一種Cu-Ag多芯複合線材的製備方法
2023-10-10 21:13:19 2
專利名稱：一種Cu-Ag多芯複合線材的製備方法
技術領域：
本發明屬於金屬基複合材料加工領域，具體涉及一種Cu-Ag多芯複合線材的製備方法。
背景技術：
高強高導銅合金材料是集優良物理性能和力學性能的有色金屬材料，其中形變銅基複合材料是高強高導銅合金的研究熱點和發展方向之一，其突出的特點是有超高的強度和良好的電導率，廣泛的用於高脈衝磁場線圈、轉換開關、電接觸器、引線框架、電車及電力火車導線等器件。隨著銅基複合材料應用領域的不斷擴大及其消耗量的迅速增長，這種材料已逐漸受到高度關注。脈衝磁體是實現60T以上高磁場的唯一手段，可為物理、生物和材料領域的研究提供基礎平臺，尤其是非破壞性脈衝磁體，可重複性較好且成本較低，廣泛用於各類研究機構。但非破壞性脈衝磁體對導體材料有很高的要求，要求材料具有很高的強度用來抵抗磁場產生的洛侖茲力，具有良好的導電性以減少焦耳熱效應，具有良好的延展性以便於繞制小內徑線圈。目前，用於脈衝磁體的導體材料主要是Cu-Nb、Cu-Ag複合材料，Cu-Nb複合材料主要是原位法製備技術，但這種加工技術有一定的局限性，在合金鑄造過程中，可能引起增強體分布的不均勻性，造成基體汙染，同時由於增強體的不連續分布，限制了材料導電性的提高。Cu-Ag複合材料目前主要採用的是傳統的Cu-Ag合金熔煉、鍛造、拉拔和軋制等手段獲得，該方法需要嚴格控制材料的鑄造工藝、合金成分和加工參數，且由於材料經歷的加工真應變有限(一般真應變小於9)，材料強度無法得到極大的提升。而且由於在Cu基體中添加的導電性能優異的Ag單質經過塑性變形形成了非連續Ag纖維以及Cu-Ag合金中沉澱相的出現均影響了材料的電導特性，從而導致材料導電率相對降低。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在於針對上述現有技術的不足，提供一種Cu-Ag多芯複合線材的製備方法。本發明製備的Cu-Ag多芯複合線材具有上億芯的連續Ag芯絲和較高的真應變，滿足了脈衝磁體對複合線材高強度、高導電率的需求。為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是一種Cu-Ag多芯複合線材的製備方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟步驟一、將純Ag棒、無氧銅包套分別進行清洗和烘乾，再把純Ag棒裝入無氧銅包套中，得到Cu-Ag複合包套；步驟二、採用真空電子束焊將Cu-Ag複合包套兩端封焊，將封焊後的Cu-Ag複合包套在溫度為500°C 700°C的條件下保溫I. 5h 3h後保持擠壓比為9 20進行擠壓，得到單芯複合棒；步驟三、採用拉拔設備將步驟二中的單芯複合棒進行多道次拉拔得到橫截面為正、六邊形的單芯複合線材，所述橫截面正六邊形的對邊距為2. Omm 3. Omm,當被拉拔的單芯複合棒橫截面積> 20mm2時，採用10% 20%的道次加工率，當被拉拔的單芯複合棒橫截面積< 20mm2後，採用7% 10%的道次加工率，拉拔加工過程中進行兩次用於消除單芯複合棒內部殘餘應力的真空退火處理，拉拔的總加工率為80% 88%時，進行第一次真空退火處理，拉拔的總加工率為90% 95%時，進行第二次真空退火處理；步驟四、採用常規方法將步驟三中所述單芯複合線材依次進行矯直，定尺，截斷，酸洗，烘乾；步驟五、將η根步驟四中烘乾後的單芯複合線材集束裝入新的無氧銅包套中，重複步驟二、步驟三和步驟四，得到橫截面為正六邊形的多芯複合線材一；步驟六、將η根步驟五中的多芯複合線材一集束裝入新的無氧銅包套中，重複步 