CN114875269B - 一种铜合金发热丝的制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明一种铜合金发热丝的制备工艺。该铜合金发热丝的各个组分的质量百分数为：Sn：0.5～1.5wt％，P：0.001～0.5wt％，余量为Cu和不可避免的杂质。制备工艺为：按照设计组分进行原材料准备，进行真空熔炼，得到铜合金母体；对铜合金母体进行拉拔，热处理，得到铜合金盘拉线；对铜合金盘拉线进行中拉连退，即得到电导率为15‑45％IACS；强度为400‑1000MPa；伸长率15‑50％，直径为0.1‑1.6mm的铜合金发热丝。本发明所使用的制备工艺过程简单、设备适用性强、非常有利于工业化生产。同时铜合金发热丝同时兼顾了较宽的电阻率范围、较宽的丝材线径范围及较高的强度、较好的布线性能。

Description

一种铜合金发热丝的制备工艺

技术领域

本发明属于铜合金领域，尤其涉及一种铜合金发热丝的制备工艺。

背景技术

随着地毯加热线及汽车加热丝的不断发展，其对发热丝的强度及抗弯折能力的要求越来越高；同时由于所使用的领域不同，也要求现有的发热丝能够通过降低电阻率从而达到更高的布线密度。传统的高电阻电热合金电热丝主要分为铁-铬-铝和镍－铬－(铁)两大系列。这类合金广泛用于制作工业加热设备和民用加热器具。但是已经不能满足上述发热丝的需求。同时传统的低电阻合金丝，如铜镍合金，亦无法同时兼顾较高的强度以及较好的机械性能。

发明内容

本发明公开了一种铜合金发热丝的制备工艺，以解决现有技术的上述技术问题以及其他潜在问题中的任意问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种铜合金发热丝的制备工艺，所述工艺具体包括以下步骤：

S1)制备铜合金母体；

S2)对S1)得到的铜合金母体进行拉拔，再进行热处理，得到铜合金盘拉线；

S3)对S2)得到铜合金置于盘拉线进行中拉连退，即得到直径为0.1-1.6mm的铜合金发热丝。

进一步，所述铜合金母体的各个组分的质量百分数为：Sn：0.5～1.5wt％，P：0.001～0.5wt％，余量为Cu和不可避免的杂质。

进一步，所述S1)的具体工艺为：

S1.1)按照设计比分别称取铜、磷和锡，先将铜投入至真空下引熔炼炉的坩埚内，将锡和磷各自放在料斗内；

S1.2)在真空环境中待铜熔化后，先加入占磷总质量的5-20％的磷加入坩埚内进行熔体脱氧，脱氧充分后加入剩余的磷，以及锡，继续精炼，精炼完成后静置，得到铜合金母体。

进一步，所述S2)的具体为：

S2.1)对S1)得到的铜合金母体采用下引连铸，经过结晶器及二次冷却后牵出铜合金发热丝的线坯；

S2.2)使用倒立式盘拉机对S2.1)得到的下引线坯进行7-15道次的模具拉拔；

S2.3)在氮气保护下的采用中低温退火，冷却后得到铜合金发热丝。

进一步，所述中低温退火的工艺为：退火温度为300℃-550℃，保温时间为15-120min。

进一步，所述S3)中的拉连退工艺：使用中拉连退中的连退工艺对S2)得到铜合金盘拉线进行多模连续拉拔，所述多模连续拉至使用的模具数为3-13个，所述中拉连退中的连退工艺为退火拉拔，拉拔速度为100-1000m/s。

进一步，所述工艺制备得到铜合金发热丝的电导率为15-55％IACS，强度为400-1000MPa，伸长率15-50％。

进一步，所述铜合金母合金各个组分的质量百分数为：Sn：1.0wt％，P：0.001wt％，余量为Cu和不可避免的杂质。

进一步，所述铜合金母合金各个组分的质量百分数为：Sn：1.5wt％，P：0.001wt％，余量为Cu和不可避免的杂质。

一种铜合金发热丝，所述铜合金发热丝采用上述的工艺制备得到。

本发明提供一种可以同时具备较宽的电阻率范围、较宽的丝材线径范围及较高的强度、较好的布线性能的高强度低电阻铜合金发热丝及其制备工艺。由于锡可以一定程度的降低铜的导电性能，同时提高铜材的强度，因此通过加入不同含量的锡可以调控铜合金的电阻率。但是由于锡的成本较高，同时在下引连铸过程中易产生严重的枝晶偏析且易与氧结合形成二氧化锡这类硬脆相进而恶化铜合金的韧性。为此，发明了针对不同含量的锡有目的的添加与锡含量相匹配的磷来改善熔炼过程中流动性及控制其氧含量。但是在铜中加入磷会恶化合金的逆偏析。因此在熔炼过程中锡和磷的加入顺序及其成分的匹配对产品的最终性能均有显著影响。本发明中采用的是先加入部分磷进行熔体脱氧，脱氧充分后加入剩余的磷及锡。最后通过在不同工序时进行热处理达到稳定连续制备这类铜合金发热丝。

