一种铜镁合金接触线的制备方法与流程

本发明涉及铜镁合金技术领域，尤其涉及一种铜镁合金接触线的制备方法。

背景技术：

电气化铁道用铜镁合金接触线品是高速电气化铁道牵引系统的重要组成部分，铜镁合金接触线是一种传输电的裸线线缆，通过受电弓将电流传输给用电设备。随着我国高速铁路、客运专线的发展，运行速度不断提高，对电气化铁路接触网装备提出了更高的要求。铁路客运专线接触网装备对其安全性、可靠性、可用性提出了新的要求，ctm型铜镁合金接触线提出了更高的要求(接触线强度≥430mpa，20℃电阻率≤0.02155ω·mm²/m)。

现有技术生产的铜镁合金接触线机械性能能够满足使用需要，但电气性能已经不能满足电气化铁道的需要，为了满足新标准的要求，就需要一种新型的铜镁合金接触线，使之电气及机械性能满足电气化铁道的使用要求。

现有技术1：将阴极铜板与一定比例的金属镁粒加入上引连铸炉，通过上引连铸法生产制造出铜镁合金铸杆，然后通过连续挤压工艺，细化晶粒，使晶粒尺寸≤30μm，最后将挤压后的铜镁合金杆通过拉拔，得到铜镁合金接触线，其工艺参数及路线如图1所示。在该技术中，镁元素在铜镁合金中主要起到固溶强化的作用；而连续挤压工序使铜镁合金杆的晶粒细化(晶粒尺寸≤30μm)，以达到增加铜镁合金强度及塑性的目的；连续拉拔通过加工硬化的方式提高铜镁合金接触线的强度。

在现有技术1中使用了较高含量的镁元素(0.25％～0.40％)，以达到增加接触线强度的目的，但在提高强度的同时，也将带来较高的电阻率，使铜镁合金接触线的导电性能变差。现有技术1生产的铜镁合金接触线主要性能如下：接触线强度≥440mpa，20℃电阻率范围0.02165～0.02225ω·mm²/m；但是上述铜镁合金接触线的电气性能并不能满足电气化铁道用铜镁接触线的使用要求。

现有技术2的方案具体为：(1)使用真空熔炼炉预先制备总质量分数为20％的铜-镁中间合金；(2)再制备质量分数为20％的铜-稀土(铈和钕)中间合金；(3)在真空炉内制备总质量分数为60的铜、镍、锌、银的液态合金；(4)在液态合金中加入步骤(1)及步骤(2)的中间合金，然后转置到连铸炉内；(5)水平连铸生产合金铸杆，温度1130～1200℃，拉胚速度280mm/min；(6)连续挤压：按照5～10:1的挤压比挤压成杆胚，备用；(7)固溶处理：将杆胚放置于热处理炉进行加热，加热温度900～950℃，保温时间1h，然后进行水淬；(8)拉拔变形：将固溶处理后的合金进行拉拔变形、变形量40～80％；(9)时效处理和拉拔变形：将步骤(8)变形后的铜杆进行时效处理，时效温度450～550℃，保温2～4h，之后进行拉拔变形，变形量为20～80％，即可获得稀土铜镁合金接触线。

现有技术2生产的铜镁接触线含有重量百分比为0.1～0.8％的镁，0.1～0.4％的镍，0.1～0.4％的锌，0.1～0.4％的银、0.05～0.15％的稀土元素，余量为铜和不可避免的杂质元素，所述的稀土元素为铈和钕中的一种或两种。产品主要性能如下：强度≥520mpa，20℃电阻率≤0.02299ω·mm²/m。现有技术2的工艺复杂、合金元素使用量较大，且根据tb/t2809-2017《电气化铁路用铜及铜合金接触线》标准的要求，除过铜元素和镁元素外，其余元素含量应该≤0.1％；关键是现有技术2中的铜镁接触线20℃电阻率≤0.02299ω·mm²/m，不能满足电气化铁道的使用要求。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题在于提供一种高电导率高强度的铜镁合金接触线的制备方法。

有鉴于此，本申请提供了一种铜镁合金接触线的制备方法，包括以下步骤：

将阴极铜板与金属镁块在上引连铸炉中进行熔炼，在所述阴极铜板与金属镁块的表面加入覆盖剂，并采用变质剂对得到的液态铜镁合金进行变质，上引连铸后得到上引连铸铸杆，所述上引连铸铸杆中镁含量为0.1～0.3wt％，余量为铜；

