CN112908536B - 一种高性能铜包铝线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电线技术领域，尤其涉及一种高性能铜包铝线，其特征在于，它是由导体芯和均匀包覆在所述导体芯上的导体层构成，所述导体芯为纯铝或铝合金材质，所述导体层为铜合金材质，所述铜包铝线的抗拉强度≥250MPa，伸长率≥8％，导电率≥61％IACS，密度≤6.13g/cm3。由于外层铜合金层的设置，本高性能铜包铝线的拉伸强度、线材伸长率等机械性能得以显著提高，绕曲性寿命、抗疲劳强度以及抗弯性能等动态机械强度得以增加，断线风险较小，而且与纯铜线相比，整体密度降低，因此重量更轻，成本更低。

Description

一种高性能铜包铝线
【技术领域】
本发明涉及电线技术领域，尤其涉及一种高性能铜包铝线。
【背景技术】
铜包铝采用先进的包覆焊接制造技术，将高品质铜带同心地包覆在铝杆等芯线的外表面，并使用铜层和芯线之间形成牢固的原子间的冶金结合。使两种不同的金属材料结合成为不可分割的整体。
传统的铜包铝线是指以铝芯或铝合金芯为主体，外面镀有一定比例的铜层的电线，如专利公开号为CN209118811U的一种铜包铝线，其主要特征在于，由内至外包括铝线芯、铜包裹层、补强层、绝缘层；又如公开号为CN111489852A 的一种延伸性能好的铜包铝线材极其制作工艺，其特征在于：包括铝合金芯，所述铝合金芯的外表面压合有铜层。铜包铝线可以用作同轴电缆用导体及电器装备中电线电缆导体。铝线比重小，但其焊接性能不好，故而需在铝线外表面包覆铜层，这样既可以利用铝比重小的优点，也可改善焊接性能。可在国际上的电力、电器行业形成广泛应用。
但是，无论上述的铜包纯铝线还是铜包铝合金线线，都有其不足之处：铜包纯铝线的拉伸强度弱、拉伸率小，不利于制造出直径较小的导线；而铜包铝合金线的导电性较弱，质量较大；此外，由于金属铜资源的稀缺，从可持续发展的角度讲，铜包铝线中应该减少铜资源的使用。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是针对现有铜包铝线导电性弱、拉伸率小等方面的不足，提出一种高性能铜包铝线。
本发明的技术解决方案如下：一种高性能铜包铝线，它是由导体芯和均匀包覆在所述导体芯上的导体层构成，所述导体芯为纯铝或铝合金材质，所述导体层为铜合金材质，所述铜包铝线的抗拉强度≥250MPa，伸长率≥8％，导电率≥61％IACS，密度≤6.13g/cm3。
作为优选，铜包铝线上所述导体层的体积占该所述铜包铝线总体积的 8％～55％。
作为优选，所述铝合金的化学成分按质量百分比计，包括m％的Zn和/或n％的Mn，以及g％的Fe、h％的Cu、0.3％～1.3％的Si、0.25％～1.5％的Mg，余量为Al，其中，0＜m≤0.7，0＜n≤1.5，0＜g≤1，0＜h≤0.6。
作为优选，所述纯铝的含铝量≥99％。
作为优选，所述铜合金的化学成分按质量百分比计，包括0.1％～4％的Ag或0.1％～0.6％的Sn，余量为Cu。
作为优选，所述铜包铝线的直径≤0.25mm。
作为优选，当所述导体层体积占该所述铜包铝线总体积的8％～18％，该所述铜包铝线的导电率为61％IACS～65％IACS；当所述导体层体积占该所述铜包铝线总体积的18％～28％，该所述铜包铝线的导电率为65％IACS～69％IACS；当所述导体层体积占该所述铜包铝线总体积的28％～43％，该所述铜包铝线的导电率为 69％IACS～75％IACS；当所述导体层体积占该所述铜包铝线总体积的43％～55％，该所述铜包铝线的导电率≥75％IACS。
