一種新型銅鈮鋁合金導電排的製作方法

2023-04-24 07:14:56

技術領域

本發明為一種複合導電排，涉及該複合導電排組分構成和製備方法。

背景技術：

銅鋁複合排以鋁為基體，外層包覆銅。其製造方法可分為：包覆焊接法，靜液擠壓法等，它將銅的高質量穩定導電性能與鋁這一低成本能源，以較低的接觸電阻結合為一體的新型導體材料，可替代純銅排。銅鋁複合排具有良好的導電性，重量輕，良好的力學性能，牢固的銅鋁間結合，不存在物理缺陷這些優點，並且具有良好的延展性和可靠性，經過特殊的熱處理工藝，具有一定的可塑性，有利於衝孔、剪切、彎曲加工產品不開裂、不分離。可以起到節省銅材，極大降低生產配套成本，綠色環保，無任何汙染的效果。銅鋁複合導電排，可專門用於替代銅排，鋁排，廣泛應用於自動化，冶金，高低壓電器，建築行業及冶金行業，是一種高科技的節能型產品。

技術實現要素：

本發明的一種新型銅鈮鋁合金導電排，通過控制複合導電排各組分質量配比，使其具有比一般的普通銅包鋁的壽命更長久，在產品後續使用中更有利於生產過程製造；具有更加良好的導電率、抗拉強度、延伸率、硬度、屈服強度等特性。

本發明涉及的複合導電排為超導型銅鈮稀土鋁複合導電排，其組分及質量百分比如下：1.銅鈮稀土40%，其中銅鈮稀土成分分別為：銅Cu 99.80%—99.94%；鈮Nb 0.0011%—0.0019%；稀土RE0.00030%—0.00079%；2.鋁60%，鋁的合金牌號為1070純鋁。

本發明還提供了一種上述複合導電排的製備方法。

本發明涉及的複合導電排按如下步驟製備：

1.首先採用充芯連鑄工藝製備銅鈮稀土鋁複合錠，上方設置鋁加熱爐，下方設置銅加熱爐，使芯部金屬鋁與外層金屬銅鈮稀土合金分別在鋁加熱爐和銅加熱爐中熔化。

銅加熱爐的溫度在達到900℃時分別加入稀土；金屬鈮採用小型加熱爐加熱到2900℃變成液體時立即加入銅液中進行攪拌，當兩個加熱器達到合適的溫度時，即鋁加熱爐溫度達到668℃～770℃；銅加熱爐溫度達到1083℃～1250℃，在引錠杆作用下，牽引外層金屬銅進入結晶器，外層金屬在結晶器中形成空心管坯，同時芯部金屬鋁液隨之充填進管坯中，使芯部金屬鋁和外層金屬銅冶金結合成銅鈮稀土鋁複合錠。

2.將段切好的銅鈮稀土鋁複合錠通過自動傳輸系統進入中頻電爐中進行預加熱，使銅層與鋁層在瞬間加熱，兩種金屬在瞬間進行軟化。為銅鋁複合錠進入下一個工序提供輔助加熱從而提高生產效率，隨後進入真空無氧連續加熱爐中進行加熱，加熱到460℃～680℃。通過該加熱工序來保證銅鋁晶格重組，確保產品質量，熱變形的目的是降低材料的變形抗力、提高塑性，有利於後續軋製成形過程的穩定性。

3.在氫氮混合保護氣體下，將經過加熱好的複合錠利用自動密封輸送平臺送入具有相對的若干組上下平輥的連續軋機中進行連續溫軋制。其軋制溫度保持在430℃～630℃之間。軋制設備的速度設定在：80～150米/分。使金屬材料得到壓縮變形使複合導電排在高度方向上尺寸減小，而寬度和長度方向上尺寸增加，從而得到所需的尺寸和形狀。