驟二、步驟三和步驟四，得到橫截面為正六邊形的多芯複合線材二 ；步驟七、將η根步驟六中的多芯複合線材二集束裝入新的無氧銅包套中，重複步驟二、步驟三得到橫截面為正六邊形的Cu-Ag多芯複合線材；所述步驟五、步驟六和步驟七中的η相等且均為500 630,所述Cu-Ag多芯複合線材的芯數為η3，所述Cu-Ag多芯複合線材中Ag的體積百分含量為18% 24%，餘量為Cu。上述步驟一中純Ag棒的質量純度彡99. 9%。上述步驟三中真空退火的具體工藝為將拉拔過程中的單芯複合棒置於溫度為650°C 750°C的真空退火爐中，保溫時間8h 12h，保持真空退火爐的真空度在10_3Pa以上。本發明與現有技術相比具有以下優點I、本發明工藝簡單、流程短、製備成本低避免了 Cu-Ag合金的熔煉工藝帶來的額外成本和加工周期，僅通過多次的多芯集束組裝實現了 Ag芯絲的細化，並結合擴散熱處理形成良好的Cu/Ag界面結合效果。2、本發明製備的Cu-Ag多芯複合線材經過三次多芯集束複合加工過程，材料加工真應變可達到20以上，遠超過傳統機械熱加工方法達到的極限值10，該方法可促進Ag芯絲由宏觀尺度向納米尺度的轉化，實現了複合線材的充分界面強化和細晶強化，很大程度了提高了 Cu-Ag多芯複合線材的強度。3、本發明製備的Cu-Ag多芯複合線材中含有約上億芯的Ag連續納米纖維，很大程度上提高了 Cu-Ag多芯複合線材的導電性。
具體實施例方式實施例ICu-Ag多芯複合線材的製備步驟一、將直徑為Φ42. Omm的純Ag棒和外徑為Φ65. Omm,內徑為Φ62. Omm的無
氧銅包套進行清洗，烘乾，然後將烘乾的純Ag棒裝入烘乾後的無氧銅包套中得到Cu-Ag複合包套，所述純Ag棒質量分數彡99. 9% ；步驟二、採用真空電子束焊將Cu-Ag複合包套兩端封焊，將封焊後的Cu-Ag複合包套在溫度為700°C的條件下保溫I. 5h後按擠壓比為16. 5進行擠壓，得到橫截面直徑為Φ 16mm的單芯複合棒；
步驟三、採用拉拔設備將步驟二中的單芯複合棒進行27個道次的拉拔得到橫截面為正六邊形的單芯複合線材，所述橫截面正六邊形的對邊距為2. 6mm，依次採用的道次加工率為 20%、20%、19%、18%、18%、17%、17%、16%、15%、13%、13%、12%、12%、10%、10%、10%、9%、9%、
9%、8%、8%、8%、8%、7%、7%、7%和7%，拉拔加工過程中進行了兩次用於消除單芯複合棒內部殘餘應力的真空退火處理，拉拔完第9個道次後總加工率為83%，此時進行了第一次真空退火處理，拉拔完第18個道次後總加工率為94%，此時進行了第二次真空退火處理；所述兩次真空退火具體工藝為將單芯複合棒置於溫度為700°C的真空退火爐中，保溫時間8h，保持真空退火爐的真空度在10_3Pa以上。步驟四、然後採用常規方法將所述單芯複合線材依次進行矯直，並按130_定尺，截斷，將定尺裁剪後的單芯複合線材在體積百分數為20%的稀硝酸中酸洗，後烘乾；步驟五、將612根步驟四中烘乾的單芯複合線材集束裝入新的外徑為Φ65. Omm,內徑為Φ62·ι，高為130mm的無氧銅包套中，重複步驟二、步驟三和步驟四，得到橫截面為正六邊形的多芯複合線材一； 步驟六、將612根步驟五中的多芯複合線材一集束裝入新的外徑為Φ65. Omm,內徑為Φ62πιπι，高為130mm的無氧銅包套中，重複步驟二、步驟三和步驟四，得到橫截面為正六邊形的多芯複合線材二；步驟七、將612根步驟六中的多芯複合線材二集束裝入新的外徑為Φ65. Omm,內徑為Φ62πιπι，高為130mm的無氧銅包套中，重複步驟二和步驟三得到橫截面為六邊形的Cu-Ag多芯複合線材；本實施例製備的Cu-Ag多芯複合線材的芯數為6123，經檢測所得到的Cu-Ag多芯複合線材中Ag的體積百分含量為19%，餘量為Cu，材料的強度為870MPa，導電率為73%IACS，經計算所得到的Cu-Ag多芯複合線材的總真應變η為22. 