CN116741459B - 一种超导缆用铜槽线的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超导缆用超大规格铜槽线的制备方法，将铜棒采用拉丝机拉丝成铜线，然后将拉丝后的铜线先置于惰性气体保护的退火炉中，退火，水冷，吹干；在铜线正中穿孔，将铜线浸泡于助焊剂A中，取出洗净，烘干备用；将填充料填入铜线的孔中；将穿孔后的铜线浸泡于助焊剂B中，用水洗净，取出烘干备用；铜线焊接，制备成与超导缆圆线尺寸相匹配的U型铜槽线，退火，再通过锡液，进行镀锡，然后水冷，吹干，即得。
Description
技术领域
本发明涉及超导材料加工领域，确切地说是一种超导缆用铜槽线的制备方法。
背景技术
超导电缆是指利用超导体制成的一类电缆。超导电缆具有大容量、低损耗、节约能源和环保等优势，在电力工业已应用广泛。
超导电缆是利用超导在其临界温度下成为超导态、电阻消失、损耗极微、电流密度高、能承载大电流的特点而设计制造的。其传输容量远远超过充油电缆，亦大于低温电缆，可达10000MVA以上，是正在大力研究发展中的一种新型电缆。由于超导体的临界温度一般在20K以下，故超导电缆一般在4.2K的液氦中运行。
超导电缆是解决大容量、低损耗输电的一个重要途径，由于它的潜在优势如此诱人，所以各国科技工作者为此正在进行大量的研制工作。
目前由于制备出的铜槽线精度受限，导致其加工出来的超导线材的剩余电阻比(RRR 值)也受其制约，因此需要开发出一种能够提高铜槽线精度的制备方法，以获得高稳定的超导电缆。
发明内容
本发明的目的在于提供一种精度高，稳定性好的一种超导缆用铜槽线的制备方法。
一种超导缆用铜槽线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将铜棒采用拉丝机拉丝成铜线，然后将拉丝后的铜线先置于惰性气体保护的退火炉中，先升温至230-240℃下退火50-70min，再升温至270-290℃下退火100-120min，取出水冷，吹干；
（2）在铜线正中穿孔，将铜线浸泡于助焊剂A中10-15h，取出用纯净水洗净，60-80℃烘干备用；
（3）将填充料填入步骤（2）所得铜线的孔中；
（4）将步骤（3）所得铜线浸泡于助焊剂B中24-26h，然后将铜线取出用水洗净，取出60-80℃烘干备用；
（5）将步骤（4）所得铜线通过温度为100-160℃带有感应加热的定形模进行焊接，制备成与超导缆圆线尺寸相匹配的U型铜槽线，惰性气体气氛保护下先升温至200-220℃下退火50-70min，再升温至270-290℃下退火80-100min，再通过锡液，进行镀锡，然后水冷，吹干，即得超导缆用铜槽线。
优选地，水冷用-5-0℃的水。
优选地，助焊剂A由下述重量份的原料混匀制得：聚乙烯吡咯烷酮1-2份、水溶性松香树脂6-8份、石墨烯1-2份、脂肪胺聚氧乙烯醚1-2份、乙二醇8-20份、水60-70份。
优选地，助焊剂B由下述重量份的原料混匀制得：环氧树脂4-6份、吐温20 1-2份、纳米氧化钙1-2份、丙三醇2-5份、单月桂基磷酸酯2-3份、羟基苯并三唑1-2份、乙醇2-5份、水75-90份。
优选地，锡液的温度为600-700℃。
优选地，填充料由下述重量份的原料混匀制得：Nb 11-15份，Ti 9-12份。
本发明的有益效果为：
（1）本发明的超导缆用铜槽线的制备方法采用两种助焊剂对铜线进行处理，经过本发明所用两种助焊剂处理后的铜线具有焊后表面绝缘电阻好,焊后残留焊剂干燥快的优点，且该助焊剂容易进行清理，能够提升铜槽线的焊接效果，不会出现虚假焊的现象。
