本发明涉及线材技术领域，具体涉及一种铜包钢镀锡线材及其制备工艺。
背景技术：
铜包钢线材的表层为铜，具有较好的导电性能，而内层为优质碳素钢，集肤效应原理导电，导磁特性优异，电阻远低于钢材、镀锌钢材等常规材料；因而由于其具有良好的信号传输性能和卓越的机械性能被广泛的应用于数据传输等领域。
但目前的铜包钢线材强度相对较弱，容易断裂，导致线材容易损坏而影响正常传输；对此，目前市面上为解决容易断裂的问题一般采用多层包覆结构，如设置绝缘层、合金层、金属层、纤维层、抗氧化层、复合材料层等，但过度包覆却影响线材的柔性，不利于加工使用。
技术实现要素：
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种铜包钢镀锡线材，该线材结构新颖，线材强度较高，不易氧化，使用寿命长，实用性高。
本发明的另一目的在于提供一种铜包钢镀锡线材的制备工艺，该制备工艺操作简单，易于控制，在制成高强度的铜包钢线材基础上稳定电镀锡层，提高对铜层的保护，提高线材的抗氧化作用，铜层不易氧化变色或受到腐蚀。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种铜包钢镀锡线材，该铜包钢镀锡线材由内至外依次包括芯层、铜层和镀锡层，所述镀锡层的厚度为1-3μm。
优选的，所述芯层包括95-99％的低碳钢和1-5％的铜，所述低碳钢的碳含量＜0.25％。
本技术的铜包钢镀锡线材结构新颖，通过采用特定含量的低碳钢和铜作为芯层，使得线材强度较高，而镀锡层则提高线材的耐氧化、耐腐蚀作用，使得线材不易氧化、腐蚀，使用寿命长，实用性高。
本发明的另一目的通过下述技术方案实现：一种如上所述的铜包钢镀锡线材的制备工艺，包括如下步骤：
a、拉钢丝：将钢丝通过拉丝设备拉拔至直径为0.5-1.5mm的钢丝，制得芯层；
b、电镀铜层：将步骤a制得的芯层进行表面清洗，去除污渍，然后在芯层表面电镀铜，烘干，制得包覆有铜层的铜包钢线材；
c、拉丝及退火处理：将步骤b制得的铜包钢线材通过拉丝设备拉拔至直径为0.05-0.08mm的铜包钢细线，然后进行退火处理；
d、冷却及风干处理：将步骤c退火处理后的铜包钢细线依次经过水冷却处理以及表面风干处理；
e、镀锡处理：将步骤d表面风干处理后的铜包钢细线经过电热融化的锡液进行镀锡处理，冷却，制得铜包钢镀锡线材，收卷，包装。
优选的，所述步骤c中，退火处理的温度为600-800℃，退火处理的时间为8-20s。通过严格控制退火处理的温度和时间，能提高芯层与铜层两相间的结合强度，提高线材的强度，并活化铜层表面，提高后续在其表面镀锡的锡层附着稳定性；若退火温度过低、时间过短，则降低了线材的强度，使得线材易于断裂。
优选的，所述步骤d中，水冷却处理将铜包钢细线降温至50-60℃。通过将铜包钢细线采用水冷却降温，并控制降温温度，能提高铜层表面的附着力，避免线材过高温导致与锡液接触时锡液容易瞬间蒸发，进而导致镀锡层出现空洞、斑点等现象；而步骤d中的风干处理能将水冷却过程在铜层表面的水分吹干，避免后续镀锡过程中水分在表面的附着使得镀锡层出现空洞等现象。
优选的，所述步骤e中，所述锡液的温度为260-270℃，锡液呈微沸腾状态，。能在铜层的表面稳定附着上镀锡层，对铜层起到保护作用，不易氧化，延长线材的使用寿命。
本技术铜包钢镀锡线材的制备工艺操作简单，易于控制，目前技术上基本为对于0.08mm以上的线材进行镀锡处理，难以将线材拉丝至0.05-0.08mm的细度，更是难以做到0.05-0.08mm线材的镀锡处理。而本技术则实现拉丝至0.05-0.08mm直径的铜包钢细线，然后通过退火处理提高线材的强度和活性，使得线材不易断裂，并提高后续镀锡的附着性，提高对铜层的保护，提高线材的抗氧化作用，铜层不易氧化变色或受到腐蚀。