8。總真應變的計算公式如下總真應變η= ln(A°/A)，A為單芯複合棒最終橫截面積，A0為初始單芯複合棒的橫截面積。實施例2Cu-Ag多芯複合線材的製備步驟一、將直徑為Φ47. Omm的純Ag棒和外徑為Φ65. Omm,內徑為Φ62. Omm的無
氧銅包套進行清洗，烘乾，然後將烘乾的純Ag棒裝入烘乾後的無氧銅包套中得到Cu-Ag複合包套，所述純Ag棒質量分數彡99. 9% ；步驟二、採用真空電子束焊將Cu-Ag複合包套兩端封焊，將封焊後的Cu-Ag複合包套在溫度為500°C的條件下保溫3h後按擠壓比為20進行擠壓，得到橫截面直徑為Φ 14. 5mm的單芯複合棒；步驟三、採用拉拔設備將步驟二中的單芯複合棒進行25個道次的拉拔得到橫截面為正六邊形的單芯複合線材，所述橫截面正六邊形的對邊距為2. 7mm，依次採用的道次加工率為 20%、20%、19%、18%、17%、17%、16%、15%、15%、14%、14%、12%、10%、10%、9%、9%、9%、8%、8%、8%、8%、8%、7%、7%和7%，拉拔加工過程中進行了兩次用於消除單芯複合棒內部殘餘應力的真空退火處理，拉拔完第11個道次後總加工率為87%，此時進行了第一次真空退火處理，拉拔完第20個道次後總加工率為95%，此時進行了第二次真空退火處理；所述兩次真空退火具體工藝為將單芯複合棒置於溫度為700°C的真空退火爐中，保溫時間10h，保持真空退火爐的真空度在10_3Pa以上。步驟四、然後採用常規方法將所述單芯複合線材依次進行矯直，並按130_定尺，截斷，將定尺裁剪後的單芯複合線材在體積百分數為20%的稀硝酸中酸洗，後烘乾；步驟五、將583根步驟四中烘乾的單芯複合線材集束裝入新的外徑為Φ65. Omm,內徑為Φ62·ι，高為130mm的無氧銅包套中，重複步驟二、步驟三和步驟四，得到橫截面為正六邊形的多芯複合線材一；步驟六、將583根步驟五中的多芯複合線材一集束裝入新的外徑為Φ65. Omm,內徑為Φ62πιπι，高為130mm的無氧銅包套中，重複步驟二、步驟三和步驟四，得到橫截面為正六邊形的多芯複合線材二； 步驟七、將583根步驟六中的多芯複合線材二集束裝入新的外徑為Φ65. Omm,內徑為Φ62πιπι，高為130mm的無氧銅包套中，重複步驟二和步驟三得到橫截面為六邊形的Cu-Ag多芯複合線材；本實施例製備的Cu-Ag多芯複合線材的芯數為5833，經檢測所得到的Cu-Ag多芯複合線材中Ag的體積百分含量為22%，餘量為Cu，材料的強度為860MPa，導電率為73%IACS，經計算所得到的Cu-Ag多芯複合線材的總真應變η為22. 4。實施例3Cu-Ag多芯複合線材的製備步驟一、將直徑為Φ44. Omm的純Ag棒和外徑為Φ65. Omm,內徑為Φ62. Omm的無
