一种铜铝复合导线及其制备方法与流程

文档序号：23388080发布日期：2020-12-22 13:53阅读：249来源：国知局

本发明属于金属压延加工技术领域，具体涉及一种铜铝复合导线及其制备方法。

背景技术：

铜铝复合导线尤其铜铝复合导线是一种双金属复合异形导线，其用于替代纯铜导线，可以广泛应用于中低压发电、输变配电、电机、大中型风力发电等领域，与纯铜导线相比，铜铝复合导线的机械性能、电气性能基本相同，而成本大幅度降低，具有密度低、质量轻等优点。

中国专利cn101131892a公开了一种铜包铝扁线的制造方法，其需要在拉制后轧制前进行退火处理以满足轧制的要求，但此次退火会使铜铝结合界面生成cual2形成脆性相，在后续冶金过程中冶金结合层脱开，从而影响铜铝复合导线的导电性能和使用寿命。

但在实际生产过程中，包括上述专利在内的现有技术生产的铜铝复合导线，因其导电性能、导热性能及稳定性能等还不能完全代替纯铜导线，尤其是涉及大型输变电器、大型发电机如风力发电机组的应用。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：针对上述缺陷，本发明提供一种铜铝复合导线及其制备方法，铜铝复合导线扩散层弥散均匀，结合牢固，性能稳定可靠；制备工艺简单易操作，生产成本低。

本发明解决其技术问题采用的技术方案如下：一种铜铝复合导线，铜铝复合导线包括铜包覆层、复合层和铝芯，所述铜包覆层截面的面积为铜铝复合导线截面面积的16％—58％，所述复合层截面的面积为铜铝复合导线截面面积的0.5％—3％，所述铝芯截面的面积为铜铝复合导线截面面积的40％—80％；

所述铜铝复合导线的复合层中铜质量百分数为50％—85％，所述复合层中铝质量百分数为15％—50％。

限定铜铝复合导线各层截面的面积并控制铜和铝的质量比，解决了复合层截面太薄引起冶金复合层断裂的问题，同时又避免复合层太厚造成原料的浪费，界面结合强度高；控制铜层截面的面积，既避免了载流量过大引起发热现象，影响铜铝复合导线的使用寿命，又尽可能在满足其导电性能和机械性能前提下降低生产成本，经济性高；该铜铝复合导线复合层截面的面积较大，复合层较厚，铜铝组分弥散均匀，结合牢固，性能稳定可靠。

进一步的，铜铝复合导线截面的两边侧为圆角边、圆边或全圆边。

一种铜铝复合导线的制备方法，包括以下步骤：

步骤a1，铜铝包覆：惰性气体保护下，将铜带包覆铝杆后焊接，形成外层为密闭的铜包覆层、内层为铝杆的铜包铝型材；

步骤a2，连续拉制：将焊接后的铜包铝型材经拉丝机连续拉制形成铜包铝线，拉丝时拉丝模温度为300℃—450℃；

步骤a3，铜包铝线轧扁延伸：将经连续拉制后的铜包铝线进行多道次轧制，轧制时轧制速度为5—30m/min，单道次相对压下量10％—30％，轧制时通过压力传感器监测，轧制时压力为10mpa—100mpa；多道次轧扁延伸后总变形量为80％—95％；

步骤a4，在线感应退火：通过在线监测装置温度检测，退火温度为200—400℃，退火时间为0.5—2h。

采用该种制备方法生产的铜铝复合导线采用拉丝机连续拉伸，并在拉伸时进行预热，拉伸后的圆杆直接轧扁得到相应的尺寸，得到的成品直接退火处理，取消了轧扁钱的退火，既避免了脆性相的产生，又能保证铜铝截面复合层的稳定，同时节约了能源，轧扁时通过压力传感器监测，检测时稳定性好，过程可控；采用在线感应退火，能够及时监测温度，确保退火时产品质量，生产效率高。

进一步的，所述步骤a1铜铝包覆前包括步骤a0铝杆及铜带表面处理，所述铝杆放入碱液中浸没，碱洗去除表面氧化膜，氮气吹扫待用；所述铜带经过除油、采用砂纸除锈，再涂覆氯化铵，烘干后采用清水洗，晾干后待用。对铝杆和铜带表面进行打磨抛光，可以提高铜带和铝杆之间的接触面积，铜铝之间相互渗透面积大，减少复合层出现间隙等缺陷的产生；采用氯化铵作为助渗的活性剂，在拉伸压制过程中促进铝杆向铜带渗铝效果，同时随着拉制、退火时的温度变化，氯化铵在340℃以上进行分解，产生的氨气和氯化氢不会在残留在复合层中，不会影响铜铝复合导线的机械性能和导电性能，铜层向铝层渗透同时，铝层向铜层渗透，铜铝之间弥散均匀，固固界面结合牢固。

进一步的，所述步骤a3铜包铝线轧扁延伸操作中，轧制时温度为620—675℃。该温度下铝芯表面逐渐受热形成熔融状态、铝芯发生软化，在轧制时熔融态的铝更易渗入铜带中，轧制时与铜对应的接触面间相互扩散效果好，形成的复合层连接紧固，控制轧制速度，确保铝芯内部不会融化，从而确保轧制时铝杆和铜带之间不会发生错位，影响制成铜铝复合导线产品的均一性。

进一步的，所述步骤a3铜包铝线轧扁延伸操作中轧制时采用高频在线加热器加热。采用高频加热，加热速度快，能够实现瞬时加热，加热均匀性好，导线能够瞬时软化，生产效率高。

