技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明為一種復(fù)合導(dǎo)電排，涉及該復(fù)合導(dǎo)電排組分構(gòu)成和制備方法。
背景技術(shù)：
銅鋁復(fù)合排以鋁為基體，外層包覆銅。其制造方法可分為：包覆焊接法，靜液擠壓法等，它將銅的高質(zhì)量穩(wěn)定導(dǎo)電性能與鋁這一低成本能源，以較低的接觸電阻結(jié)合為一體的新型導(dǎo)體材料，可替代純銅排。銅鋁復(fù)合排具有良好的導(dǎo)電性，重量輕，良好的力學(xué)性能，牢固的銅鋁間結(jié)合，不存在物理缺陷這些優(yōu)點，并且具有良好的延展性和可靠性，經(jīng)過特殊的熱處理工藝，具有一定的可塑性，有利于沖孔、剪切、彎曲加工產(chǎn)品不開裂、不分離。可以起到節(jié)省銅材，極大降低生產(chǎn)配套成本，綠色環(huán)保，無任何污染的效果。銅鋁復(fù)合導(dǎo)電排，可專門用于替代銅排，鋁排，廣泛應(yīng)用于自動化，冶金，高低壓電器，建筑行業(yè)及冶金行業(yè)，是一種高科技的節(jié)能型產(chǎn)品。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的一種新型銅鈮鋁合金導(dǎo)電排，通過控制復(fù)合導(dǎo)電排各組分質(zhì)量配比，使其具有比一般的普通銅包鋁的壽命更長久，在產(chǎn)品后續(xù)使用中更有利于生產(chǎn)過程制造；具有更加良好的導(dǎo)電率、抗拉強(qiáng)度、延伸率、硬度、屈服強(qiáng)度等特性。
本發(fā)明涉及的復(fù)合導(dǎo)電排為超導(dǎo)型銅鈮稀土鋁復(fù)合導(dǎo)電排，其組分及質(zhì)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(fā)明還提供了一種上述復(fù)合導(dǎo)電排的制備方法。
本發(fā)明涉及的復(fù)合導(dǎo)電排按如下步驟制備：
1.首先采用充芯連鑄工藝制備銅鈮稀土鋁復(fù)合錠，上方設(shè)置鋁加熱爐，下方設(shè)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(dá)到900℃時分別加入稀土；金屬鈮采用小型加熱爐加熱到2900℃變成液體時立即加入銅液中進(jìn)行攪拌，當(dāng)兩個加熱器達(dá)到合適的溫度時，即鋁加熱爐溫度達(dá)到668℃～770℃；銅加熱爐溫度達(dá)到1083℃～1250℃，在引錠桿作用下，牽引外層金屬銅進(jìn)入結(jié)晶器，外層金屬在結(jié)晶器中形成空心管坯，同時芯部金屬鋁液隨之充填進(jìn)管坯中，使芯部金屬鋁和外層金屬銅冶金結(jié)合成銅鈮稀土鋁復(fù)合錠。
2.將段切好的銅鈮稀土鋁復(fù)合錠通過自動傳輸系統(tǒng)進(jìn)入中頻電爐中進(jìn)行預(yù)加熱，使銅層與鋁層在瞬間加熱，兩種金屬在瞬間進(jìn)行軟化。為銅鋁復(fù)合錠進(jìn)入下一個工序提供輔助加熱從而提高生產(chǎn)效率，隨后進(jìn)入真空無氧連續(xù)加熱爐中進(jìn)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(chǎn)品質(zhì)量，熱變形的目的是降低材料的變形抗力、提高塑性，有利于后續(xù)軋制成形過程的穩(wěn)定性。
3.在氫氮混合保護(hù)氣體下，將經(jīng)過加熱好的復(fù)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(xù)軋機(jī)中進(jìn)行連續(xù)溫軋制。其軋制溫度保持在430℃～630℃之間。軋制設(shè)備的速度設(shè)定在：80～150米/分。使金屬材料得到壓縮變形使復(fù)合導(dǎo)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.然后將軋制好的復(fù)合導(dǎo)電排利用驅(qū)動輥道進(jìn)入冷卻水槽進(jìn)行校平校直。
5.將校平校直好的復(fù)合導(dǎo)電排進(jìn)入冷卻床進(jìn)行定尺鋸切。
6.將定尺鋸切好的復(fù)合導(dǎo)電排利用驅(qū)動輥道進(jìn)入渦流探傷進(jìn)行無損檢測。