将上引连铸铸杆进行连续挤压，冷却得到挤压杆；

将所述挤压杆进行连续拉拔，得到铜镁合金接触线；

所述覆盖剂包括：5～10wt％的氯化钠，2～4wt％的氯化钾，4～8wt％的碳酸钠，3～7wt％的冰晶石，2～6wt％的硼砂，3～7wt％的萤石，余量为鳞片石墨。

优选的，在连续挤压的过程中，所述冷却的冷却水中加入15～20wt％的正丁醇、30～40wt％的甘油和余量的酒精的混合物，所述混合物的加入量为冷却水的5～10wt％。

优选的，所述覆盖剂包括：7wt％的氯化钠，3wt％的氯化钾，5wt％的碳酸钠，5wt％的冰晶石，4wt％的硼砂，6wt％的萤石，余量为鳞片石墨。

优选的，所述变质剂为复合稀土，所述复合稀土中包括30～45wt％的ce和余量的la。

优选的，所述变质剂的加入量所述阴极铜板的0.04～0.06wt％。

优选的，所述覆盖剂的厚度为100～150mm。

优选的，所述上引连铸的引杆速度为280～360mm/min。

优选的，所述连续挤压的挤压速度为4～6r/min，挤压温度为700～750℃。

优选的，所述连续拉拔的挤压杆的压缩率为40～80％。

优选的，所述阴极铜板的纯度≥99.9％，所述镁块的纯度≥99.95％。

本申请提供了一种高导电率高强度的铜镁合金接触线的制备方法，其依次采用了上引连铸法、连续挤压与连续拉拔工艺，最终得到了铜镁合金接触线，铜镁合金接触线采用的原料为阴极铜板和金属镁块，有效避免了杂质元素的引入，有利于提高铜镁合金接触线的导电性，同时在上引连铸过程中采用了特定的覆盖剂，可以有效地隔绝熔炼时氧气进入铜水，且该覆盖剂可进一步对液态铜镁合金进行精炼，达到隔氧除杂的目的，从而提高合金的导电性；随后进行的连续挤压使得合金晶粒尺寸达到10～20μm，大幅度提升合金的强度；拉拔工序是合金接触线塑性及增加强度的最终方式，强化方式为加工硬化，通过冷加工塑性变形提高合金内部位错密度来提高强度。

附图说明

图1为本发明现有技术1制备铜镁合金接触线的流程示意图；

图2为本发明制备铜镁合金接触线的流程示意图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

针对现有技术中铜镁合金接触线电阻率、强度不合格且制备工艺复杂的问题，本申请提供了一种铜镁合金接触线的制备方法，该制备方法通过采用特定的原料，且在上引连铸过程中采用特定的覆盖剂，并经过挤压与拉拔，最终得到了高导电率高强度的铜镁合金接触线，且制备工艺简单，成本较低。具体的，本发明实施例公开了一种铜镁合金接触线的制备方法，包括以下步骤：

将阴极铜板与金属镁在上引连铸炉中进行熔炼，在所述阴极铜板与金属镁的表面加入覆盖剂，并采用变质剂对得到的液态铜镁合金进行变质，上引连铸后得到上引连铸铸杆，所述上引连铸铸杆中镁含量为0.1～0.3wt％，余量为铜；

将上引连铸铸杆进行连续挤压，冷却得到挤压杆；

将所述挤压杆进行连续拉拔，得到铜镁合金接触线；

所述覆盖剂包括：5～10wt％的氯化钠，2～4wt％的氯化钾，4～8wt％的碳酸钠，3～7wt％的冰晶石，2～6wt％的硼砂，3～7wt％的萤石，余量为鳞片石墨。