4.然後將軋制好的複合導電排利用驅動輥道進入冷卻水槽進行校平校直。

5.將校平校直好的複合導電排進入冷卻床進行定尺鋸切。

6.將定尺鋸切好的複合導電排利用驅動輥道進入渦流探傷進行無損檢測。

7.將檢測好的複合導電排利用驅動輥道進行連續在線退火。

8.將退火好的的複合導電排利用驅動輥道進行表面鈍化處理。

9．將鈍化好的複合導電排利用驅動輥道進入成品包裝機上進行包裝入庫。

經上述配比和製備方式製備的複合導電排相比普通的銅包鋁排在性能上有明顯優勢。

經上述配比和製備方式製備的複合導電排相比普通的銅包鋁排， 在銅層佔截面面積比為15%時，兩者密度相同，20℃時的直流電阻率，普通的銅包鋁排為0.02517Ω·㎜2/m，經上述配比和製備方式製備的複合導電排為0.02089Ω·㎜2/m，普通的銅包鋁排和經上述配比和製備方式製備的複合導電排相比，兩者的導電率分別為67.50%，89.90%，兩者的延伸率分別為27%，29%；兩者的抗拉強度分別為97MPa，112MPa，兩者的界面結合剪切強度分別為34.6MPa，55.6MPa。

經上述配比和製備方式製備的複合導電排相比普通的銅包鋁排， 在銅層佔截面面積比為20%時，兩者密度相同，20℃時直流電阻率普通的銅包鋁排為0.02392Ω·㎜2/m，經上述配比和製備方式製備的複合導電排為0.01926Ω·㎜2/m；普通的銅包鋁排和經上述配比和製備方式製備的複合導電排相比，兩者的導電率分別為66.30%，90.07%，兩者的延伸率分別為31%，33%；兩者的抗拉強度分別為105MPa，124MPa，兩者的界面結合剪切強度分別為55.6MPa，59.8MPa。

根據上述數據可得出結論經上述配比和製備方式製備的複合導電排的各個性能均優於普通的銅包鋁排，特別在直流電阻率方面比普通銅包排減少了很多，從而增加導電率。該複合導電排在界面結合力上，結合強度更好。其抗腐蝕性，硬度方面得到了加強。上述複合導電排在耐高溫，耐寒方面得到充足的體現，遠比普通的銅包鋁排強。

本發明涉及的複合導電排具有以下優點及突出性效果：1，良好的導電性：本發明所述的複合導電排載流量是純銅排的90.7%，即截面積增加10%左右可完全達到與純銅相同載流量，其電性能滿足要求。 2，重量輕：本發明所述的複合導電排的密度僅為純銅排的37%-40%，同等重量的長度（體積）是純銅排的2-2.25倍。在安裝使用時可以減小自身重量所引起的彎曲應力，安裝方便。

3，良好的力學性能：具有良好的抗拉強度（大於等於110MPa），可彎曲性和延伸率（大於等於30%）。

4，牢固的銅鋁間結合：不同金屬材料之間在各種環境溫度中達到永久性的原子晶間結合，並且銅層分布均勻，不存在任何物理缺陷。

5，良好的延展性和可靠性：經過特殊的熱處理工藝，具有一定的可塑性，有利於衝孔、剪切、彎曲加工產品不開裂、不分離。

6，其載流量接近於銅排，彎曲性能比銅排好，其抗拉強度、延伸率、硬度都可滿足成套電氣設備等產品的要求。使用所述複合導電排替代銅排會大幅度降低成套電氣設備等產品的成本，極易推廣使用。

附圖說明

下面結合說明書附圖對本發明作進一步詳細說明：

圖1是本發明的充芯連鑄工藝原理圖。

引錠杆1，結晶器2，鋁加熱爐3，銅加熱爐4，銅液注入口5，鋁液注入口6，複合坯7，鋁液導流管8，電源9，控溫系統10。

具體實施方式

實施例1

本實施例提供一種所述複合導電排製備步驟：

1）採用充芯連鑄工藝製備銅鈮稀土鋁複合錠，上方設置鋁加熱爐3，下方設置銅加熱爐4，使芯部金屬鋁與外層金屬銅鈮稀土合金分別在鋁加熱爐3和銅加熱爐4中熔化；

2）銅加熱爐4的溫度達到900℃時分別加入稀土RE；金屬鈮採用小型加熱爐加熱到2900℃變成液體時立即加入銅液中進行攪拌，最終鋁加熱爐3溫度達到668℃～770℃；銅加熱爐4溫度達到1083℃～1250℃，在引錠杆1作用下，牽引外層金屬銅進入結晶器2，外層金屬在結晶器2中形成空心管坯，同時芯部金屬鋁液隨之充填進管坯中，使芯部金屬鋁和外層金屬銅冶金結合成銅鈮稀土鋁複合錠；

