一种金属复合导电件的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种金属复合导电件的制备方法，包括以下步骤：步骤1，将第一金属锭通过热挤压得到第一金属棒，将第二金属锭通过热挤压得到第二金属棒；步骤2，将挤压好的第一金属棒通过冷拉拔得到第一金属丝，将挤压好的第二金属棒通过冷拉拔得到第二金属丝；步骤3，采用电子束送丝3D打印设备，将到第一金属丝和到第二金属丝送入到该电子束送丝3D打印设备中进行打印，初步得到金属复合导电件；步骤4，将初步得到的金属复合导电件进行热处理，得到合格的金属复合导电件。本发明具有制作过程简单且精度高的优点。
【专利说明】
一种金属复合导电件的制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及包芯线生产领域，具体涉及一种金属复合导电件的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着高电压等级输电技术的日趋成熟，电力开关技术也在不断的发展及更新。中高压领域用真空、SF6断路器等逐渐向小型化、智能化方向研究和发展。特别是在12kV及以上等级的电力开关中，为了保证较低的电阻热及导电安全性，均使用较大的纯铜导电件，如上下出线、开关柜连接件等。由于电流趋肤效应，电流主要在铜导电件表层集中传输，内部电流密度很小，因此以纯铜作为导电件的电气连接件，不但价格昂贵，而且对材料形成了浪费。
[0003]现在市场上的导电件多以铜包铝或铜包合金线为主，公开号为CN102303220A的发明专利公开了一种铜包铝排的生产方法其生产步骤为:A、将铜带、铝排进行表面去氧化层处理;B、然后，将铜带、铝排送入包覆机成型焊接，然后用冷乳机乳制收紧，然后根据所需尺寸锯切;C、将断好的铜包铝排料连续送入中频加热炉内预加热60-150秒，使其温度调整到300-600°C ;D、然后将铜包铝排料送入连续加热炉，加热温度为300-620 V，加热时间为90分钟-120分钟;E、然后将铜包铝排料通过辊道运行送入热乳机精乳、冷却;F、将乳制好的铜包铝排料进行拉拔定型后，根据工艺定尺锯切;G、将定尺好的铜包铝排料放入真空退火炉中进行光壳退火后，得到成品，退火温度为400-600°C，退火时间为6_12小时;H、将成品放入自动包装线上包装入库。目前制作铜包铝线材的方法以上述方式或类似于上述方式为主流，然而，上述方式不但工艺过程复杂，而且所制作的铜包铝线材的精度低，还需要采用缩径装置对制得的线材进行缩径处理才能符合使用要求。另外，上述工艺适合于规则形状产品的生产，而对异形结构的产品制作则形成局限。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明的目的在于提供一种制作过程简单且精度高的金属复合导电件的制备方法。
[0005]解决上述技术问题的技术方案如下:
[0006]—种金属复合导电件的制备方法，包括以下步骤:
[0007]步骤I，将第一金属锭通过热挤压得到第一金属棒，将第二金属锭通过热挤压得到第二金属棒；
[0008]步骤2，将挤压好的第一金属棒通过冷拉拔得到第一金属丝，将挤压好的第二金属棒通过冷拉拔得到第二金属丝；
[0009]步骤3，采用电子束送丝3D打印设备，将到第一金属丝和到第二金属丝送入到该电子束送丝3D打印设备中进行打印，初步得到金属复合导电件；
[0010]步骤4，将初步得到的金属复合导电件进行热处理，得到合格的金属复合导电件。
[0011]优选地，步骤2完成后，将得到的第一金属丝和第二金属丝分别进行去应力处理后，再进入步骤3。
[0012]优选地，所述第一金属丝去应力处理是在500_550°C中保温l_3h的条件下进行的；第二金属丝去应力处理是在700-900°C中保温l_2h的条件下进行的。