氧銅包套進行清洗，烘乾，然後將烘乾的純Ag棒裝入烘乾後的無氧銅包套中得到Cu-Ag複合包套，所述純Ag棒質量分數彡99. 9% ；步驟二、採用真空電子束焊將Cu-Ag複合包套兩端封焊，將封焊後的Cu-Ag複合包套在溫度為600°C的條件下保溫2. 5h後按擠壓比為9進行擠壓，得到橫截面直徑為Φ21. 7mm的單芯複合棒；步驟三、採用拉拔設備將步驟二中的單芯複合棒進行28個道次的拉拔得到橫截面為正六邊形的單芯複合線材，所述橫截面正六邊形的對邊距為2. 7mm，依次採用的道次加工率為 20%、20%、20%、19%、19%、19%、18%、18%、17%、17%、16%、16%、15%、14%、12%、12%、10%、10%、10%、10%、9%、9%、9%、8%、8%、7%、7%和7%，拉拔加工過程中進行了兩次用於消除單芯複合棒內部殘餘應力的真空退火處理，拉拔完第9個道次後總加工率為85%，此時進行了第一次真空退火處理，拉拔完第17個道次後總加工率為95%，此時進行了第二次真空退火處理；所述兩次真空退火具體工藝為將單芯複合棒置於溫度為750°C的真空退火爐中，保溫時間8h，保持真空退火爐的真空度在10_3Pa以上。步驟四、然後採用常規方法將所述單芯複合線材依次進行矯直，並按130_定尺，截斷，將定尺裁剪後的單芯複合線材在體積百分數為20%的稀硝酸中酸洗，後烘乾；步驟五、將528根步驟四中烘乾的單芯複合線材集束裝入新的外徑為Φ65. Omm,內徑為Φ62·ι，高為130mm的無氧銅包套中，重複步驟二、步驟三和步驟四，得到橫截面為正六邊形的多芯複合線材一；步驟六、將528根步驟五中的多芯複合線材一集束裝入新的外徑為Φ65. Omm,內徑為Φ62πιπι，高為130mm的無氧銅包套中，重複步驟二、步驟三和步驟四，得到橫截面為正六邊形的多芯複合線材二；
步驟七、將528根步驟六中的多芯複合線材二集束裝入新的外徑為065. Omm,內徑為062mm，高為130mm的無氧銅包套中，重複步驟二和步驟三得到橫截面為六邊形的Cu-Ag多芯複合線材；本實施例製備的Cu-Ag多芯複合線材的芯數為5283，經檢測所得到的Cu-Ag多芯複合線材中Ag的體積百分含量為20%，餘量為Cu，材料的強度為850MPa，導電率為74%IACS，經計算所得到的Cu-Ag多芯複合線材的總真應變n為22. 3。實施例4Cu-Ag多芯複合線材的製備
步驟一、將直徑為C>49. Omm的純Ag棒和外徑為C>65. Omm,內徑為C>62. Omm的無
氧銅包套進行清洗，烘乾，然後將烘乾的純Ag棒裝入烘乾後的無氧銅包套中得到Cu-Ag複合包套，所述純Ag棒質量分數彡99. 9% ；步驟二、採用真空電子束焊將Cu-Ag複合包套兩端封焊，將封焊後的Cu-Ag複合包套在溫度為650°C的條件下保溫2h後按擠壓比為10. 6進行擠壓，得到橫截面直徑為O 20mm的單芯複合棒；步驟三、採用拉拔設備將步驟二中的單芯複合棒進行34個道次的拉拔得到橫截面為正六邊形的單芯複合線材，所述橫截面正六邊形的對邊距為2. 0mm，依次採用的道次加工率為 20%、20%、19%、19%、18%、18%、18%、17%、17%、16%、16%、15%、15%、13%、13%、10%、10%、10%、10%、10%、9%、9%、9%、9%、9%、8%、8%、8%、8%、8%、7%、7%、7% 和 Tl,拉拔加工過程中進行了