（2）助焊剂A中含有水溶性松香树脂,其在焊接过程中高温下不易挥发，发生还原反应，从而除去金属表面同空气接触后生成的氧化膜，反应生成物变成悬浮的渣，漂浮在焊料表面，成为残渣的主成分。聚乙烯吡咯烷酮是一种性能优异的水溶性高分散剂、成膜剂，是一种保护性胶体，易清洗，还易成膜，相比于传统只使用松香的情况相比，其拥有更好的流动性，有助于减少焊点。
（3）助焊剂B中环氧树脂、纳米氧化钙等物质复配，焊接过程中熔化，漂浮在焊料表面，形成隔离层，因而防止了焊接面的氧化；同时含有多种复配表面活性剂，减小表面张力，增加锡液流动性，有助于镀锡湿润焊件。
（4）本发明的超导缆用铜槽线的制备方法通过多重温度下退火，以及用冰水过水工艺，增加了铜槽线的拉伸强度和韧性，加上二次助焊，以及镀锡，增加了锡面的均匀性，也增加了所得铜槽线的精度以及稳定性，加工过程拉拔及退火工艺简单便捷，适合超导缆用铜槽线的大规模批量化生产。利用本发明方法制备的铜槽线长度可达600米以上。
具体实施方式
实施例1、
一种超导缆用铜槽线的制备方法，包括以下步骤：
（1）将铜棒采用拉丝机拉丝成铜线，然后再拉丝后的铜线先置于惰性气体保护的退火炉中，先升温至230℃下退火70min，再升温至270℃下退火100min，取出用0℃的水进行水冷处理，吹干备用；
（2）在铜线正中穿孔，将铜线浸泡于助焊剂A中12h，取出用纯净水洗净，80℃烘干备用；
（3）将填充料填入步骤（2）所得铜线的孔中；
（4）将步骤（3）所得铜线浸泡于助焊剂B中24h，然后将铜线取出用水洗净，取出80℃烘干备用；
（5）将步骤（4）所得铜线通过温度为120℃带有感应加热的定形模进行焊接，制备成与超导缆圆线尺寸相匹配的U型铜槽线，惰性气体气氛保护下先升温至220℃下退火70min，再升温至275℃下退火100min，再通过温度为650℃的锡液，进行镀锡，然后用-3℃的水进行水冷处理，吹干后即得超导缆用铜槽线。
本实施例中所用助焊剂A由下述重量份（kg)的原料混匀制得：聚乙烯吡咯烷酮2份、水溶性松香树脂8份、石墨烯2份、脂肪胺聚氧乙烯醚1份、乙二醇20份、水60份。
助焊剂B由下述重量份（kg)的原料混匀制得：环氧树脂6份、吐温20 1份、纳米氧化钙1份、丙三醇2份、单月桂基磷酸酯2份、羟基苯并三唑2份、乙醇25份,水75份。
所述的填充料由下述重量份（kg)的原料制得：Nb 14份，Ti 12份。
利用本实施例制备的大规格铜槽线用于超导缆时，超导缆4T下临界电流为11093A，RRR值为205。
实施例2、
一种超导缆用铜槽线的制备方法，包括以下步骤：
（1）将铜棒采用拉丝机拉丝成铜线，然后再拉丝后的铜线先置于惰性气体保护的退火炉中，先升温至240℃下退火70min，再升温至290℃下退火120min，取出-5℃的水水冷，吹干；
（2）在铜线正中穿孔，将铜线浸泡于助焊剂A中15h，取出用纯净水洗净，80℃烘干备用；
（3）将填充料填入步骤（2）所得铜线的孔中；
（4）将步骤（3）所得铜线浸泡于助焊剂B中24h，然后将铜线取出用水洗净，取出60-80℃烘干备用；
（5）将步骤（4）所得铜线通过温度为160℃带有感应加热的定形模进行焊接，制备成与超导缆圆线尺寸相匹配的U型铜槽线，惰性气体气氛保护下先升温至220℃下退火70min，再升温至270℃下退火100min，再通过温度为650℃的锡液，进行镀锡，然后-5℃的水水冷，吹干，即得。
本实施例中所用助焊剂A由下述重量份（kg)的原料混匀制得：聚乙烯吡咯烷酮1份、水溶性松香树脂6份、石墨烯1份、脂肪胺聚氧乙烯醚1份、乙二醇10份、水70份。