[0013]优选地，第一金属锭为铝锭，第二金属锭为铜锭。
[0014]优选地，步骤2中，第一金属棒、第二金属棒的冷拉拔是通过多道冷拉拔至直径为
0.1一3mm，每次拉拔变形量不超过80%。
[0015]优选地，步骤3中，在采用电子束送丝3D打印设备送丝之前，通过电脑计算打印的金属复合导电件的电流密度分布曲线，设计内芯第一金属层厚度及外包第二金属层厚度。
[0016]优选地，步骤3中，3D打印设备内的熔区温度为1100-1400 °C。
[0017]步骤3所述的电子束送丝3D打印设备的打印工作温度为500-600°C，电子束斑点在
0.1-0.5mm 之间。
[0018]优选地，第一金属丝的送丝直径为0.1—3mm，第二金属丝的送丝直径为0.1—3mm。
[0019]优选地，步骤3中，铝丝的送丝速度为3_15Kg/h，铜丝的送丝速度为5_30kg/h。
[0020]优选地，步骤4所述热处理的过程是在400-450°C中保温度4-5h，然后降温至150-200°C 保温 2-4h。
[0021]本发明基于电流的趋肤现象，使用3D打印技术制备出一种铜处于导电件外层，铝处于内层的复合导电件。使电流主要通过表面铜层传输，内部铝层少部分导电及结构作用，大大降低了产品的生产成本及导电件重量，同时制备出结构复杂的异形件。
[0022]本发明的优点如下:
[0023]1.3D打印过程在500-600°C工作环境中进行，可以使铜、铝有效的结合在一起，防止裂纹的产生；
[0024]2.3D打印技术可生产任意复杂形状的铜铝复合导电件，形状不受产品制备工艺局限；
[0025]3.使用铝代替导电件中心的铜材，减少铜的使用，降低了生产成本；
[0026]4.使用铝代替铜有效的降低导电件的重量，提高了断路器的开断可靠性。
[0027]本发明并不限于以铜和铝为打印材料，还可以采用其他金属材料通过上述工艺进行打印，例如，制作铜包合金材料的导电件。
【附图说明】
[0028]图1为采用本发明的方法所制得的铜铝复合导电件。
【具体实施方式】
[0029]本发明的金属复合导电件的制备方法，包括以下步骤:
[0030]步骤I，将第一金属锭通过热挤压得到第一金属棒，将第二金属锭通过热挤压得到第二金属棒;优选地，第一金属锭为铝锭，第二金属锭为铜锭。
[0031]步骤2，将挤压好的第一金属棒通过冷拉拔得到第一金属丝，将挤压好的第二金属棒通过冷拉拔得到第二金属丝;步骤2中，第一金属棒、第二金属棒的冷拉拔是通过多道冷拉拔至直径为0.1—3mm，每次拉拔变形量不超过80%。优选地，步骤2完成后，将得到的第一金属丝和第二金属丝分别进行去应力处理后，再进入步骤3。优选地，所述第一金属丝去应力处理是在500-550°C中保温l-3h的条件下进行的；第二金属丝去应力处理是在700-900°C中保温l_2h的条件下进行的。
[0032]步骤3，采用电子束送丝3D打印设备，将到第一金属丝和到第二金属丝送入到该电子束送丝3D打印设备中进行打印，初步得到金属复合导电件。优选地，步骤3中，在采用电子束送丝3D打印设备送丝之前，通过电脑计算打印的金属复合导电件的电流密度分布曲线，设计内芯第一金属层厚度及外包第二金属层厚度。步骤3所述的电子束送丝3D打印设备的打印工作温度为500-600°C，电子束斑点在0.1-0.5mm之间。第一金属丝的送丝直径为0.1一3mm，第二金属丝的送丝直径为0.1一3mm。优选地，步骤3中，招丝的送丝速度为3_15Kg/h，铜丝的送丝速度为5_30kg/h。
[0033]步骤4，将初步得到的金属复合导电件进行热处理，得到合格的金属复合导电件。优选地，步骤4所述热处理的过程是在400-450°C中保温度4-5h，然后降温至150-200°C保温2—4h0
[0034]实施例1:
[0035]如图1所示，铜铝复合导电件的制备方法，包括以下步骤:
[0036]步骤I，选用纯度为99.9%以上的纯铝锭及99.95%以上的纯铜锭，将铝锭在400°C的条件下通过热挤压得到直径为15mm的铝棒，将铜锭在750°C的条件下通过热挤压得到直径为15mm的铜棒。
[0037]步骤2，将得到的铝棒通过多次冷拉拔得到直径为3mm的铝丝，将得到的铜棒通过多次冷拉拔得到直径为3mm的铜丝，每次拉拔变形量不超过80%。将铝丝进行去应力处理，该去应力处理是在550°C中保温Ih的条件下进行的；将铜丝进行去应力处理，铜丝去应力处理是在900°C中保温Ih的条件下进行的。
[0038]步骤3，通过电脑计算打印的铜铝复合导电件的电流密度分布曲线，设计内芯铝层I厚度及外包铜层2厚度。采用电子束送丝3D打印设备，将去应力后的铝丝和到铜丝送入到该电子束送丝3D打印设备中进行打印，铝丝和铜丝的送丝直径均为3mm，铝丝的送丝速度为3Kg/h，铜丝的送丝速度为5kg/h。初步得到金属复合导电件;所述的电子束送丝3D打印设备的打印工作温度为600 0C，熔区温度为1400 0C，电子束斑点为0.5_。经过步骤3后，初步得到铜铝复合导电件。
[0039]步骤4，将初步得到的铜铝复合导电件进行热处理，该热处理的过程是在450°C中保温度4.1h，然后降温至200°C保温2h，最终得到合格的金属复合导电件。
[0040]实施例2:
[0041]铜铝复合导电件的制备方法，包括以下步骤:
[0042]步骤I，选用纯度为99.9 %以上的纯铝锭及99.95 %以上的纯铜锭，将铝锭在420 °C的条件下通过热挤压得到直径为20mm的铝棒，将铜锭在780°C的条件下通过热挤压得到直径为20mm的铜棒。
[0043]步骤2，将得到的铝棒通过多次冷拉拔得到直径为2.5mm的铝丝，将得到的铜棒通过多次冷拉拔得到直径为2.5mm的铜丝，每次拉拔变形量不超过80%。将铝丝进行去应力处理，该去应力处理是在510°C中保温1.4h的条件下进行的；将铜丝进行去应力处理，铜丝去应力处理是在850°C中保温1.2h的条件下进行的。
[0044]步骤3，通过电脑计算打印的铜铝复合导电件的电流密度分布曲线，设计内芯铝层厚度及外包铜层厚度。采用电子束送丝3D打印设备，将去应力后的铝丝和到铜丝送入到该电子束送丝3D打印设备中进行打印，送丝直径为2.5mm，铝丝的送丝速度为5Kg/h，铜丝的送丝速度为8kg/h。初步得到金属复合导电件;所述的电子束送丝3D打印设备的打印工作温度为580°C，熔区温度为1350°C，电子束斑点为0.4mm。经过步骤3后，初步得到铜铝复合导电件。
[0045]步骤4，将初步得到的铜铝复合导电件进行热处理，该热处理的过程是在440°C中保温度4.3h，然后降温至190°C保温2.4h，最终得到合格的金属复合导电件。
[0046]实施例3:
[0047]铜铝复合导电件的制备方法，包括以下步骤:
[0048]步骤I，选用纯度为99.9 %以上的纯铝锭及99.95 %以上的纯铜锭，将铝锭在440°C的条件下通过热挤压得到直径为23mm的铝棒，将铜锭在800°C的条件下通过热挤压得到直径为23mm的铜棒。
[0049]步骤2，将得到的铝棒通过多次冷拉拔得到直径为2mm的铝丝，将得到的铜棒通过多次冷拉拔得到直径为2mm的铜丝，每次拉拔变形量不超过80%。将铝丝进行去应力处理，该去应力处理是在520°C中保温1.Sh的条件下进行的；将铜丝进行去应力处理，铜丝去应力处理是在820°C中保温1.4h的条件下进行的。
[0050]步骤3，通过电脑计算打印的铜铝复合导电件的电流密度分布曲线，设计内芯铝层厚度及外包铜层厚度。采用电子束送丝3D打印设备，将去应力后的铝丝和到铜丝送入到该电子束送丝3D打印设备中进行打印，送丝直径为2mm，铝丝的送丝速度为8Kg/h，铜丝的送丝速度为15kg/h。初步得到金属复合导电件;所述的电子束送丝3D打印设备的打印工作温度为560°C，熔区温度为1270°C，电子束斑点为0.35mm。经过步骤3后，初步得到铜铝复合导电件。