优选的，所述步骤e中，所述锡液包括如下质量百分比的原料：
余量为金属sn。
优选的，所述偶联剂为γ-巯丙基三甲氧基硅烷，所述添加剂包括1-3％的表面活性剂和0.5-1.5％的抗氧剂。
本技术通过采用纳米二氧化钛能提高金属ag、金属cu在金属sn中的分散性，提高金属相之间的稳定性；而采用的偶联剂则提高锡液与铜层表面的附着力及结合度，同时偶联剂与纳米二氧化钛在高温下形成纳米钛合物复合有机硅烷转化膜，使得镀锡层表面形貌变得致密、平滑，提高了耐氧化性和耐腐蚀性。
其中，采用的表面活性剂则提高锡液中的物料分散性，使得在铜层表面均匀附着；采用的抗氧剂则提高了锡液的抗氧化作用，提高对铜层的耐氧化保护作用，延长线材的使用寿命。
优选的，所述表面活性剂为聚氧丙烯醚、甲基聚氧丙烯醚、聚氧乙烯聚氧丙烯醚、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯山梨糖醇酯中的至少一种；所述抗氧剂为对苯二酚和/或抗坏血酸。
本技术的表面活性剂降低表面张力，使锡液更容易润湿线材表面，从而能使得镀锡层外观均匀致密、光亮，无起皮、鼓泡、斑点等缺陷，
本技术的抗氧化剂采用抗坏血酸，具有还原性，与对苯二酚相协同作用，一方面能提高锡液的抗氧性，另一方面能还原锡液及形成的镀锡层中可能被氧化而形成的二价锡和四价锡，提高了镀锡层的稳定性，提高对铜层的保护作用。更为优选的，所述抗氧剂是由对苯二酚和抗坏血酸以重量比为1:1组成的混合物。
优选的，所述锡液的制备包括如下步骤：
s1、将金属sn升温至1000-1200℃，然后加入金属ag、金属cu和纳米二氧化钛，搅拌均匀，保温1-2h后降温至280-300℃，制得混合料；
s2、往步骤s1制得的混合料中偶联剂和添加剂，搅拌均匀，冷却至260-270℃，制得锡液。
本技术锡液的制备步骤中，通过将金属ag、金属cu、纳米二氧化钛加入至高温的金属sn中，纳米二氧化钛的作用下提供金属ag、金属cu在金属sn中的分散性，提高金属相之间的相结合及稳定性，并通过保温处理，提高金属相之间的结合，提高镀锡层的紧密性，若温度不足或保温时间不足，则会使得镀锡层表面出现细微的缩孔裂缝，降低对铜层的耐氧化耐腐蚀保护作用，降低产品的使用寿命。
而步骤b中加入偶联剂和添加剂，降低锡液的表面张力，使其易于润湿、附着于铜层表面，同时偶联剂与纳米二氧化钛相作用，使得锡液附着于铜层后的冷却过程中，形成纳米钛合物复合有机硅烷转化膜，使得镀锡层表面形貌变得致密、平滑，提高了耐氧化性和耐腐蚀性。
本发明的有益效果在于：本发明铜包钢镀锡线材，该线材结构新颖，线材强度较高，不易氧化，使用寿命长，实用性高。
本发明铜包钢镀锡线材的制备工艺操作简单，易于控制，在制成高强度的铜包钢线材基础上稳定电镀锡层，提高对铜层的保护，提高线材的抗氧化作用，铜层不易氧化变色或受到腐蚀。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种铜包钢镀锡线材，该铜包钢镀锡线材由内至外依次包括芯层、铜层和镀锡层，所述镀锡层的厚度为1μm。
所述芯层包括95％的低碳钢和5％的铜，所述低碳钢的碳含量＜0.25％。
一种如上所述的铜包钢镀锡线材的制备工艺，包括如下步骤：
a、拉钢丝：将钢丝通过拉丝设备拉拔至直径为0.5mm的钢丝，制得芯层；
b、电镀铜层：将步骤a制得的芯层进行表面清洗，去除污渍，然后在芯层表面电镀铜，烘干，制得包覆有铜层的铜包钢线材；
c、拉丝及退火处理：将步骤b制得的铜包钢线材通过拉丝设备拉拔至直径为0.05mm的铜包钢细线，然后进行退火处理；
