CN114141406B - 一种汽车用镀镍绞合铜导体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车用镀镍绞合铜导体及其制备方法，所述镀镍绞合铜导体中，包括铜单丝，所述铜单丝表面至少包括与铜单丝直接接触的内涂层以及在内涂层表面的外涂层；所述铜单丝的直径为0.1‑0.4mm；所述内涂层的厚度为X，所述0.5≤X≤1.2μm；所述外涂层的厚度为Y，所述0.5≤Y≤1.2μm；且0.5≤X/Y≤1.0；将带有所述内涂层和所述外涂层的所述铜单丝用拉力机进行涂层伸长率D1测试，再取相同长度的铜单丝，将表面的外涂层剥除后，采用所述拉力机进行涂层伸长率D2测试1.1≤D2/D1≤1.3。本发明所得产品可有效延长产品的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于有色金属加工技术领域，具体涉及一种汽车用镀镍绞合铜导体及其制备方法。
背景技术
随着科学技术的不断发展，使得新能源电动汽车的发展走上了快车道，新能源纯电动汽车在不久的将来会稳步取代传统的燃油汽车。伴随着新能源电动汽车的技术突破，汽车线缆作为汽车内部动力传输和汽车充电等电能传输的桥梁，对汽车用高压电缆内绞合导体提出了苛刻的技术要求，一旦汽车线缆内绞合导体出现故障，将会引起电力传输中断或信号传输失效，影响新能源电动汽车的整体安全性。
首先，在产品加工过程中，传统的工艺方式是在铜杆上直接进行镀镍处理，然后经过拉丝和高温退火等工序获得产品，在加工过程中，镀镍层很容易发生局部破损，从而由于局部涂层失效而影响产品性能。因此，研究如何从镀层本身和铜丝基材之间的涂层完整性和可靠性，保证产品不仅在制备过程中，在复杂的工况使用环境下，仍然可以保持良好的涂层稳定性和完整性，对于拓宽产品的使用范围，延长产品使用寿命，具有非常重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种汽车用镀镍绞合铜导体及其制备方法。
本发明的目的在于提供一种汽车用镀镍绞合铜导体。
本发明通过以下技术方案实现：
一种汽车用镀镍绞合铜导体，所述镀镍绞合铜导体中，包括铜单丝，所述铜单丝表面至少包括与铜单丝直接接触的内涂层以及在内涂层表面的外涂层；
所述铜单丝的直径为0.1-0.4mm；
所述内涂层的厚度为X，所述0.5≤X≤1.2μm；
所述外涂层的厚度为Y，所述0.5≤Y≤1.2μm；
且0.5≤X/Y≤1.0；
将带有所述内涂层和所述外涂层的所述铜单丝用拉力机进行涂层伸长率D1测试，当出现外涂层开裂，视为拉伸结束，并按下述公式计算得到D1：
D1＝L1/L0×100％；其中，L1表示所述铜单丝拉伸前后的长度差 (mm)；L0表示所述铜单丝原有长度(mm)；
再取相同长度的铜单丝，将表面的外涂层剥除后，采用所述拉力机进行涂层伸长率D2测试，当出现内涂层开裂，视为拉伸结束，并按下述公式计算得到D2：
D2＝L2/L0×100％；其中，L2表示所述铜单丝拉伸前后的长度差 (mm)；L0表示所述铜单丝原有长度(mm)；
1.1≤D2/D1≤1.3。
上述技术方案通过在铜单丝表面形成内涂层和外涂层，并且发明人发现，当内外涂层满足在上述拉伸过程中的关系式时，基于铜单丝的实际直径，研究内、外涂层的涂层厚度之间的关系，可以保障涂层和铜单丝之间的结合牢度，尤其是在绞合过程中，未出现表层涂层的断裂或者脱落，由此，产品在复杂工况的使用过程中，也可以保障长期稳定，延长了产品的使用寿命；
发明人通过研究发现，在内外涂层都在的情况下进行拉伸其表面涂层发生开裂，以及单一仅有内涂层的情况下，进行拉伸，如果前者的伸长率过大，往往是由于表层的外涂层和内部的内涂层伸长率共同导致，其中外涂层影响更大；因此，当D2和D1的比值满足上述关系时，表现出的是内涂层的延展性一般相比于外涂层来说是更为优异的，如此，在产品绞合过程中，内涂层收到绞合压力优先发生变形延展，在绞合点处，外涂层向内涂层中凹陷，相邻两个铜单丝的外涂层发生相互咬合，形成物理相互作用，如此，不同铜单丝之间以强度更为有益的外涂层进行直接接触，内部依靠内涂层的咬合避免外涂层脱落，如此有机结合，有效提高了涂层整体和基体直接的结合强度，通过配合绞合过程，避免在产品使用时的脱落和开裂。
进一步的，所述汽车用镀镍绞合铜导体是由多根所述铜单丝绞合而成；绞合节距为3-6mm。