兩次用於消除單芯複合棒內部殘餘應力的真空退火處理，拉拔完第8個道次後總加工率為80%，此時進行了第一次真空退火處理，拉拔完第16個道次後總加工率為94%，此時進行了第二次真空退火處理；所述兩次真空退火具體工藝為將單芯複合棒置於溫度為750°C的真空退火爐中，保溫時間10h，保持真空退火爐的真空度在10_3Pa以上。步驟四、然後採用常規方法將所述單芯複合線材依次進行矯直，並按130_定尺，截斷，將定尺裁剪後的單芯複合線材在體積百分數為20%的稀硝酸中酸洗，後烘乾；步驟五、將630根步驟四中烘乾的單芯複合線材集束裝入新的外徑為0 65. Omm,內徑為062mm，高為130mm的無氧銅包套中，重複步驟二、步驟三和步驟四，得到橫截面為正六邊形的多芯複合線材一；步驟六、將630根步驟五中的多芯複合線材一集束裝入新的外徑為065. Omm,內徑為062mm，高為130mm的無氧銅包套中，重複步驟二、步驟三和步驟四，得到橫截面為正六邊形的多芯複合線材二；步驟七、將630根步驟六中的多芯複合線材二集束裝入新的外徑為065. Omm,內徑為062mm，高為130mm的無氧銅包套中，重複步驟二和步驟三得到橫截面為六邊形的Cu-Ag多芯複合線材；本實施例製備的Cu-Ag多芯複合線材的芯數為6303，經檢測所得到的Cu-Ag多芯複合線材中Ag的體積百分含量為24%，餘量為Cu，材料的強度為970MPa，導電率為72%IACS，經計算所得到的Cu-Ag多芯複合線材的總真應變n為23. 8。實施例5Cu-Ag多芯複合線材的製備步驟一、將直徑為C>40. Omm的純Ag棒和外徑為C>65. Omm,內徑為C>62. Omm的無氧銅包套進行清洗，烘乾，然後將烘乾的純Ag棒裝入烘乾後的無氧銅包套中得到Cu-Ag複合包套，所述純Ag棒質量分數彡99. 9% ；步驟二、採用真空電子束焊將Cu-Ag複合包套兩端封焊，將封焊後的Cu-Ag複合包套在溫度為650°C的條件下保溫2h後按擠壓比為13進行擠壓，得到橫截面直徑為OlSmm的單芯複合棒；步驟三、採用拉拔設備將步驟二中的單芯複合棒進行24個道次的拉拔得到橫截面為正六邊形的單芯複合線材，所述橫截面正六邊形的對邊距為3. Omm，依次採用的道次加工率為 20%、20%、19%、18%、18%、18%、17%、16%、16%、15%、15%、14%、13%、12%、12%、10%、10%、10%、9%、9%、8%、8%、7%和7%，拉拔加工過程中進行了兩次用於消除單芯複合棒內部殘餘應力的真空退火處理，拉拔完第8個道次後總加工率為80%，此時進行了第一次真空退火處理，拉拔完第12個道次後總加工率為90%，此時進行了第二次真空退火處理；所述兩次真空退火具體工藝為將單芯複合棒置於溫度為650°C的真空退火爐中，保溫時間12h，保持真空退火爐的真空度在10_3Pa以上。 步驟四、然後採用常規方法將所述單芯複合線材依次進行矯直，並按130_定尺，截斷，將定尺裁剪後的單芯複合線材在體積百分數為20%的稀硝酸中酸洗，後烘乾；步驟五、將500根步驟四中烘乾的單芯複合線材集束裝入新的外徑為065. Omm,內徑為062mm，高為130mm的無氧銅包套中，重複步驟二、步驟三和步驟四，得到橫截面為正六邊形的多芯複合線材一；步驟六、將500根步驟五中的多芯複合線材一集束裝入新的外徑為065. Omm,內徑為062mm，高為130mm的無氧銅包套中，重複步驟二、步驟三和步驟四，得到橫截面為正六邊形的多芯複合線材二；步驟七、將500根步驟六中的多芯複合線材二集束裝入新的外徑為065. Omm,內徑為062mm，高為130mm的無氧銅包套中，重複步驟二和步驟三得到橫截面為六邊形的Cu-Ag多芯複合線材；本實施例製備的Cu-Ag多芯複合線材的芯數為5003，經檢測所得到的Cu-Ag多芯複合線材中Ag的體積百分含量為18%，餘量為Cu，材料的強度為770MPa，導電率為74%IACS，經計算所得到的Cu-Ag多芯複合線材的總真應變n為21. 8。以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明做任何限制，凡是根據發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬於本發明技術方案的保護範圍內。