d、冷却及风干处理：将步骤c退火处理后的铜包钢细线依次经过水冷却处理以及表面风干处理；
e、镀锡处理：将步骤d表面风干处理后的铜包钢细线经过电热融化的锡液进行镀锡处理，冷却，制得铜包钢镀锡线材，收卷，包装。
所述步骤c中，退火处理的温度为600℃，退火处理的时间为20s。
所述步骤d中，水冷却处理将铜包钢细线降温至50℃。
所述步骤e中，所述锡液的温度为260℃。
所述步骤e中，所述锡液包括如下质量百分比的原料：
余量为金属sn。
所述偶联剂为γ-巯丙基三甲氧基硅烷，所述添加剂包括1％的表面活性剂和0.5％的抗氧剂。
所述表面活性剂为聚氧丙烯醚；所述抗氧剂为对苯二酚。
所述锡液的制备包括如下步骤：
s1、将金属sn升温至1000℃，然后加入金属ag、金属cu和纳米二氧化钛，搅拌均匀，保温1h后降温至280℃，制得混合料；
s2、往步骤s1制得的混合料中偶联剂和添加剂，搅拌均匀，冷却至260℃，制得锡液。
实施例2
一种铜包钢镀锡线材，该铜包钢镀锡线材由内至外依次包括芯层、铜层和镀锡层，所述镀锡层的厚度为1.5μm。
所述芯层包括96％的低碳钢和4％的铜，所述低碳钢的碳含量＜0.25％。
一种如上所述的铜包钢镀锡线材的制备工艺，包括如下步骤：
a、拉钢丝：将钢丝通过拉丝设备拉拔至直径为0.8mm的钢丝，制得芯层；
b、电镀铜层：将步骤a制得的芯层进行表面清洗，去除污渍，然后在芯层表面电镀铜，烘干，制得包覆有铜层的铜包钢线材；
c、拉丝及退火处理：将步骤b制得的铜包钢线材通过拉丝设备拉拔至直径为0.06mm的铜包钢细线，然后进行退火处理；
d、冷却及风干处理：将步骤c退火处理后的铜包钢细线依次经过水冷却处理以及表面风干处理；
e、镀锡处理：将步骤d表面风干处理后的铜包钢细线经过电热融化的锡液进行镀锡处理，冷却，制得铜包钢镀锡线材，收卷，包装。
所述步骤c中，退火处理的温度为650℃，退火处理的时间为16s。
所述步骤d中，水冷却处理将铜包钢细线降温至52℃。
所述步骤e中，所述锡液的温度为262℃。
所述步骤e中，所述锡液包括如下质量百分比的原料：
余量为金属sn。
所述偶联剂为γ-巯丙基三甲氧基硅烷，所述添加剂包括1.5％的表面活性剂和0.5％的抗氧剂。
所述表面活性剂为甲基聚氧丙烯醚；所述抗氧剂为抗坏血酸。
所述锡液的制备包括如下步骤：
s1、将金属sn升温至1050℃，然后加入金属ag、金属cu和纳米二氧化钛，搅拌均匀，保温1h后降温至285℃，制得混合料；
s2、往步骤s1制得的混合料中偶联剂和添加剂，搅拌均匀，冷却至262℃，制得锡液。
实施例3
一种铜包钢镀锡线材，该铜包钢镀锡线材由内至外依次包括芯层、铜层和镀锡层，所述镀锡层的厚度为2μm。
所述芯层包括97％的低碳钢和3％的铜，所述低碳钢的碳含量＜0.25％。
一种如上所述的铜包钢镀锡线材的制备工艺，包括如下步骤：
a、拉钢丝：将钢丝通过拉丝设备拉拔至直径为1.0mm的钢丝，制得芯层；
b、电镀铜层：将步骤a制得的芯层进行表面清洗，去除污渍，然后在芯层表面电镀铜，烘干，制得包覆有铜层的铜包钢线材；
c、拉丝及退火处理：将步骤b制得的铜包钢线材通过拉丝设备拉拔至直径为0.06mm的铜包钢细线，然后进行退火处理；
d、冷却及风干处理：将步骤c退火处理后的铜包钢细线依次经过水冷却处理以及表面风干处理；
e、镀锡处理：将步骤d表面风干处理后的铜包钢细线经过电热融化的锡液进行镀锡处理，冷却，制得铜包钢镀锡线材，收卷，包装。
所述步骤c中，退火处理的温度为700℃，退火处理的时间为12s。
所述步骤d中，水冷却处理将铜包钢细线降温至55℃。
所述步骤e中，所述锡液的温度为265℃。
所述步骤e中，所述锡液包括如下质量百分比的原料：
余量为金属sn。