发明人进一步发现，当绞合节距满足以上范围时，相邻绞合点位之间的变形量可以发生相互协同作用，相邻两个绞合点之间会形成相互加压作用力，从而将外涂层更牢靠的嵌入内涂层中，避免外涂层失效脱落。
进一步的，所述内涂层为镍涂层，所述镍涂层中，镍含量为99.9％以上，其余为杂质。
进一步的，所述外涂层为镍铬合金层，所述镍铬合金层中，镍的含量为90-95％，余量为铬。
本发明的另一目的在于提供一种汽车用镀镍绞合铜导体的制备方法。
本发明通过以下技术方案实现：
一种汽车用镀镍绞合铜导体的制备方法，具体制备步骤包括：
在内涂层完成涂布后，再进行外涂层的涂布；
将完成外涂层涂布后的铜单丝进行冷变形处理；
再依次经绞合、退扭和热处理，即得产品。
进一步的，在进行内涂层涂布之前，将铜杆拉丝成直径为 0.1-0.4mm规格的铜单丝。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
铜丝制备：
对铜杆进行表面清洗，以去除表面的油污等杂质，清洗时可采用硫酸溶液或带有乳化剂的硫酸溶液进行清洗；再将清洗后的铜杆烘干处理，随后采用拉丝机分多次拉丝，直至得到直径为0.1mm的铜单丝；
内涂层溶液的准备：配置镍离子浓度为1.2mol/L的溶液，并加入溶液质量3％的硼酸，调节pH至3.8；
外涂层溶液的准备：配置镍离子浓度为1.2mol/L，铬离子浓度为 0.12mol/L的溶液，并加入溶液质量3％的硼酸；
内涂层的制备：
将铜单丝置于内涂层溶液中，于温度为38℃条件下，进行镀镍，控制内涂层的厚度X满足：X＝0.5μm，完成内涂层的涂布；
外涂层的制备：
将涂布有内涂层的铜单丝置于外涂层溶液中，进行镀镍和铬，调节反应温度和溶液pH，以控制镀层中镍和铬的占比，得到厚度Y满足： Y＝0.5μm，镍含量为90％的铜单丝；
将带有所述内涂层和所述外涂层的所述铜单丝用拉力机进行涂层伸长率D1测试，当出现外涂层开裂，视为拉伸结束，并按下述公式计算得到D1：
D1＝L1/L0×100％；其中，L1表示所述铜单丝拉伸前后的长度差 (mm)；L0表示所述铜单丝原有长度(mm)；
再取相同长度的铜单丝，将表面的外涂层剥除后，采用所述拉力机进行涂层伸长率D2测试，当出现内涂层开裂，视为拉伸结束，并按下述公式计算得到D2：
D2＝L2/L0×100％；其中，L2表示所述铜单丝拉伸前后的长度差(mm)；L0表示所述铜单丝原有长度(mm)；
筛选出D2/D1＝1.1的铜单丝；
绞合：
将筛选得到的铜单丝进行绞合退扭处理，其中绞向为S向，控制绞合节距为3mm，绞合速率为15m/min；
热处理：
将绞合的产品于氮气气氛下，于温度为380℃条件下进行退火处理，即得产品。
实施例2
铜丝制备：
对铜杆进行表面清洗，以去除表面的油污等杂质，清洗时可采用硫酸溶液或带有乳化剂的硫酸溶液进行清洗；再将清洗后的铜杆烘干处理，随后采用拉丝机分多次拉丝，直至得到直径为0.3mm的铜单丝；
内涂层溶液的准备：配置镍离子浓度为1.5mol/L的溶液，并加入溶液质量4％的硼酸，调节pH至4.0；
外涂层溶液的准备：配置镍离子浓度为1.6mol/L，铬离子浓度为 0.14mol/L的溶液，并加入溶液质量4％的硼酸；
内涂层的制备：
将铜单丝置于内涂层溶液中，于温度为42℃条件下，进行镀镍，控制内涂层的厚度X满足：X＝0.6μm，完成内涂层的涂布；
外涂层的制备：
将涂布有内涂层的铜单丝置于外涂层溶液中，进行镀镍和铬，调节反应温度，以控制镀层中镍和铬的占比，得到厚度Y满足：Y＝0.8 μm，镍含量为90-95％的铜单丝；
将带有所述内涂层和所述外涂层的所述铜单丝用拉力机进行涂层伸长率D1测试，当出现外涂层开裂，视为拉伸结束，并按下述公式计算得到D1：
D1＝L1/L0×100％；其中，L1表示所述铜单丝拉伸前后的长度差 (mm)；L0表示所述铜单丝原有长度(mm)；
再取相同长度的铜单丝，将表面的外涂层剥除后，采用所述拉力机进行涂层伸长率D2测试，当出现内涂层开裂，视为拉伸结束，并按下述公式计算得到D2：
D2＝L2/L0×100％；其中，L2表示所述铜单丝拉伸前后的长度差 (mm)；L0表示所述铜单丝原有长度(mm)；
筛选出D2/D1＝1.2的铜单丝；
绞合：
将筛选得到的铜单丝进行绞合退扭处理，其中绞向为S向，控制绞合节距为5mm，绞合速率为18m/min；