助焊剂B由下述重量份（kg)的原料混匀制得：环氧树脂6份、吐温20 2份、纳米氧化钙1份、丙三醇2份、单月桂基磷酸酯2份、羟基苯并三唑1份、乙醇2份、水75份。
所述的填充料由下述重量份（kg)的原料制得：Nb 14份，Ti 12份。
利用本实施例制备的大规格铜槽线用于超导缆时，超导缆4T下临界电流为11072A，RRR值为223。
实施例3、
一种超导缆用铜槽线的制备方法，包括以下步骤：
（1）将铜棒采用拉丝机拉丝成铜线，然后再拉丝后的铜线先置于惰性气体保护的退火炉中，先升温至240℃下退火70min，再升温至270℃下退火120min，取出0℃的水水冷，吹干；
（2）在铜线正中穿孔，将铜线浸泡于助焊剂A中15h，取出用纯净水洗净，80℃烘干备用；
（3）将填充料填入步骤（2）所得铜线的孔中；
（4）将步骤（3）所得铜线浸泡于助焊剂B中24h，然后将铜线取出用水洗净，取出80℃烘干备用；
（5）将步骤（4）所得铜线通过温度为160℃带有感应加热的定形模进行焊接，制备成与超导缆圆线尺寸相匹配的U型铜槽线，惰性气体气氛保护下先升温至220℃下退火0min，再升温至290℃下退火100min，再通过温度为700℃的锡液，进行镀锡，然后-2℃的水水冷，吹干，即得。
本实施例中所用助焊剂A由下述重量份（kg)的原料混匀制得：聚乙烯吡咯烷酮1.2份、水溶性松香树脂7份、石墨烯2份、脂肪胺聚氧乙烯醚2份、乙二醇9份、水60份。
助焊剂B由下述重量份（kg)的原料混匀制得：环氧树脂5份、吐温20 1份、纳米氧化钙1份、丙三醇3份、单月桂基磷酸酯2份、羟基苯并三唑2份、乙醇5份,水75份。
所述的填充料由下述重量份（kg)的原料制得：Nb 14份，Ti 12份。
利用本方法制备的大规格铜槽线用于超导缆时，超导缆导体的铜比为5.2，4T下临界电流为12080A，RRR值为189。目前暂无法采用现有技术制备同类型导体。
利用本实施例制备的大规格铜槽线用于超导缆时，超导缆4T下临界电流为11024A，RRR值为217。
对比实施例1、
一种超导缆用铜槽线的制备方法，包括以下步骤：
（1）将铜棒采用拉丝机拉丝成铜线，然后再拉丝后的铜线先置于惰性气体保护的退火炉中，升温至270℃下退火2h，取出常温水水冷，吹干；
（2）在铜线正中穿孔；
（3）将填充料填入步骤（2）所得铜线的孔中；
（4）将步骤（3）所得铜线通过温度为120℃带有感应加热的定形模进行焊接，制备成与超导缆圆线尺寸相匹配的U型铜槽线，惰性气体气氛保护下先275℃下退火2h，然后常温水冷，吹干，即得。
填充料由下述重量份（kg)的原料制得：Nb 14份，Ti 12份。
利用本实施例制备的大规格铜槽线用于超导缆时，超导缆4T下临界电流为8657A，RRR值为163。
对比实施例2、
一种超导缆用铜槽线的制备方法，包括以下步骤：
（1）将铜棒采用拉丝机拉丝成铜线，然后再拉丝后的铜线先置于惰性气体保护的退火炉中，升温至270℃下退火2h，取出常温水水冷，吹干；
（2）在铜线正中穿孔，将铜线浸泡于助焊剂中15h，取出用纯净水洗净，80℃烘干备用；
（3）将填充料填入步骤（2）所得铜线的孔中；
（4）将步骤（3）所得铜线通过温度为120℃带有感应加热的定形模进行焊接，制备成与超导缆圆线尺寸相匹配的U型铜槽线，惰性气体气氛保护下先275℃下退火2h，然后常温水冷，吹干，即得。
填充料由下述重量份（kg)的原料制得：Nb 14份，Ti 2份。
利用本实施例制备的大规格铜槽线用于超导缆时，超导缆4T下临界电流为8794A，RRR值为172。
助焊剂由下述重量份（kg)的原料混匀制得：聚乙烯吡咯烷酮1.2份、水溶性松香树脂7份、石墨烯2份、脂肪胺聚氧乙烯醚2份、乙二醇9份、水60份。