进一步的，所述步骤a4在线感应退火后还包括步骤a5在线精准探伤，将铜铝复合导线固定在张力轮上，进行超声在线探伤，并采用激光标记法对存在缺陷处进行标记。通过超声在线探伤，检测便捷，能够监测铜铝复合导线尤其是复合层轧扁时有可能出现的夹杂物、裂缝、分层等缺陷，检测精准，且超声探伤无辐射、安全；并通过激光标记，能够及时排出掉不合格产品，提高生产效率。

本发明的有益效果是：

1、限定铜铝复合导线各层截面的面积并控制铜和铝的质量比，解决了复合层截面太薄引起冶金复合层断裂的问题，同时又避免复合层太厚造成原料的浪费，界面结合强度高；控制铜层截面的面积，既避免了载流量过大引起发热现象，影响铜铝复合导线的使用寿命，又尽可能在满足其导电性能和机械性能前提下降低生产成本，经济性高；该铜铝复合导线复合层截面的面积较大，复合层较厚，铜铝组分弥散均匀，结合牢固，性能稳定可靠。

2、采用该种制备方法生产的铜铝复合导线采用拉丝机连续拉伸，并在拉伸时进行预热，拉伸后的圆杆直接轧扁得到相应的尺寸，得到的成品直接退火处理，取消了轧扁钱的退火，既避免了脆性相的产生，又能保证铜铝截面复合层的稳定，同时节约了能源，轧扁时通过压力传感器监测，检测时稳定性好，过程可控；采用在线感应退火，能够及时监测温度，确保退火时产品质量，生产效率高。

3、对铝杆和铜带表面进行打磨抛光，可以提高铜带和铝杆之间的接触面积，铜铝之间相互渗透面积大，减少复合层出现间隙等缺陷的产生；采用氯化铵作为助渗的活性剂，在拉伸压制过程中促进铝杆向铜带渗铝效果，同时随着拉制、退火时的温度变化，氯化铵在340℃以上进行分解，产生的氨气和氯化氢不会在残留在复合层中，不会影响铜铝复合导线的机械性能和导电性能，铜层向铝层渗透同时，铝层向铜层渗透，铜铝之间弥散均匀，固固界面结合牢固。

4、在合适的温度下，该温度下铝芯表面逐渐受热形成熔融状态、铝发生软化，在轧制时熔融态的铝更易渗入铜带中，轧制时与铜对应的接触面间相互扩散效果好，形成的复合层连接紧固，控制轧制速度，确保铝芯内部不会融化，从而确保轧制时铝杆和铜带之间不会发生错位，影响制成铜铝复合导线产品的均一性；采用高频加热，加热速度快，能够实现瞬时加热，加热均匀性好，导线能够瞬时软化，生产效率高。

5、通过超声在线探伤，检测便捷，能够监测铜铝复合导线尤其是复合层轧扁时有可能出现的夹杂物、裂缝、分层等缺陷，检测精准，且超声探伤无辐射、安全；并通过激光标记，能够及时排出掉不合格产品，提高生产效率。

基于上述有益效果，本发明制备的铜铝复合导线应用广泛，尤其能适用于大型输变电器、大型发电机组如风力发电机组等领域的应用。

附图说明

通过下面结合附图的详细描述，本发明前述的和其他的目的、特征和优点将变得显而易见。

图1为铜铝复合导线截面两边侧为圆角边结构示意图；

图2为铜铝复合导线截面两边侧为圆边结构示意图；

图3为铜铝复合导线截面两边侧为全圆边结构示意图。

其中，1为铜包覆层截面，2为复合层截面，3为铝芯截面，4为铜铝复合导线截面，r1为圆角边的半径，r2为全圆边的半径，b为圆边的短半轴。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：尺寸为3.4mm*10.7mm的铜铝复合导线的制备

步骤a1，铜铝包覆：惰性气体保护下，将铜带包覆铝杆后焊接，形成外层为密闭的铜包覆层、内层为铝的铜包铝型材，包覆铝杆的铜带与铝杆的质量比为52:48，形成的铜包铝型材铜层厚度为6.1mm，铝杆半径为40mm，形成的铜包铝型材直径为46.1mm；

步骤a2，连续拉制：将焊接后的铜包铝型材经拉丝机连续圆形拉制，依次经过5道次平均单道次端面缩减率为15％的拉制变形，再经过3道次单道次端面缩减率为10％；最终拉制成铜包铝线，此时铜包铝线为铜包铝复合圆线，铜包铝复合圆线的直径为15mm，拉制时拉丝模温度为350℃；

步骤a3，铜包铝线轧扁延伸：将经连续拉制后的铜包铝复合圆线进行多道次轧制，轧制时轧制速度为5m/min，单道次相对压下量范围在10％—30％，经12道次轧扁延伸形成3.4mm*10.7mm铜铝复合导线，扁线厚度为3.4mm；其中，线坯厚度为10-15mm时，单道次相对压下量为30％，共5道次，此时轧制压力为100mpa；在线坯厚度为5-10mm时，单道次相对压下量为20％，共4道次，轧制压力为60mpa；在线坯厚度为3.4-5mm时，单道次相对压下量为9％，共3道次，轧制压力为20mpa，轧制时的压力通过压力传感器监测，多道次轧扁延伸后总变形量为95％；轧制时温度为620-650℃，所述轧制时采用高频在线加热器加热；轧制后的铜铝复合导线截面的两边侧为全圆边，其全圆边的半径r2为铜铝复合导线截面厚度的1/2；

步骤a4，在线感应退火：通过在线监测装置温度检测，退火温度为350℃，退火时间为0.5h，制成的铜铝复合导线包括铜包覆层、复合层和铝芯，所述铜包覆层截面1的面积为铜铝复合导线截面4面积的24.5％，所述复合层截面2的面积为铜铝复合导线截面4面积的0.6％，所述铝芯截面3的面积为铜铝复合导线截面4面积的74.9％；