7.將檢測好的復(fù)合導(dǎo)電排利用驅(qū)動輥道進(jìn)行連續(xù)在線退火。
8.將退火好的的復(fù)合導(dǎo)電排利用驅(qū)動輥道進(jìn)行表面鈍化處理。
9．將鈍化好的復(fù)合導(dǎo)電排利用驅(qū)動輥道進(jìn)入成品包裝機(jī)上進(jìn)行包裝入庫。
經(jīng)上述配比和制備方式制備的復(fù)合導(dǎo)電排相比普通的銅包鋁排在性能上有明顯優(yōu)勢。
經(jīng)上述配比和制備方式制備的復(fù)合導(dǎo)電排相比普通的銅包鋁排， 在銅層占截面面積比為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(jīng)上述配比和制備方式制備的復(fù)合導(dǎo)電排為0.02089Ω·㎜2/m，普通的銅包鋁排和經(jīng)上述配比和制備方式制備的復(fù)合導(dǎo)電排相比，兩者的導(dǎo)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(qiáng)度分別為97MPa，112MPa，兩者的界面結(jié)合剪切強(qiáng)度分別為34.6MPa，55.6MPa。
經(jīng)上述配比和制備方式制備的復(fù)合導(dǎo)電排相比普通的銅包鋁排， 在銅層占截面面積比為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(jīng)上述配比和制備方式制備的復(fù)合導(dǎo)電排為0.01926Ω·㎜2/m；普通的銅包鋁排和經(jīng)上述配比和制備方式制備的復(fù)合導(dǎo)電排相比，兩者的導(dǎo)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(qiáng)度分別為105MPa，124MPa，兩者的界面結(jié)合剪切強(qiáng)度分別為55.6MPa，59.8MPa。
根據(jù)上述數(shù)據(jù)可得出結(jié)論經(jīng)上述配比和制備方式制備的復(fù)合導(dǎo)電排的各個性能均優(yōu)于普通的銅包鋁排，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(dǎo)電率。該復(fù)合導(dǎo)電排在界面結(jié)合力上，結(jié)合強(qiáng)度更好。其抗腐蝕性，硬度方面得到了加強(qiáng)。上述復(fù)合導(dǎo)電排在耐高溫，耐寒方面得到充足的體現(xiàn)，遠(yuǎn)比普通的銅包鋁排強(qiáng)。
本發(fā)明涉及的復(fù)合導(dǎo)電排具有以下優(yōu)點及突出性效果：1，良好的導(dǎo)電性：本發(fā)明所述的復(fù)合導(dǎo)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(dá)到與純銅相同載流量，其電性能滿足要求。 2，重量輕：本發(fā)明所述的復(fù)合導(dǎo)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(yīng)力，安裝方便。
3，良好的力學(xué)性能：具有良好的抗拉強(qiáng)度（大于等于110MPa），可彎曲性和延伸率（大于等于30%）。
4，牢固的銅鋁間結(jié)合：不同金屬材料之間在各種環(huán)境溫度中達(dá)到永久性的原子晶間結(jié)合，并且銅層分布均勻，不存在任何物理缺陷。
5，良好的延展性和可靠性：經(jīng)過特殊的熱處理工藝，具有一定的可塑性，有利于沖孔、剪切、彎曲加工產(chǎn)品不開裂、不分離。
6，其載流量接近于銅排，彎曲性能比銅排好，其抗拉強(qiáng)度、延伸率、硬度都可滿足成套電氣設(shè)備等產(chǎn)品的要求。使用所述復(fù)合導(dǎo)電排替代銅排會大幅度降低成套電氣設(shè)備等產(chǎn)品的成本，極易推廣使用。
附圖說明
下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明：
圖1是本發(fā)明的充芯連鑄工藝原理圖。
引錠桿1，結(jié)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，復(fù)合坯7，鋁液導(dǎo)流管8，電源9，控溫系統(tǒng)10。