对比实施例3、
一种超导缆用铜槽线的制备方法，包括以下步骤：
（1）将铜棒采用拉丝机拉丝成铜线，然后再拉丝后的铜线先置于惰性气体保护的退火炉中，先升温至240℃下退火70min，再升温至270℃下退火120min，取出0℃的水水冷，吹干；
（2）在铜线正中穿孔；
（3）将填充料填入步骤（2）所得铜线的孔中；
（4）将步骤（3）所得铜线通过温度为160℃带有感应加热的定形模进行焊接，制备成与超导缆圆线尺寸相匹配的U型铜槽线，惰性气体气氛保护下先升温至220℃下退火0min，再升温至290℃下退火100min，再通过温度为700℃的锡液，进行镀锡，然后-2℃的水水冷，吹干，即得。
利用本实施例制备的大规格铜槽线用于超导缆时，超导缆4T下临界电流为8632A，RRR值为175。
由实施例1-3和对比实施例1-3的实验数据可知，本申请能够大幅提高铜槽线的精度，进而影响超导线材的剩余电阻比 (RRR值)，稳定高，能够最高600米长，加工率在17%左右，且是各工艺协同作用，缺失任何步骤都会大大影响效果。
焊接实验数据：
表1焊接效果实验数据表
| 编号 | 焊接效果 |
| 实施例1 | 焊接效果优，无漏焊 |
| 实施例2 | 焊接效果优，无漏焊 |
| 实施例3 | 焊接效果优，无漏焊 |
| 对比实施例1 | 焊接效果较差，有明显漏焊 |
| 对比实施例2 | 焊接效果一般，有漏焊 |
| 对比实施例3 | 焊接效果较差，有明显漏焊 |
Claims (5)
1.一种超导缆用铜槽线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将铜棒采用拉丝机拉丝成铜线，然后将拉丝后的铜线先置于惰性气体保护的退火炉中，先升温至230-240℃下退火50-70min，再升温至270-290℃下退火100-120min，取出水冷，吹干；
（2）在铜线正中穿孔，将铜线浸泡于助焊剂A中10-15h，取出用纯净水洗净，60-80℃烘干备用；
（3）将填充料填入步骤（2）所得铜线的孔中；
（4）将步骤（3）所得铜线浸泡于助焊剂B中24-26h，然后将铜线取出用水洗净，取出60-80℃烘干备用；
（5）将步骤（4）所得铜线通过温度为100-160℃带有感应加热的定形模进行焊接，制备成与超导缆圆线尺寸相匹配的U型铜槽线，惰性气体气氛保护下先升温至200-220℃下退火50-70min，再升温至270-290℃下退火80-100min，再通过锡液，进行镀锡，然后水冷，吹干，即得超导缆用铜槽线；
所述的填充料由下述重量份的原料混匀制得：Nb 11-15份，Ti 9-12份。
2.根据权利要求1所述的一种超导缆用铜槽线的制备方法，其特征在于，所述水冷用-5-0℃的水。
3.根据权利要求1所述的一种超导缆用铜槽线的制备方法，其特征在于，所述的助焊剂A由下述重量份的原料混匀制得：聚乙烯吡咯烷酮1-2份、水溶性松香树脂6-8份、石墨烯1-2份、脂肪胺聚氧乙烯醚1-2份、乙二醇8-20份、水60-70份。
4.根据权利要求1所述的一种超导缆用铜槽线的制备方法，其特征在于，所述的助焊剂B由下述重量份的原料混匀制得：环氧树脂4-6份、吐温20 1-2份、纳米氧化钙1-2份、丙三醇2-5份、单月桂基磷酸酯2-3份、羟基苯并三唑1-2份、乙醇2-5份、水75-90份。
5.根据权利要求1所述的一种超导缆用铜槽线的制备方法，其特征在于，所述锡液的温度为600-700℃。
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