作为优选，当所述导体层体积占该所述铜包铝线总体积的8％～18％，该所述铜包铝线的密度≤3.82g/cm3；当所述导体层体积占该所述铜包铝线总体积的 18％～28％，该所述铜包铝线的密度为3.82g/cm3～4.44g/cm3；当所述导体层体积占该所述铜包铝线总体积的28％～43％，该所述铜包铝线的密度为4.44 g/cm3～5.38g/cm3；当所述导体层体积占该所述铜包铝线总体积的43％～55％，该所述铜包铝线的密度为5.38g/cm3～6.13g/cm3。
作为优选，所述导体层与所述导体芯同轴心设置。
作为优选，所述导体芯的横截面为圆形或方形。
作为优选，所述铜包铝线外附有绝缘层或自结合层,所述自结合层的材质为自粘漆。
作为优选，所述自粘漆为环氧树脂型自粘漆、酚醛-环氧型自粘漆、聚酰胺热熔自粘漆或尼龙-环氧树脂自粘漆。
作为优选，所述铜包铝线为高频Litz(利兹)线。
作为优选，所述导体层外表面上还镀有金属层，所述金属层的材质包括金、银、镍、锡等金属中的一种或几种。
本发明的有益效果是：由于外层铜合金层的设置，本高性能铜包铝线的拉伸强度、线材伸长率等机械性能得以显著提高，绕曲性寿命、抗疲劳强度以及抗弯性能等动态机械强度得以增加，断线风险较小，而且与铜包铝合金线相比，在导电性能上也有较高的提升；与纯铜线相比，整体密度降低，重量轻，成本更低，使用方便。
由于采用了韧性更强的铝合金作为导体芯，采用坚固的铜合金作为镀层/导体层，进而使该高性能导线在制造或使用过程中具有更少的断线或废线产生，韧性更强，更容易加工生产。
【附图说明】
图1为本发明中铜包铝线的截面结构示意图。
其中，1-导体芯；2-导体层。
【具体实施方式】
下面通过具体实施例对本申请再作进一步详细的说明。以下实施例中各材料均为市售。
实施例1
一种高性能铜包铝线，其横截面直径为0.25mm，它是由导体芯1和均匀包覆在导体芯1上的导体层2构成，且导体层2与导体芯1同轴心设置，在该铜包铝线外还附有一层绝缘层，带有绝缘层的若干铜包铝线相互交织编织成高频 Litz线。铜包铝线上导体层2的体积占该铜包铝线总体积的8％，其中的导体芯 1为含铝量99.1％的纯铝材质，而导体层2为铜合金材质，该铜合金的化学成分按质量百分比计，包括0.1％的Ag，余量为Cu。该铜包铝线的各机械性能及导电性能见表1所示。
实施例2
一种高性能铜包铝线，其横截面呈方形，它是由导体芯1和均匀包覆在导体芯1上的导体层2构成，该铜包铝线上导体层2的体积占该铜包铝线总体积的55％，其中的导体芯1为含铝量99.5％的纯铝材质，而导体层2为铜合金材质，该铜合金的化学成分按质量百分比计，包括4％的Ag，余量为Cu。该铜包铝线的各机械性能及导电性能见表1所示。
实施例3
一种高性能铜包铝线，其横截面直径为0.10mm，它是由导体芯1和均匀包覆在导体芯1上的导体层2构成，且导体层2与导体芯1同轴心设置，在该铜包铝线外还可附有一层自粘漆材料的自结合层，该自粘漆材料具体为尼龙-环氧树脂自粘漆，带有自结合层的若干铜包铝线相互交织编织成高频Litz线。铜包铝线上导体层2的体积占该铜包铝线总体积的8％，其中的导体芯1为铝合金材质，该铝合金的化学成分按质量百分比计，包括0.7％的Zn、1.0％的Fe、0.3％的Cu、0.3％的Si以及0.25％的Mg，而导体层2为铜合金材质，该铜合金的化学成分按质量百分比计，包括0.1％的Sn，余量为Cu。该铜包铝线的各机械性能及导电性能见表1所示。
实施例4
一种高性能铜包铝线，其横截面直径为0.08mm，它是由导体芯1和均匀包覆在导体芯1上的导体层2构成，且导体层2与导体芯1同轴心设置，在该铜包铝线外还可附有一层自粘漆材料的自结合层，该自粘漆材料具体为聚酰胺热熔自粘漆，带有自结合层的若干铜包铝线相互交织编织成高频Litz线。该铜包铝线上导体层2的体积占该铜包铝线总体积的18％，其中的导体芯1为铝合金材质，该铝合金的化学成分按质量百分比计，包括0.4％的Zn、0.5％的Fe、0.4％的Cu、1.3％的Si以及1.5％的Mg，而导体层2为铜合金材质，该铜合金的化学成分按质量百分比计，包括0.4％的Sn，余量为Cu。该铜包铝线的各机械性能及导电性能见表1所示。