与现有相关发热丝制备工艺相比，本发明所使用的制备工艺过程简单、设备适用性强、非常有利于工业化生产。同时该工艺制备得到的发热丝同时兼顾了较宽的电阻率范围、较宽的丝材线径范围及较高的强度、较好的布线性能，可以很好地满足现有技术对发热丝性能的要求。

附图说明

图1为本发明的一种铜合金发热丝的制备工艺的流程框图。

图2为具体实施方式1得到线材的TEM照片示意图。

图3为具体实施方式2中热处理后的样品SEM照片示意图。

图4为具体实施方式3中拉拔后样品的SEM照片示意图。

具体实施方式

为便于对本发明进一步理解，以下结合具体实施例作出进一步详细描述说明。

本发明一种铜合金发热丝，所述铜合金发热丝的各个组分的质量百分数为：Sn：0.5～1.5wt％，P：0.001～0.5wt％，余量为Cu和不可避免的杂质。

所述铜合金发热丝的各个组分的质量百分数为：Sn：1.0wt％，P：0.001wt％，余量为Cu和不可避免的杂质。

所述铜合金发热丝的各个组分的质量百分数为：Sn：1.5wt％，P：0.001wt％，余量为Cu和不可避免的杂质。

所述铜合金发热丝的各个组分的质量百分数为：Sn：0.5wt％，P：0.050wt％，余量为Cu和不可避免的杂质。

所述铜合金发热丝的各个组分的质量百分数为：Sn：1.0wt％，P：0.001wt％，余量为Cu和不可避免的杂质。

本发明的另一目的是提供一种制备上述的铜合金发热丝的工艺，所述工艺具体包括以下步骤：

S1)按照设计组分进行原材料准备，进行真空熔炼，得到铜合金母体；

S2)对S1)处理的铜合金母体进行拉拔，热处理，得到铜合金盘拉线；

S3)对S2)得到铜合金盘拉线进行中拉连退，即得到电导率为15-45％IACS；强度为400-1000Mpa；伸长率15-50％，直径为0.1-1.6mm铜合金发热丝。

所述S1)的具体工艺为：

S1.1)先将铜投入至真空下引熔炼炉的坩埚内，锡及磷原料各自放在料斗内；

S1.2)在真空环境中待铜熔化后先加入占磷总质量的5-20％磷进行熔体脱氧，脱氧充分后加入剩余的磷，以及锡，完成精炼，精炼后静置，得到铜合金母体。

所述S2)的具体为：

S2.1)采用下引连铸，经过结晶器及二次冷却后牵出铜合金发热丝下引连铸线坯，

S2.2)使用倒立式盘拉机对S2.1)得到的下引线坯进行7-15道模具拉拔，

S2.3)在氮气保护下的采用中低温退火，退火温度为300℃-550℃，保温时间为15-120min。

所述S3)中的拉连退工艺：使用中拉连退中的连退工艺对S2)得到铜合金盘拉线进行多模连续拉拔，所述多模连续拉至使用的模具数为3-13个，所述中拉连退中的连退工艺为退火拉拔，拉拔速度为100-1000m/s。

一种铜合金发热丝，所述铜合金发热丝采用上述的制备工艺制备得到。

实施例1

一种铜合金发热丝，其主要成分质量百分比分别为Sn：1.0wt％，P：0.001wt％，Cu：余量；

S1)按照设计组分进行原材料准备，进行真空熔炼，得到铜合金母体；

S2)对S1)处理的铜合金母体进行拉拔，热处理，得到铜合金盘拉线，热处理的工艺参数为500℃，60min；

S3)对S2)得到铜合金盘拉线进行中拉连退，拉连退模具数为13个，退火速度为300m/s，即得到电导率为45％IACS；强度为1000Mpa；伸长率30％，直径为0.7mm铜合金发热丝，线材的TEM照片如图2所示，从中可以看出本发明得到的最终产品具有很好的组织结构。

