以下操作步骤：
（1）对圆钢进行表面预处理后，然后采用模具对其进行塑形处理，制得椭圆异型钢，所述表面预处理包括处理液浸泡、时效处理和校直，所述处理液浸泡的时间为100-120min，处理液由以下重量份的组分制成：乙酸钾15-22份、六偏磷酸钠10-16份、氯化亚锰四水合物9-14份、水400-500份；
（2）将铜带或者铜环预置于椭圆异型钢之上，周边封闭，采用还原性气氛或真空保护方式送入工频感炉中加热，在保护性气氛下在椭圆异型钢表面冷却结晶形成冶金结合，制得椭圆铜覆钢，所述工频感炉中的加热温度为1100-1150℃，加热温度为1.5-2.5小时；
（3）将制得的椭圆铜覆钢采用模具，拉拔导出，形成扁铜覆钢，经过热处理后，得到柔性扁带连铸铜覆钢。
具体地，上述步骤（1）中，处理液的温度为65-75℃。
具体地，上述步骤（1）中，时效处理的具体操作为：将处理液浸泡后的圆钢加热到140-150℃，保持6-8小时。
具体地，上述步骤（1）中，校直是采用压力机对时效处理后的圆钢进行冷校直。
具体地，上述椭圆铜覆钢在进行步骤（3）操作前，将其放入350-400℃的炉中，保温处理25-35min。
具体地，上述步骤（3）中，热处理的温度为250-300℃，热处理的时间为30-40min。
由以上的技术方案可知，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种柔性扁带连铸铜覆钢的制备方法，通过将圆钢加工成椭圆形异型钢，再在氮气保护下，椭圆形异型钢进入工频感炉，通过工频感炉的炉温控制，并采用工频感炉结晶器中的石墨模，将熔化的铜液均匀的覆在椭圆形异型钢的表面，在本发明提供的温度下，铜分子和椭圆形异型钢内部分子活跃度大幅增加，使得钢与铜结合层两种金属的分子互相渗透，形成铜钢结合层，达到冶金分子结合，有效的提升了铜覆钢的电气效果，降低了接地材料表面电极电位，解决了电位腐蚀问题；同时，由于本发明在圆钢预处理的步骤中，采用特制的处理液，有效的提升了圆钢的表面的分子活性，使得铜分子能一定程度的渗入圆钢内部，增强铜在圆钢表面的附着力，使得铜钢二层金属之间不存在其它物质，不会产生金属层间的电化学腐蚀问题，最终使得本发明制得的铜覆钢在防雷接地方面的导电性能与纯铜相当；然后将结晶后的椭圆形铜覆钢通过特制模具、拉拔导出，形成扁铜覆钢，该过程解决了圆形向距形变化内应力无法消除问题，避免了铜层翘皮开裂现象。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据厂家的条件作进一步调整，未说明的实施条件通常为常规实验条件。
实施例1
一种柔性扁带连铸铜覆钢的制备方法，包括以下操作步骤：
（1）对圆钢进行表面预处理后，然后采用模具对其进行塑形处理，制得椭圆异型钢，所述表面预处理包括处理液浸泡、时效处理和校直，所述处理液浸泡的时间为100min，处理液的温度为65℃，处理液由以下重量份的组分制成：乙酸钾15份、六偏磷酸钠10份、氯化亚锰四水合物9份、水400份，其中时效处理的具体操作为：将处理液浸泡后的圆钢加热到140℃，保持6小时，其中校直是采用压力机对时效处理后的圆钢进行冷校直；
（2）将铜带或者铜环预置于椭圆异型钢之上，周边封闭，采用还原性气氛或真空保护方式送入工频感炉中加热，在保护性气氛下在椭圆异型钢表面冷却结晶形成冶金结合，制得椭圆铜覆钢，所述工频感炉中的加热温度为1100℃，加热温度为1.5小时；
（3）将制得的椭圆铜覆钢放入350℃的炉中，保温处理25min，然后采用模具，拉拔导出，形成扁铜覆钢，经过热处理后，得到柔性扁带连铸铜覆钢，其中热处理的温度为250℃，热处理的时间为30min。
实施例2
一种柔性扁带连铸铜覆钢的制备方法，包括以下操作步骤：
（1）对圆钢进行表面预处理后，然后采用模具对其进行塑形处理，制得椭圆异型钢，所述表面预处理包括处理液浸泡、时效处理和校直，所述处理液浸泡的时间为110min，处理液的温度为70℃，处理液由以下重量份的组分制成：乙酸钾20份、六偏磷酸钠14份、氯化亚锰四水合物12份、水450份，其中时效处理的具体操作为：将处理液浸泡后的圆钢加热到145℃，保持7小时，其中校直是采用压力机对时效处理后的圆钢进行冷校直；
（2）将铜带或者铜环预置于椭圆异型钢之上，周边封闭，采用还原性气氛或真空保护方式送入工频感炉中加热，在保护性气氛下在椭圆异型钢表面冷却结晶形成冶金结合，制得椭圆铜覆钢，所述工频感炉中的加热温度为1130℃，加热温度为2.0小时；
（3）将制得的椭圆铜覆钢放入380℃的炉中，保温处理30min，然后采用模具，拉拔导出，形成扁铜覆钢，经过热处理后，得到柔性扁带连铸铜覆钢，其中热处理的温度为280℃，热处理的时间为35min。