具體實施方式
實施例1
本實施例提供一種所述復(fù)合導(dǎo)電排制備步驟：
1）采用充芯連鑄工藝制備銅鈮稀土鋁復(fù)合錠，上方設(shè)置鋁加熱爐3，下方設(shè)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(dá)到900℃時分別加入稀土RE；金屬鈮采用小型加熱爐加熱到2900℃變成液體時立即加入銅液中進(jìn)行攪拌，最終鋁加熱爐3溫度達(dá)到668℃～770℃；銅加熱爐4溫度達(dá)到1083℃～1250℃，在引錠桿1作用下，牽引外層金屬銅進(jìn)入結(jié)晶器2，外層金屬在結(jié)晶器2中形成空心管坯，同時芯部金屬鋁液隨之充填進(jìn)管坯中，使芯部金屬鋁和外層金屬銅冶金結(jié)合成銅鈮稀土鋁復(fù)合錠；
3）將段切好的銅鈮稀土鋁復(fù)合錠通過自動傳輸系統(tǒng)進(jìn)入中頻電爐中進(jìn)行預(yù)加熱，使銅層與鋁層在瞬間加熱，兩種金屬在瞬間進(jìn)行軟化；隨后進(jìn)入真空無氧連續(xù)加熱爐中進(jìn)行加熱，加熱到460℃～ 680℃；
4）在氫氮混合保護(hù)氣體下，將經(jīng)過加熱好的復(fù)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(xù)軋機(jī)中進(jìn)行連續(xù)溫軋制，其軋制溫度保持在430℃～ 630℃之間；軋制設(shè)備的速度設(shè)定在80-150米/分；
5）然后將軋制好的復(fù)合導(dǎo)電排利用驅(qū)動輥道進(jìn)入冷卻水槽進(jìn)行校平校直；
6）將校平校直好的復(fù)合導(dǎo)電排進(jìn)入冷卻床進(jìn)行定尺鋸切；
7）將定尺鋸切好的復(fù)合導(dǎo)電排利用驅(qū)動輥道進(jìn)入渦流探傷進(jìn)行無損檢測；
8）將檢測好的復(fù)合導(dǎo)電排利用驅(qū)動輥道進(jìn)行連續(xù)在線退火；
9）將退火好的的復(fù)合導(dǎo)電排利用驅(qū)動輥道進(jìn)行表面鈍化處理；
10）將鈍化好的復(fù)合導(dǎo)電排利用驅(qū)動輥道進(jìn)入成品包裝機(jī)上進(jìn)行包裝入庫。
實施例2：
本實施例的復(fù)合導(dǎo)電排，其包括的各組分及其質(zhì)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(jīng)檢測，上述復(fù)合導(dǎo)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(qiáng)度112MPa，界面結(jié)合剪切強(qiáng)度55.9MPa，延伸率30%。
實施例3：本實施例的復(fù)合導(dǎo)電排，其包括的各組分及其質(zhì)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(jīng)檢測，上述復(fù)合導(dǎo)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(qiáng)度118MPa，界面結(jié)合剪切強(qiáng)度56.2MPa，延伸率32%。
實施例4：本實施例的復(fù)合導(dǎo)電排，其包括的各組分及其質(zhì)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(jīng)檢測，上述復(fù)合導(dǎo)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(qiáng)度123MPa，界面結(jié)合剪切強(qiáng)度58.6MPa，延伸率35%。
實施例5：本實施例的復(fù)合導(dǎo)電排，其包括的各組分及其質(zhì)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(jīng)檢測，上述復(fù)合導(dǎo)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(qiáng)度120MPa，界面結(jié)合剪切強(qiáng)度57.2MPa，延伸率33%。