实施例2

一种铜合金发热丝，其主要成分质量百分比分别为Sn：1.5wt％，P：0.001wt％，Cu：余量；

S1)按照设计组分进行原材料准备，进行真空熔炼，得到铜合金母体；

S2)对S1)处理的铜合金母体进行拉拔，热处理，得到铜合金盘拉线，热处理的工艺参数为300℃，90min，热处理后的样品SEM照片如图3所示，从图中可以看出热处理后的组织为完全再结晶组织，该组织有利于后续的拉拔；

S3)对S2)得到铜合金盘拉线进行中拉连退，拉连退模具数为12个，退火速度为500m/s，即得到电导率为45％IACS；强度为800Mpa；伸长率35％，直径为0.9mm铜合金发热丝。

实施例3

一种铜合金发热丝，其主要成分质量百分比分别为Sn：1.0wt％，P：0.45wt％，Cu：余量

S1)按照设计组分进行原材料准备，进行真空熔炼，得到铜合金母体；

S2)对S1)处理的铜合金母体进行拉拔，热处理，得到铜合金盘拉线，热处理的工艺参数为500℃，120min；

S3)对S2)得到铜合金盘拉线进行中拉连退，拉连退模具数为13个，退火速度为1000m/s，即得到电导率为24％IACS；强度为800Mpa；伸长率19％，直径为0.75mm铜合金发热丝，拉拔后样品的SEM照片如图4所示，从图中可知，盘拉过程中材料变形均匀一致。

实施例4：

一种铜合金发热丝，其主要成分质量百分比分别为Sn：1.0wt％，P：0.001wt％，余量为Cu和不可避免的杂质；

S1)按照设计组分进行原材料准备，进行真空熔炼，得到铜合金母体；

S2)对S1)处理的铜合金母体进行拉拔，热处理，得到铜合金盘拉线，热处理的工艺参数为300℃，110min；

S3)对S2)得到铜合金盘拉线进行中拉连退，拉连退模具数为13个，退火速度为1000m/s，即得到电导率为24％IACS；强度为400Mpa；伸长率30％，直径为1.2mm铜合金发热丝。

以上对本申请实施例所提供的一种铜合金发热丝的制备工艺，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的工艺及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims (7)

1.一种铜合金发热丝的制备工艺，其特征在于，所述工艺具体包括以下步骤：

S1)制备铜合金母体；所述铜合金母体的各个组分的质量百分数为： Sn：0.5~1.5wt%，P：0.001~0.5wt%，余量为Cu和不可避免的杂质；

S2）对S1）得到的铜合金母体进行拉拔，再进行热处理，得到铜合金盘拉线；

具体为：S2.1 ）对S1）得到的铜合金母体采用下引连铸，经过结晶器及二次冷却后牵出铜合金发热丝的线坯；

S2.2）使用倒立式盘拉机对S2.1）得到的下引线坯进行7-15道次的模具拉拔；

S2.3）在氮气保护下的采用中低温退火，冷却后得到铜合金发热丝；

S3）对S2）得到铜合金置于盘拉线进行中拉连退，即得到直径为0.1-1.6mm的铜合金发热丝；

所述S3）中的拉连退工艺：使用中拉连退中的连退工艺对S2）得到铜合金盘拉线进行多模连续拉拔，所述多模连续拉至使用的模具数为3-13个，所述中拉连退中的连退工艺为退火拉拔，拉拔速度为100-1000 m/s。

2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述S1）的具体工艺为：

S1.1）按照设计比分别称取铜、磷和锡，先将铜投入至真空下引熔炼炉的坩埚内，将锡和磷各自放在料斗内；

S1.2）在真空环境中待铜熔化后，先加入占磷总质量的5-20%的磷加入坩埚内进行熔体脱氧，脱氧充分后加入剩余的磷，以及锡，继续精炼，精炼完成后静置，得到铜合金母体。

3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述中低温退火的工艺为：退火温度为300℃-550℃，保温时间为15-120min。

4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述工艺制备得到铜合金发热丝的电导率为15-55%IACS，强度为400-1000 MPa，伸长率15-50%。

5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述铜合金母合金各个组分的质量百分数为：Sn：1.0 wt%，P：0.001 wt%，余量为Cu和不可避免的杂质。

6.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述铜合金母合金各个组分的质量百分数为：Sn：1.5 wt%，P：0.001 wt%，余量为Cu和不可避免的杂质。

7.一种铜合金发热丝，其特征在于，所述铜合金发热丝采用权利要求1-6任意一项所述的工艺制备得到。

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