实施例5
一种高性能铜包铝线，其横截面直径为0.05mm，它是由导体芯1和均匀包覆在导体芯1上的导体层2构成，且导体层2与导体芯1同轴心设置，该铜包铝线上导体层2的体积占该铜包铝线总体积的28％，其中的导体芯1为铝合金材质，该铝合金的化学成分按质量百分比计，包括0.7％的Mn、0.5％的Fe、0.6％的Cu、0.8％的Si以及0.8％的Mg，而导体层2为铜合金材质，该铜合金的化学成分按质量百分比计，包括0.3％的Sn，余量为Cu。该铜包铝线的各机械性能及导电性能见表1所示。
实施例6
一种高性能铜包铝线，其横截面直径为0.028mm，它是由导体芯1和均匀包覆在导体芯1上的导体层2构成，且导体层2与导体芯1同轴心设置，该铜包铝线上导体层2的体积占该铜包铝线总体积的43％，其中的导体芯1为铝合金材质，该铝合金的化学成分按质量百分比计，包括1.5％的Mn、0.5％的Fe、0.6％的Cu、1.3％的Si以及0.3％的Mg，而导体层2为铜合金材质，该铜合金的化学成分按质量百分比计，包括0.2％的Sn，余量为Cu。该铜包铝线的各机械性能及导电性能见表1所示。
进一步地，在该铜包铝线的导体层外表面上还镀有金金属，以提高其导电性能。
实施例7
一种高性能铜包铝线，其横截面直径为0.04mm，它是由导体芯1和均匀包覆在导体芯1上的导体层2构成，且导体层2与导体芯1同轴心设置，该铜包铝线上导体层2的体积占该铜包铝线总体积的55％，其中的导体芯1为铝合金材质，该铝合金的化学成分按质量百分比计，包括1.3％的Mn、0.6％的Zn、0.5％的Fe、0.6％的Cu、1.1％的Si以及0.3％的Mg，而导体层2为铜合金材质，该铜合金的化学成分按质量百分比计，包括0.5％的Sn，余量为Cu。该铜包铝线的各机械性能及导电性能见表1所示。
进一步地，在该铜包铝线的导体层外表面上还可镀有一层银金属层，以提高其导电性能。
实施例8
一种截面直径为0.08mm的高性能铜包铝线，由导体芯1和均匀涂覆在导体芯1上的导体层2组成。导体层2和导体芯1同轴布置，该铜包铝线上的导体层2的体积占铜包铝导线总体积的30％，其中的导体芯1由铝合金制成，导体层 2由铜合金材料制成，该铜合金的化学成分包括1.5％的银，其余为铜。铜包铝线的机械性能和导电性能如表1所示。
进一步地，在该铜包铝线的导体层外表面上还可镀有镍、锡合金金属层，以提高其导电性能。
实施例9
一种高性能铜包铝线，它是由导体芯1和均匀包覆在导体芯1上的导体层2 构成，且导体层2与导体芯1同轴心设置，其中的导体芯1为铝合金或含铝量≥99的纯铝材质，而导体层2为铜合金材质。其中的铝合金的化学成分按质量百分比计，包括至多0.7％的Zn和/或至多1.5％的Mn，以及至多1.0％的铁、至多0.6％的Cu、0.3％～1.3％的Si、0.25％～1.5％的Mg，余量为Al；其中的铜合金的化学成分按质量百分比计，包括0.1％～4％的Ag或0.1％～0.6％的Sn，余量为Cu。通过反复实验，能够测出该铜包铝线的抗拉强度≥250MPa，伸长率≥8％，导电率≥61％IACS，密度≤6.13g/cm3，具体地，当导体层2的体积占该铜包铝线总体积的8％～18％，则该铜包铝线的导电率为61％IACS～65％IACS，该铜包铝线的密度≤3.82g/cm3；当导体层2的体积占该铜包铝线总体积的18％～28％，则该铜包铝线的导电率为65％IACS～69％IACS，该铜包铝线的密度为3.82g/cm3～4.44g/cm3；当导体层2的体积占该铜包铝线总体积的28％～43％，则该铜包铝线的导电率为 69％IACS～75％IACS，该铜包铝线的密度为4.44g/cm3～5.38g/cm3；当导体层2的体积占该铜包铝线总体积的43％～55％，则该铜包铝线的导电率≥75％IACS，该铜包铝线的密度为5.38g/cm3～6.13g/cm3。