所述偶联剂为γ-巯丙基三甲氧基硅烷，所述添加剂包括1.5％的表面活性剂和1.0％的抗氧剂。
所述表面活性剂为聚氧乙烯烷基胺；所述抗氧剂为对苯二酚和抗坏血酸以重量比为1:1组成的混合物。
所述锡液的制备包括如下步骤：
s1、将金属sn升温至1100℃，然后加入金属ag、金属cu和纳米二氧化钛，搅拌均匀，保温1.5h后降温至290℃，制得混合料；
s2、往步骤s1制得的混合料中偶联剂和添加剂，搅拌均匀，冷却至265℃，制得锡液。
实施例4
一种铜包钢镀锡线材，该铜包钢镀锡线材由内至外依次包括芯层、铜层和镀锡层，所述镀锡层的厚度为2.5μm。
所述芯层包括98％的低碳钢和2％的铜，所述低碳钢的碳含量＜0.25％。
一种如上所述的铜包钢镀锡线材的制备工艺，包括如下步骤：
a、拉钢丝：将钢丝通过拉丝设备拉拔至直径为1.3mm的钢丝，制得芯层；
b、电镀铜层：将步骤a制得的芯层进行表面清洗，去除污渍，然后在芯层表面电镀铜，烘干，制得包覆有铜层的铜包钢线材；
c、拉丝及退火处理：将步骤b制得的铜包钢线材通过拉丝设备拉拔至直径为0.07mm的铜包钢细线，然后进行退火处理；
d、冷却及风干处理：将步骤c退火处理后的铜包钢细线依次经过水冷却处理以及表面风干处理；
e、镀锡处理：将步骤d表面风干处理后的铜包钢细线经过电热融化的锡液进行镀锡处理，冷却，制得铜包钢镀锡线材，收卷，包装。
所述步骤c中，退火处理的温度为750℃，退火处理的时间为10s。
所述步骤d中，水冷却处理将铜包钢细线降温至58℃。
所述步骤e中，所述锡液的温度为268℃。
所述步骤e中，所述锡液包括如下质量百分比的原料：
余量为金属sn。
所述偶联剂为γ-巯丙基三甲氧基硅烷，所述添加剂包括2.5％的表面活性剂和1.0％的抗氧剂。
所述表面活性剂为聚氧乙烯山梨糖醇酯；所述抗氧剂为对苯二酚。
所述锡液的制备包括如下步骤：
s1、将金属sn升温至1150℃，然后加入金属ag、金属cu和纳米二氧化钛，搅拌均匀，保温2h后降温至295℃，制得混合料；
s2、往步骤s1制得的混合料中偶联剂和添加剂，搅拌均匀，冷却至268℃，制得锡液。
实施例5
一种铜包钢镀锡线材，该铜包钢镀锡线材由内至外依次包括芯层、铜层和镀锡层，所述镀锡层的厚度为3μm。
所述芯层包括99％的低碳钢和1％的铜，所述低碳钢的碳含量＜0.25％。
一种如上所述的铜包钢镀锡线材的制备工艺，包括如下步骤：
a、拉钢丝：将钢丝通过拉丝设备拉拔至直径为1.5mm的钢丝，制得芯层；
b、电镀铜层：将步骤a制得的芯层进行表面清洗，去除污渍，然后在芯层表面电镀铜，烘干，制得包覆有铜层的铜包钢线材；
c、拉丝及退火处理：将步骤b制得的铜包钢线材通过拉丝设备拉拔至直径为0.08mm的铜包钢细线，然后进行退火处理；
d、冷却及风干处理：将步骤c退火处理后的铜包钢细线依次经过水冷却处理以及表面风干处理；
e、镀锡处理：将步骤d表面风干处理后的铜包钢细线经过电热融化的锡液进行镀锡处理，冷却，制得铜包钢镀锡线材，收卷，包装。
所述步骤c中，退火处理的温度为800℃，退火处理的时间为8。
所述步骤d中，水冷却处理将铜包钢细线降温至60℃。
所述步骤e中，所述锡液的温度为270℃。
所述步骤e中，所述锡液包括如下质量百分比的原料：
余量为金属sn。
所述偶联剂为γ-巯丙基三甲氧基硅烷，所述添加剂包括3％的表面活性剂和1.5％的抗氧剂。
所述表面活性剂为聚氧乙烯聚氧丙烯醚；所述抗氧剂为抗坏血酸。
所述锡液的制备包括如下步骤：
s1、将金属sn升温至1200℃，然后加入金属ag、金属cu和纳米二氧化钛，搅拌均匀，保温2h后降温至300℃，制得混合料；
s2、往步骤s1制得的混合料中偶联剂和添加剂，搅拌均匀，冷却至270℃，制得锡液。
对比例1