热处理：
将绞合的产品于氮气气氛下，于温度为410℃条件下进行退火处理，即得产品。
实施例3
铜丝制备：
对铜杆进行表面清洗，以去除表面的油污等杂质，清洗时可采用硫酸溶液或带有乳化剂的硫酸溶液进行清洗；再将清洗后的铜杆烘干处理，随后采用拉丝机分多次拉丝，直至得到直径为0.4mm的铜单丝；
内涂层溶液的准备：配置镍离子浓度为1.8mol/L的溶液，并加入溶液质量5％的硼酸，调节pH至4.2；
外涂层溶液的准备：配置镍离子浓度为1.8mol/L，铬离子浓度为 0.15mol/L的溶液，并加入溶液质量5％的硼酸；
内涂层的制备：
将铜单丝置于内涂层溶液中，于温度为45℃条件下，进行镀镍，控制内涂层的厚度X满足：X＝0.8μm，完成内涂层的涂布；
外涂层的制备：
将涂布有内涂层的铜单丝置于外涂层溶液中，进行镀镍和铬，调节反应温度，以控制镀层中镍和铬的占比，得到厚度Y满足：Y＝1.2 μm，镍含量为95％的铜单丝；
将带有所述内涂层和所述外涂层的所述铜单丝用拉力机进行涂层伸长率D1测试，当出现外涂层开裂，视为拉伸结束，并按下述公式计算得到D1：
D1＝L1/L0×100％；其中，L1表示所述铜单丝拉伸前后的长度差(mm)；L0表示所述铜单丝原有长度(mm)；
再取相同长度的铜单丝，将表面的外涂层剥除后，采用所述拉力机进行涂层伸长率D2测试，当出现内涂层开裂，视为拉伸结束，并按下述公式计算得到D2：
D2＝L2/L0×100％；其中，L2表示所述铜单丝拉伸前后的长度差 (mm)；L0表示所述铜单丝原有长度(mm)；
筛选出D2/D1＝1.3的铜单丝；
绞合：
将筛选得到的铜单丝进行绞合退扭处理，其中绞向为S向，控制绞合节距为6mm，绞合速率为20m/min；
热处理：
将绞合的产品于氮气气氛下，于温度为420℃条件下进行退火处理，即得产品。
实施例4
本实施例和实施例1相比，区别在于：绞合节距为10mm，其余条件保持不变。
对比例1
本对比例和实施例1相比，区别在于：铜单丝的直径为0.6mm，其余条件保持不变。
对比例2
本对比例和实施例1相比，区别在于：D2/D1＝1.5，其余条件保持不变。
对实施例1～4及对比例1-2中的汽车用镀镍绞合铜导体进行性能测试：断裂伸长率测试、耐疲劳摇摆测试、外观性能，其中耐疲劳摇摆测试条件为摇摆频率80次/min、摇摆角度90°和负重载荷为600g；外观测试时，将产品进行拉伸5％伸长率后观测外观品质，结果参见表1。
表1：产品性能测试结果
由上述测试结果可知，本发明所得产品具有优异的综合性能，可有效延长产品的使用寿命。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种汽车用镀镍绞合铜导体，其特征在于，所述镀镍绞合铜导体中，包括铜单丝，所述铜单丝表面至少包括与铜单丝直接接触的内涂层以及在内涂层表面的外涂层；
所述铜单丝的直径为0.1-0.4m m；
所述内涂层的厚度为X，0.5≤X≤1.2μm；
所述外涂层的厚度为Y，0.5≤Y≤1.2μm；且0.5 ≤X/ Y≤1.0；
将带有所述内涂层和所述外涂层的所述铜单丝用拉力机进行涂层伸长率D1测试，当出现外 涂层开裂，视为拉伸结束，并按下述公式计算得到D1：D1＝L1/L0×100％；其中，L1表示所述铜单丝拉伸前后的长度差(mm)；L0表示所述铜单丝原有长度(mm)；再取相同长度的铜单丝，将表面的外涂层剥除后，采用所述拉力机进行涂层伸长率D2测试，当出现内涂层开裂，视为拉伸结束，并按下述公式计算得到D2：D2＝L2/L0×100％；其中，L2表示所述铜单丝拉伸前后的长度差(mm)；L0表示所述铜单丝原有长度(mm)；1.1≤D2/D1≤1.3。
2.根据权利要求1所述的一种汽车用镀镍绞合铜导体，其特征在于，所述汽车用镀镍绞合铜导体是由多根所述铜单丝绞合而成；绞合节距为3-6m m。
3.根据权利要求1所述的一种汽车用镀镍绞合铜导体，其特征在于，所述内涂层为镍涂层，所述镍涂层中，镍含量为9 9.9％以上，其余为杂质。
4.根据权利要求1所述的一种汽车用镀镍绞合铜导体，其特征在于，所述外涂层为镍铬合金层，所述镍铬合金层中，镍的含量为90-95％，余量为铬。
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