实施例3
一种柔性扁带连铸铜覆钢的制备方法，包括以下操作步骤：
（1）对圆钢进行表面预处理后，然后采用模具对其进行塑形处理，制得椭圆异型钢，所述表面预处理包括处理液浸泡、时效处理和校直，所述处理液浸泡的时间为120min，处理液的温度为75℃，处理液由以下重量份的组分制成：乙酸钾22份、六偏磷酸钠16份、氯化亚锰四水合物14份、水500份，其中时效处理的具体操作为：将处理液浸泡后的圆钢加热到150℃，保持8小时，其中校直是采用压力机对时效处理后的圆钢进行冷校直；
（2）将铜带或者铜环预置于椭圆异型钢之上，周边封闭，采用还原性气氛或真空保护方式送入工频感炉中加热，在保护性气氛下在椭圆异型钢表面冷却结晶形成冶金结合，制得椭圆铜覆钢，所述工频感炉中的加热温度为1150℃，加热温度为2.5小时；
（3）将制得的椭圆铜覆钢放入400℃的炉中，保温处理35min，然后采用模具，拉拔导出，形成扁铜覆钢，经过热处理后，得到柔性扁带连铸铜覆钢，其中热处理的温度为300℃，热处理的时间为40min。
对比例1
步骤（1）中的处理液为清水，其余操作步骤与实施例1完全相同。
分别用各实施例和对比例的方法制得柔性扁带连铸铜覆钢，然后测试其各项性能，测试结果如表1所示：
表1 柔性扁带连铸铜覆钢性能测试
项目 实施例1 对比例1 实施例2 实施例3 规定指标
500h盐雾腐蚀试验 符合 表面出现轻微的针孔、麻点现象 符合 符合 铜层表面应结晶细密、颜色均匀，光滑洁净，没有明显的针孔、凹坑、麻点、起泡、剥皮、结疤、裂纹、烧灼及沉积杂质和表面污染物
铜层厚度 符合 测试的三处位置不符合 符合 符合 任意位置铜层厚度≥0.25mm
强度 符合 垂直接地体抗拉强度578MPa 符合 符合 水平接地体抗拉强度≥300MPa、垂直接地体抗拉强度≥600MPa
折弯性能 符合 符合 符合 符合 经90°弯折试验和结合性能试验后铜层不得出现裂纹、裂缝等缺陷
导电率 符合 符合 符合 符合 相对导电率≥15%
由表1可知，本发明各实施例制得的柔性扁带连铸铜覆钢，各项性能优异，并且符合电力行业标准DL / T 1342—2014《电器接地工程用材料及连接件》规定的铜覆钢电气与腐蚀性能（电流-温度循环试验、冰冻-熔化试验、腐蚀试验、工频大电流试验试验）的要求，填补了铜覆接地产品在柔性扁带连铸铜覆钢制造工艺流程中的空白，满足了轨道交通、石化、高铁、航天、智能电网等领域的需要，促进了金属复合接地材料行业的发展。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (6)

1.一种柔性扁带连铸铜覆钢的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
（1）对圆钢进行表面预处理后，然后采用模具对其进行塑形处理，制得椭圆异型钢，所述表面预处理包括处理液浸泡、时效处理和校直，所述处理液浸泡的时间为100-120min，处理液由以下重量份的组分制成：乙酸钾15-22份、六偏磷酸钠10-16份、氯化亚锰四水合物9-14份、水400-500份；
（2）将铜带或者铜环预置于椭圆异型钢之上，周边封闭，采用还原性气氛或真空保护方式送入工频感炉中加热，在保护性气氛下在椭圆异型钢表面冷却结晶形成冶金结合，制得椭圆铜覆钢，所述工频感炉中的加热温度为1100-1150℃，加热温度为1.5-2.5小时；
（3）将制得的椭圆铜覆钢采用模具，拉拔导出，形成扁铜覆钢，经过热处理后，得到柔性扁带连铸铜覆钢。
2.根据权利要求1所述的一种柔性扁带连铸铜覆钢的制备方法，其特征在于，上述步骤（1）中，处理液的温度为65-75℃。
3.根据权利要求1所述的一种柔性扁带连铸铜覆钢的制备方法，其特征在于，上述步骤（1）中，时效处理的具体操作为：将处理液浸泡后的圆钢加热到140-150℃，保持6-8小时。
4.根据权利要求1所述的一种柔性扁带连铸铜覆钢的制备方法，其特征在于，上述步骤（1）中，校直是采用压力机对时效处理后的圆钢进行冷校直。
5.根据权利要求1所述的一种柔性扁带连铸铜覆钢的制备方法，其特征在于，上述椭圆铜覆钢在进行步骤（3）操作前，将其放入350-400℃的炉中，保温处理25-35min。
6.根据权利要求1所述的一种柔性扁带连铸铜覆钢的制备方法，其特征在于，上述步骤（3）中，热处理的温度为250-300℃，热处理的时间为30-40min。
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