纤维增强铜基复合材料接触线的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及接触线技术领域，尤其涉及一种纤维增强铜基复合材料接触线。
【背景技术】
[0002]接触线是电气化铁路弓网系统的关键组成部分，要求具有足够的抗拉强度来承受其悬挂张力，以保证电气化铁路机车获得良好的取流；同时要求具有优异的导电性能，以保证电气化线路较低的电能损耗。
[0003]如今，国内电气化铁路建设进入了一个高速发展时期，时速为250公里、350公里的高速铁路建设和运营的技术已经成熟，与此同时国内外掀起了时速超过400公里的超高速铁路的开发和研究热潮，这对电气化铁路接触网提出了更高的要求，要求接触线具备极高的抗拉强度来承受更高的悬挂张力，从而提高接触线波动传播速度和降低机车高速运行时产生的离线火花。
[0004]铜合金是高速铁路接触线应用最广泛的材料。但长期以来，在铜合金接触线的研究和制备中存在高强度和高导电性之间的矛盾。添加合金元素是提高铜合金接触线抗拉强度的传统解决方法，然而添加溶质原子会导致晶格畸变，进而造成其导电性能的降低。目前，现有的高强铜合金接触线都以牺牲导电性和塑性为前提。
【发明内容】
[0005]本发明的实施例提供了一种纤维增强铜基复合材料接触线，以提供一种结构和性能都满足铁标要求的纤维增强铜基复合材料接触线。
[0006]为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
[0007]一种纤维增强铜基复合材料接触线，包括:增强芯和铜合金基体，所述铜合金基体通过复合挤压均匀地包覆在所述增强芯的表面，所述增强芯由铜合金丝和碳纤维束组成。
[0008]优选地，所述增强芯通过碳纤维束和铜合金丝交错编织构成。
[0009]优选地，所述增强芯通过碳纤维束与铜合金复合构成。
[0010]优选地，所述纤维增强铜基复合材料接触线的外表面上还设置有悬挂沟槽，所述悬挂沟槽是位于接触线截面上部且左右对称的用于悬挂的两个沟槽。
[0011]优选地，所述纤维增强铜基复合材料接触线的外表面上还设置有合金种类识别沟槽，所述合金种类识别沟槽是位于接触线截面上表面的浅沟槽。
[0012]优选地，所述铜合金基体和所述增强芯中包括的合金元素的类别相同，并且所述铜合金基体和所述增强芯中添加的合金元素的质量百分比不高于设定阈值。
[0013]优选地，所述铜合金基体中添加的合金元素为铜银或铜锡或铜镁合金。
[0014]优选地，所述增强芯的轴向包括多个重复的特征循环段，每个特征循环段的径向截面包括由碳纤维束与铜合金丝排列而成的子结构。
[0015]优选地，在每个所述子结构内，一个或者多个碳纤维束和一个或者多个铜合金丝交错编织排列。
[0016]优选地，在每个特征循环段的径向截面中包括多个所述子结构，多个所述子结构环绕所述增强芯的中心对称排列，并且每个子结构中的碳纤维束和铜合金丝环绕所述子结构的中心旋转。
[0017]由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的纤维增强铜基复合材料接触线以高导电性的铜合金为基体，以铜丝和碳纤维束的编织芯或铜与碳纤维束的复合芯为增强芯，基体通过挤压工艺均匀地包覆在增强芯表面，得到结构和性能满足铁标要求的纤维增强铜基复合材料接触线。复合材料接触线在保证优良导电性的同时，可以增加线路最大悬挂张力、降低接触线的重量、提升列车最高运行速度和提高接触线整体安全系数。
[0018]本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0019]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本发明实施例提供的一种纤维增强铜基复合材料接触线的具体结构图，图中，增强芯1、铜合金基体2、悬挂沟槽3和合金种类识别沟槽4 ;
[0021]图2为本发明实施例提供的一种增强芯通过碳纤维束和铜合金丝交错编织构成的不意图；
[0022]图3为本发明实施例提供的另一种增强芯通过碳纤维束和铜合金丝交错编织构成的示意图；
[0023]图4为本发明实施例提供的另一种增强芯通过碳纤维束和铜合金丝交错编织构成的示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0025]本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
[0026]本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0027]为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
[0028]我国高速铁路正线普遍采用150mm2截面的铜质接触线，每线每万公里耗电解铜约1.3万吨。若采用120mm2截面的接触线，每吨电解铜铺设长度可达原铺设长度的125%，但需要解决接触线的高强度和导电性问题。
[0029]本发明实施例提供了一种纤维增强铜基复合材料接触线，其具体结构如图1所示。由增强芯1、铜合金基体2、悬挂沟槽3和合金种类识别沟槽4两部分组成，高导电性的铜合金基体2通过连续复合挤压工艺均匀地包覆在由铜丝和碳纤维束编织的增强芯1上。
[0030]在实际应用中，可以如图2所示，增强芯通过碳纤维束和铜合金丝交错编织构成。[0031 ] 在实际应用中，增强芯还可以通过碳纤维束与铜合金复合构成。
[0032]在纤维增强铜基复合材料接触线的外表面上还设置有悬挂沟槽和合金种类识别沟槽。悬挂沟槽是位于接触线截面上部且左右对称的用于悬挂的两个沟槽。合金种类识别沟槽是位于接触线截面上表面的浅沟槽，其中铜锡合金识别沟槽有1条位于正上方；铜铬锆合金识别沟槽有1条位于单侧，与中心线夹角22.5° ;铜银合金类识别沟槽有2条且左右对称，中心角为45.0° ;铜镁合金识别沟槽有3条，2条左右对称且中心角为45.0°，剩余1条位于正上方。
[0033]所述铜合金基体和所述增强芯中包括的合金元素的类别相同，并且所述铜合金基体和所述增强芯中添加的合金元素的质量百分比不高于设定阈值，该设定阈值可以为0.4%。铜合金基体中添加的合金元素为铜银或铜锡或铜镁合金，所述铜合金基体和增强芯中包括的铜合金丝为低锡铜合金。
[0034]铜合金基体通过挤压工艺均匀地包覆在增强芯表面，得到截面结构满足TB/T2809《电气化铁道用铜及铜合金接触线》规定的纤维增强铜基复合材料接触线。
[0035]本发明实施例的纤维增强铜基复合材料接触线的成形过程主要包括:首先将增强芯置于队气