3）將段切好的銅鈮稀土鋁複合錠通過自動傳輸系統進入中頻電爐中進行預加熱，使銅層與鋁層在瞬間加熱，兩種金屬在瞬間進行軟化；隨後進入真空無氧連續加熱爐中進行加熱，加熱到460℃～ 680℃；

4）在氫氮混合保護氣體下，將經過加熱好的複合錠利用自動密封輸送平臺送入具有相對的若干組上下平輥的連續軋機中進行連續溫軋制，其軋制溫度保持在430℃～ 630℃之間；軋制設備的速度設定在80-150米/分；

5）然後將軋制好的複合導電排利用驅動輥道進入冷卻水槽進行校平校直；

6）將校平校直好的複合導電排進入冷卻床進行定尺鋸切；

7）將定尺鋸切好的複合導電排利用驅動輥道進入渦流探傷進行無損檢測；

8）將檢測好的複合導電排利用驅動輥道進行連續在線退火；

9）將退火好的的複合導電排利用驅動輥道進行表面鈍化處理；

10）將鈍化好的複合導電排利用驅動輥道進入成品包裝機上進行包裝入庫。

實施例2：

本實施例的複合導電排，其包括的各組分及其質量百分比為：銅鈮稀土40%，其中銅鈮稀土成分分別為，銅Cu 99.82%；鈮Nb 0.0012%；稀土RE0.00060%；2.鋁60%。鋁的合金牌號為1070純鋁。

經檢測，上述複合導電排20℃時直流電阻率為0.01988Ω·㎜2/m，載流量是純銅排的90.1%，密度為純銅排的37.5%，同等重量的長度（體積）是純銅排的2.23倍，抗拉強度112MPa，界面結合剪切強度55.9MPa，延伸率30%。

實施例3：本實施例的複合導電排，其包括的各組分及其質量百分比為：銅鈮稀土40%，其中銅鈮稀土成分分別為，銅Cu 99.93%；鈮Nb 0.0018%；稀土RE0.00075%；2.鋁60%。鋁的合金牌號為1070純鋁。

經檢測，上述複合導電排20℃時直流電阻率為0.02008Ω·㎜2/m。載流量是純銅排的90.8%，密度為純銅排的39%，同等重量的長度（體積）是純銅排的2.21倍，抗拉強度118MPa，界面結合剪切強度56.2MPa，延伸率32%。

實施例4：本實施例的複合導電排，其包括的各組分及其質量百分比為：銅鈮稀土40%，其中銅鈮稀土成分分別為，銅Cu 99.88%；鈮Nb 0.0015%；稀土RE0.00060%；2.鋁60%。鋁的合金牌號為1070純鋁。

經檢測，上述複合導電排20℃時直流電阻率為0.02100Ω·㎜2/m，載流量是純銅排的90.6%，密度為純銅排的39%，同等重量的長度（體積）是純銅排的2.22倍，抗拉強度123MPa，界面結合剪切強度58.6MPa，延伸率35%。

實施例5：本實施例的複合導電排，其包括的各組分及其質量百分比為：銅鈮稀土40%，其中銅鈮稀土成分分別為，銅Cu 99.84%；鈮Nb 0.0017%；稀土RE0.00069%；2.鋁60%。鋁的合金牌號為1070純鋁。

經檢測，上述複合導電排20℃時直流電阻率為0.02036Ω·㎜2/m，載流量是純銅排的90.7%，密度為純銅排的37%，同等重量的長度（體積）是純銅排的2.25倍，抗拉強度120MPa，界面結合剪切強度57.2MPa，延伸率33%。