对比例
申请人通过对市售的铜包铝线(此处指铜包铝合金线)以及基于上述实施例1～7中方案制备的高性能铜包铝线的各机械性能及导电性能进行反复实验测试，得出表1所示的测试数据，其中的电导率是通过测量直径(符合IEC 60851-2 测试4)和直流电阻(符合IEC 60851-5测试5)后计算测得的，其中的拉伸强度和线材伸长率是根据IEC 60851-3测试6进行测得的。
表1
密度(g/cm3) 导电率(％IACS) 抗拉强度(MPa) 伸长率(％)
实施例1 3.20 65 230 12
实施例2 6.13 76 290 8
实施例3 3.20 61 250 8
实施例4 3.82 63 260 8
实施例5 4.44 67 270 8
实施例6 5.38 74 280 8
实施例7 6.13 76 300 8
实施例8 4.57 69 260 10
市售铜包铝线 4.57 69 230 7
通过对比可以发现，本高性能铜包铝线的抗拉强度、线材伸长率等机械性能得以显著提高。该高性能铜包铝线可作为裸线、漆包线、自粘线或HF利兹线用于电子、汽车、航空航天、家用电器、手机等众多行业中，且与纯铜线相比，整体密度降低，重量轻，价格更加低廉，适合推广应用。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不同限于此，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。并且，本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种高性能铜包铝线，其特征在于：所述铜包铝线由导体芯和均匀包覆在所述导体芯上的导体层构成，所述导体芯为铝合金材质，所述导体层为铜合金材质；
所述铝合金的化学成分按质量百分比计，包括1.5％的Mn，以及0.5％的Fe、0.6％的Cu、1.3％的Si、0.3％的Mg，余量为Al；所述铜合金的化学成分按质量百分比计，包括0.2％的Sn，余量为Cu；
或，所述铝合金的化学成分按质量百分比计，包括0.7％的Mn，以及0.5％的Fe、0.6％的Cu、0.8％的Si、0.8％的Mg，余量为Al；所述铜合金的化学成分按质量百分比计，包括0.3％的Sn，余量为Cu。
2.根据权利要求1所述的高性能铜包铝线，其特征在于：所述铝合金中铝的含铝量≥99％。
3.根据权利要求1所述的高性能铜包铝线，其特征在于：所述铜包铝线的直径≤0.25mm。
4.根据权利要求1所述的高性能铜包铝线，其特征在于：所述导体层与所述导体芯同轴心设置。
5.根据权利要求1所述的高性能铜包铝线，其特征在于：所述导体芯的横截面为圆形或方形。
6.根据权利要求1所述的高性能铜包铝线，其特征在于：所述铜包铝线外附有绝缘层或自结合层,所述自结合层的材质为自粘漆。
7.根据权利要求6所述的高性能铜包铝线，其特征在于：所述自粘漆为环氧树脂型自粘漆、酚醛-环氧型自粘漆、聚酰胺热熔自粘漆或尼龙-环氧树脂自粘漆。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的高性能铜包铝线，其特征在于，所述导体层外表面上还镀有金属层，所述金属层的材质包括金、银、镍、锡中的一种或几种。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的高性能铜包铝线，其特征在于，所述铜包铝线为高频Litz线。
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