[0051]步骤4，将初步得到的铜铝复合导电件进行热处理，该热处理的过程是在430°C中保温度4.5h，然后降温至180°C保温2.8h，最终得到合格的金属复合导电件。
[0052]实施例4:
[0053]铜铝复合导电件的制备方法，包括以下步骤:
[0054]步骤I，选用纯度为99.9%以上的纯铝锭及99.95%以上的纯铜锭，将铝锭在460°C的条件下通过热挤压得到直径为20mm的铝棒，将铜锭在820°C的条件下通过热挤压得到直径为20mm的铜棒。
[0055]步骤2，将得到的铝棒通过多次冷拉拔得到直径为1.5mm的铝丝，将得到的铜棒通过多次冷拉拔得到直径为1.5mm的铜丝，每次拉拔变形量不超过80%。将铝丝进行去应力处理，该去应力处理是在530°C中保温2.2h的条件下进行的；将铜丝进行去应力处理，铜丝去应力处理是在780°C中保温1.6h的条件下进行的。
[0056]步骤3，通过电脑计算打印的铜铝复合导电件的电流密度分布曲线，设计内芯铝层厚度及外包铜层厚度。采用电子束送丝3D打印设备，将去应力后的铝丝和到铜丝送入到该电子束送丝3D打印设备中进行打印，铝丝和铜丝的送丝直径均为1.5mm，铝丝的送丝速度为llKg/h，铜丝的送丝速度为20kg/h。初步得到金属复合导电件;所述的电子束送丝3D打印设备的打印工作温度为540°C，熔区温度为1230°C，电子束斑点为0.3mm。经过步骤3后，初步得到铜铝复合导电件。
[0057]步骤4，将初步得到的铜铝复合导电件进行热处理，该热处理的过程是在435°C中保温度4.7h，然后降温至170°C保温3.2h，最终得到合格的金属复合导电件。
[0058]实施例5:
[0059]铜铝复合导电件的制备方法，包括以下步骤:
[0060]步骤I，选用纯度为99.9 %以上的纯铝锭及99.95 %以上的纯铜锭，将铝锭在480 °C的条件下通过热挤压得到直径为18mm的铝棒，将铜锭在840°C的条件下通过热挤压得到直径为18mm的铜棒。
[0061]步骤2，将得到的铝棒通过多次冷拉拔得到直径为1.2mm的铝丝，将得到的铜棒通过多次冷拉拔得到直径为1.2mm的铜丝，每次拉拔变形量不超过80%。将铝丝进行去应力处理，该去应力处理是在540°C中保温1.Sh的条件下进行的；将铜丝进行去应力处理，铜丝去应力处理是在820°C中保温1.Sh的条件下进行的。
[0062]步骤3，通过电脑计算打印的铜铝复合导电件的电流密度分布曲线，设计内芯铝层厚度及外包铜层厚度。采用电子束送丝3D打印设备，将去应力后的铝丝和到铜丝送入到该电子束送丝3D打印设备中进行打印，铝丝和铜丝的送丝直径均为1.2mm，铝丝的送丝速度为13Kg/h，铜丝的送丝速度为24kg/h。初步得到金属复合导电件;所述的电子束送丝3D打印设备的打印工作温度为560 °C，熔区温度为1220 °C，电子束斑点为0.29mm。经过步骤3后，初步得到铜铝复合导电件。
[0063]步骤4，将初步得到的铜铝复合导电件进行热处理，该热处理的过程是在440°C中保温度4.8h，然后降温至160°C保温3.5h，最终得到合格的金属复合导电件。
[0064]实施例6:
[0065]铜铝复合导电件的制备方法，包括以下步骤:
[0066]步骤I，选用纯度为99.9%以上的纯铝锭及99.95%以上的纯铜锭，将铝锭在490°C的条件下通过热挤压得到直径为16mm的铝棒，将铜锭在860°C的条件下通过热挤压得到直径为16mm的铜棒。
[0067]步骤2，将得到的铝棒通过多次冷拉拔得到直径为0.8mm的铝丝，将得到的铜棒通过多次冷拉拔得到直径为0.8mm的铜丝，每次拉拔变形量不超过80%。将铝丝进行去应力处理，该去应力处理是在545°C中保温1.5h的条件下进行的；将铜丝进行去应力处理，铜丝去应力处理是在860°C中保温1.9h的条件下进行的。