權利要求
1.一種Cu-Ag多芯複合線材的製備方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟 步驟一、將純Ag棒、無氧銅包套分別進行清洗和烘乾，再把純Ag棒裝入無氧銅包套中，得到Cu-Ag複合包套； 步驟二、採用真空電子束焊將Cu-Ag複合包套兩端封焊，將封焊後的Cu-Ag複合包套在溫度為500°C 700°C的條件下保溫I. 5h 3h後保持擠壓比為9 20進行擠壓，得到單芯複合棒； 步驟三、採用拉拔設備將步驟二中的單芯複合棒進行多道次拉拔得到橫截面為正六邊形的單芯複合線材，所述橫截面正六邊形的對邊距為2. Omm 3. Omm,當被拉拔的單芯複合棒橫截面積> 20mm2時，採用10% 20%的道次加工率，當被拉拔的單芯複合棒橫截面積(20mm2後，採用7% 10%的道次加工率，拉拔加工過程中進行兩次用於消除單芯複合棒內部殘餘應力的真空退火處理，拉拔的總加工率為80% 88%時，進行第一次真空退火處理，拉拔的總加工率為90% 95%時，進行第二次真空退火處理； 步驟四、採用常規方法將步驟三中所述單芯複合線材依次進行矯直，定尺，截斷，酸洗，烘乾； 步驟五、將η根步驟四中烘乾後的單芯複合線材集束裝入新的無氧銅包套中，重複步驟二、步驟三和步驟四，得到橫截面為正六邊形的多芯複合線材一； 步驟六、將η根步驟五中的多芯複合線材一集束裝入新的無氧銅包套中，重複步驟二、步驟三和步驟四，得到橫截面為正六邊形的多芯複合線材二； 步驟七、將η根步驟六中的多芯複合線材二集束裝入新的無氧銅包套中，重複步驟二、步驟三得到橫截面為正六邊形的Cu-Ag多芯複合線材； 所述步驟五、步驟六和步驟七中的η相等且均為500 630，所述Cu-Ag多芯複合線材的芯數為η3，所述Cu-Ag多芯複合線材中Ag的體積百分含量為18% 24%，餘量為Cu。
2.根據權利要求I所述的一種Cu-Ag複合線材的製備方法，其特徵在於步驟一中所述純Ag棒的質量純度彡99. 9%。
3.根據權利要求I所述的一種Cu-Ag複合線材的製備方法，其特徵在於步驟三中所述真空退火的具體工藝為將拉拔過程中的單芯複合棒置於溫度為650°C 750°C的真空退火爐中，保溫時間8h 12h，保持真空退火爐的真空度在10_3Pa以上。
全文摘要
本發明公開了一種Cu-Ag多芯複合線材的製備方法，該方法包括以下步驟一、將純Ag棒裝入無氧銅包套中，得到Cu-Ag複合包套；二、採Cu-Ag複合包套進行熱擠壓加工得到單芯複合棒；三、將單芯複合棒進行拉拔得到單芯複合線材；四、將單芯複合線材進行矯直，定尺，截斷，酸洗，烘乾；五、將單芯複合線材集束組裝擠壓拉拔得到多芯複合線材一；六、將多芯複合線材一集束組裝擠壓拉拔得到多芯複合線材二；七、將多芯複合線材二集束組裝擠壓拉拔得到Cu-Ag多芯複合線材。本發明製備的Cu-Ag多芯複合線材具有較高的真應變和上億芯的連續Ag芯絲，滿足了高脈衝磁場對複合線材高強度，高導電率的需求。
文檔編號H01B1/02GK102723144SQ20121020315
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月19日 優先權日2012年6月19日
發明者盧亞鋒, 徐曉燕, 李成山, 梁明, 段穎, 王鵬飛, 馬小波 申請人:西北有色金屬研究院