如图2所示，图2为本申请制备铜镁合金接触线的流程示意图；由图可知，在制备铜镁合金接触线的过程中，首先将原料通过上引连铸，以得到上引连铸铸杆。在此过程中，所述上引连铸为本领域技术人员熟知的技术方式，对此本申请没有特别的限制。在制备铜镁合金接触线的过程中，采用的原料为阴极铜板与金属镁块，为了避免引入有害杂质，降低铜镁合金接触线的导电性，所述阴极铜板的纯度≥99.9％，所述金属镁的纯度≥99.95％。在上引连铸的过程中，将阴极铜板与金属镁块在上引连铸炉中进行熔炼，在此过程中，在所述阴极铜板与所述金属镁的表面添加覆盖剂，所述覆盖剂具体包括：5～10wt％的氯化钠，2～4wt％的氯化钾，4～8wt％的碳酸钠，3～7wt％的冰晶石，2～6wt％的硼砂，3～7wt％的萤石，余量为鳞片石墨。上述覆盖剂可以有效的隔绝熔炼时氧气进入铜水，且该覆盖剂可以进一步对合金铜水进行精炼，达到隔氧除杂的目的，从而有利于提高铜镁合金接触线的导电性能。在具体实施例中，所述覆盖剂具体包括7wt％的氯化钠，3wt％的氯化钾，5wt％的碳酸钠，5wt％的冰晶石，4wt％的硼砂，6wt％的萤石，余量为鳞片石墨。所述覆盖剂的厚度为100～150mm。同时，在熔炼的过程中，本申请采用变质剂对得到的液态铜镁合金进行变质，所述变质剂在本申请中具体为复合稀土，具体为30～45wt％的ce和余量的la；在具体实施例中，所述复合稀土为40％ce+60％la；所述变质剂为所述阴极铜板的0.04～0.06wt％。经过上引连铸即得到上引连铸铸杆，在此过程中，引杆的速度为280～360mm/min。经过上引连铸的铸杆的直径为35mm。在上引连铸铸杆中，镁的含量为0.1～0.3wt％，铜镁合金接触线中镁的含量是直接影响合金强度与导电性能的核心因素，镁元素含量过低则强度达不到要求，镁元素含量过高则导电性能会超过设计要求；因此，本申请上引连铸铸杆中镁的含量可满足铜镁合金接触线高导、高强的目的。

在得到上引连铸铸杆之后则将其进行连续挤压，以得到挤压杆。在此过程中，所述连续挤压为本领域技术人员熟知的操作方式，对此本申请没有特别的限制。在挤压的过程中，连续挤压使得合金晶粒尺寸达到10～20μm，大幅度提升合金的强度；所述挤压的速度为4～6r/min，温度为700～750℃，挤压杆直径为28～30mm。在挤压之后进行冷却，本申请优选在冷却水中加入抗氧剂以避免挤压杆的氧化；所述抗氧剂具体为15～20wt％的正丁醇、30～40wt％的甘油和余量的酒精的混合物，更具体的，所述正丁醇、甘油和酒精的质量比为1:2:3；所述抗氧剂的加入量为冷却水的5～10wt％。

按照本发明，最后将得到的挤压杆进行连续拉拔，以得到铜镁合金接触线。连续拉拔工序是合金接触线塑性及增加强度的最终方式，强化方式为加工硬化，通过冷加工塑性变形提高合金内部位错密度来提高强度。所述连续拉拔为本领域技术人员熟知的技术方式，对此本申请没有特别的限制。在连续拉拔的过程中，所述连续拉拔的压缩率为40％～80％。

本申请提供了铜镁合金接触线的制备方法，该铜镁合金线加工工艺简单、便于操作，且最终得到的铜镁合金接触线的强度≥430mpa，20℃电阻率≤0.02155ω·mm²/m。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的铜镁合金接触线的制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

(1)上引连铸：将99.9％的阴极铜板与99.95％的金属镁块一起加入上引连铸炉进行熔炼，温度1250±10℃，表面添加覆盖剂进行保护，覆盖厚度100～150mm，覆盖剂配比(wt％)：鳞片石墨70％，氯化钠7％，氯化钾3％，碳酸钠5％，冰晶石5％，硼砂4％，萤石6％；在熔炼过程中，还要加入铜板总重量0.04～0.06％的混合稀土，混合稀土组分：40％ce+60％la；引杆速度350mm/min，铸杆直径成品铸杆镁含量控制范围0.1～0.3％；铸杆强度我250±10mpa；

(2)连续挤压：挤压前进行扒皮、打磨，保证铸杆露出新鲜的表面，挤压机预热后进行连续挤压，挤压速度4r/min，挤压温度700～750℃，得到的挤压杆直径冷却水中添加正丁醇、甘油与酒精混合物(混合比例1:2:3)作为抗氧化剂对挤压后的铜杆进行冷却；挤压杆的强度为300±10mpa；

(3)连续拉拔

通过连续拉拔工艺将工序(2)中的挤压杆拉拔制成铜镁接触线，变形量控制在40％～80％，制造出的成品铜镁接触线性能指标达到保证一定强度的同时具有良好的导电性能。

按照上述方法制备铜镁合金接触线，在挤压杆直径与压缩率不同的情况下，得到表1所示的不同截面积的铜镁合金接触线，铜镁合金接触线的性能数据表具体如表1所示；

表1铜镁合金接触线的性能数据表

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。