本对比例与上述实施例3的区别在于：
一种铜包钢镀锡线材的制备工艺，包括如下步骤：
a、拉钢丝：将钢丝通过拉丝设备拉拔至直径为0.5-1.5mm的钢丝，制得芯层；
b、电镀铜层：将步骤a制得的芯层进行表面清洗，去除污渍，然后在芯层表面电镀铜，烘干，制得包覆有铜层的铜包钢线材；
c、拉丝及热水浸泡处理：将步骤b制得的铜包钢线材通过拉丝设备拉拔至直径为0.05-0.08mm的铜包钢细线，然后进行热水浸泡处理；
d、冷却及风干处理：将步骤c退火处理后的铜包钢细线依次经过水冷却处理以及表面风干处理；
e、镀锡处理：将步骤d表面风干处理后的铜包钢细线经过电热融化的锡液进行镀锡处理，冷却，制得铜包钢镀锡线材，收卷，包装。
对比例2
本对比例与上述实施例3的区别在于：
所述步骤c中，退火处理的温度为550℃，退火处理的时间为12s。
对比例3
本对比例与上述实施例3的区别在于：
所述步骤c中，退火处理的温度为750℃，退火处理的时间为12s。
对比例4
本对比例与上述实施例3的区别在于：
所述步骤e中，所述锡液包括如下质量百分比的原料：
余量为金属sn。
对比例5
本对比例与上述实施例3的区别在于：
所述偶联剂为双[γ-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物。
对比例6
本对比例与上述实施例3的区别在于：
所述偶联剂为3-甲基丙烯氧基丙基三甲氧基硅烷。
将上述实施例3以及对比例1-5制得的铜包钢镀锡线材进行抗拉强度、电阻率、伸长率、耐氧化测试、耐腐蚀测试，测试结果如下：
其中，所述抗拉强度测试按照标准《gb/t4909.2-2009尺寸测量》进行测试；所述电阻率、伸长率按照标准《gb4910-85镀锡园铜线》进行测试。
所述耐氧化测试、耐腐蚀测试通过附着力测试呈现，按照标准《gb/t4909.11-2009镀层附着性试验》进行测试，采用多硫酸钠溶液进行附着力测试，将线材放置于多硫酸钠溶液中浸渍30s。附着力性能越高，对线材的耐氧化、耐腐蚀作用越佳。
由上述数据对比可知，本技术制得的铜包钢镀锡线材具有较高的机械强度，且采用本技术的锡液镀至铜层表面，附着力佳，提高了线材的耐氧化性和耐腐蚀性。
其中，对比例1中，在铜包钢线材先拉丝后进行热水浸泡处理，并没有进行高温退火处理，制得的铜包钢镀锡线材抗拉强度、伸长率显著下降，且电阻率也明显上升，表面容易出现裂痕；而对比例2的退火温度为550℃，比实施例3的退火温度过低，对比例3的退火温度为750℃，比实施例3的退火温度过高，对比例2和对比例3的抗拉强度、伸长率也明显下降；进一步说明本技术通过采用退火处理，并严格控制退火温度，能提高芯层与铜层两相间的结合强度，提高线材的强度，并活化铜层表面，提高后续在其表面镀锡的锡层附着稳定性。
而对比例4中的锡液采用碳纳米溶胶替纳米二氧化钛，制得的铜包钢镀锡线材表面出现黑斑点，并存在轻微裂痕，抗拉强度、伸长率也有下降的趋势；而对比例5中的偶联剂采用其他种类的含硫基团偶联剂，对比例6中采用其他的硅烷偶联剂，对比例5和对比例6制得的铜包钢镀锡线材表面表面均出现轻微裂痕，抗拉强度、伸长率也有所下降；说明本技术通过采用纳米二氧化钛，提高金属ag、金属cu在金属sn中的分散性，并提高金属相之间的稳定性，使制得的线材产品强度稳定，而采用的偶联剂则提高锡液与铜层表面的附着力及结合度，同时特定的偶联剂(γ-巯丙基三甲氧基硅烷)与纳米二氧化钛在高温下形成纳米钛合物复合有机硅烷转化膜，使得镀锡层表面形貌变得致密、平滑，提高了耐氧化性和耐腐蚀性，使得线材表面不易出现黑斑和裂纹。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。