[0068]步骤3，通过电脑计算打印的铜铝复合导电件的电流密度分布曲线，设计内芯铝层厚度及外包铜层厚度。采用电子束送丝3D打印设备，将去应力后的铝丝和到铜丝送入到该电子束送丝3D打印设备中进行打印，铝丝和铜丝的送丝直径均为0.8mm，铝丝的送丝速度为14Kg/h，铜丝的送丝速度为27kg/h。初步得到金属复合导电件;所述的电子束送丝3D打印设备的打印工作温度为580°C，熔区温度为1200°C，电子束斑点为0.28mm。经过步骤3后，初步得到铜铝复合导电件。
[0069]步骤4，将初步得到的铜铝复合导电件进行热处理，该热处理的过程是在450°C中保温度4.9h，然后降温至155°C保温3.8h，最终得到合格的金属复合导电件。
[0070]以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围。
【主权项】
1.一种金属复合导电件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤I，将第一金属锭通过热挤压得到第一金属棒，将第二金属锭通过热挤压得到第二金属棒； 步骤2，将挤压好的第一金属棒通过冷拉拔得到第一金属丝，将挤压好的第二金属棒通过冷拉拔得到第二金属丝； 步骤3，采用电子束送丝3D打印设备，将到第一金属丝和到第二金属丝送入到该电子束送丝3D打印设备中进行打印，初步得到金属复合导电件； 步骤4，将初步得到的金属复合导电件进行热处理，得到合格的金属复合导电件。2.根据权利要求1所述的一种金属复合导电件的制备方法，其特征在于，步骤2完成后，将得到的第一金属丝和第二金属丝分别进行去应力处理后，再进入步骤3。3.根据权利要求2所述的一种金属复合导电件的制备方法，其特征在于，所述第一金属丝去应力处理是在500-550°C中保温l_3h的条件下进行的；第二金属丝去应力处理是在700-900°C中保温l_2h的条件下进行的。4.根据权利要求1至3所述的一种金属复合导电件的制备方法，其特征在于，第一金属锭为铝锭，第二金属锭为铜锭。5.根据权利要求1至3任意一项所述的一种金属复合导电件的制备方法，其特征特征在于，步骤2中，第一金属棒、第二金属棒的冷拉拔是通过多道冷拉拔至直径为0.1—3mm，每次拉拔变形量不超过80%。6.根据权利要求1至3任意一项所述的一种金属复合导电件的制备方法，其特征在于，步骤3中，3D打印设备内的熔区温度为1100-1400 °C。7.根据权利要求1至3任意一项所述的一种金属复合导电件的制备方法，其特征在于，步骤3所述的电子束送丝3D打印设备的打印工作温度为500-600°C，电子束斑点在0.Ι-Ο.5mm之间。8.根据权利要求1至3任意一项所述的一种金属复合导电件的制备方法，其特征在于，第一金属丝的送丝直径为0.1 — 3mm，第二金属丝的送丝直径为0.1 — 3mm。9.根据权利要求1至3任意一项所述的一种金属复合导电件的制备方法，其特征在于，步骤3中，铝丝的送丝速度为3-15Kg/h，铜丝的送丝速度为5-30kg/h。10.根据权利要求1至3任意一项所述的一种金属复合导电件的制备方法，其特征在于，步骤4所述热处理的过程是在400-450°C中保温度4-5h，然后降温至150-200°C保温2-4h，SP完成本发明。
【文档编号】H01B13/00GK105957648SQ201610475537
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月26日
【发明人】刘凯, 王小军, 王文斌, 李刚, 徐润生, 师晓云, 孙君鹏, 杨平
【申请人】陕西斯瑞新材料股份有限公司