一种复合线材及其制备方法

本发明涉及导线制备领域，具体涉及一种复合线材及其制备方法。

背景技术：

1、制备具有耐高温氧化、高强度和高导电性的复合线材对航空、航天和国防等很多工业应用都具有重要意义。例如，核聚变装置使用的bi-2212高温超导线，需要在高温(890℃)、高压、氧气环境下进行热处理，热处理后导线变软，需要增强芯提高其机械强度，要求增强芯同时具有耐高温氧化、高导电性和高强度性能。

2、现有研究表明，ag具有良好的导电性，高温下耐氧化，且和bi2212高温超导线具有很好的相容性，是良好的增强芯材料。然而，由于ag价格太贵，导线制造成本较高，且ag强度不够高；cu具有良好的导电性和机械强度，价格相对较低，可用cu部分替代ag的承担导电作用，制备ag/cu复合导线。由于高温下铜和银发生反应和互溶，为了防止二者反应导致复合线材的导电性能降低，需要将第三种组元(x)作为阻隔材料置于cu和ag之间，制备多层套管结构的ag/x/cu复合导线。第三种组元的选择非常重要，选择要求包括不与cu、ag反应和互溶、抗高温氧化、低成本和高强度。

3、因此，如何获得一种既具有耐高温氧化、高导电性和高强度，同时有具有制造成本低等优点的复合线材，仍是本领域亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有导线耐高温氧化能力差，强度不足的缺陷，从而提供一种复合线材及其制备方法。

2、为此，本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供一种复合线材，由内到外依次为铜芯，不锈钢层和银层。

4、进一步地，

5、所述铜芯直径为0.1-10mm；

6、所述不锈钢层厚度为0.02-2mm；

7、所述银层厚度为0.05-10mm。

8、优选地

9、所述铜芯直径为0.3-6mm；

10、所述不锈钢层厚度为0.04-0.5mm；

11、所述银层厚度为0.08-5mm。

12、进一步地，所述不锈钢包括201、202、302、303、304、304l、316、316ln、321、409、410、420、430或436牌号的不锈钢中的一种；

13、所述铜包括t1、t2、t3、c11000、c11100、c11300、c11400、c11500、c1100、tu1、tu2、c10200、c1020、tp1、tp2、c12000、c12200、c14500、c14700、c15000、c1201或c1220牌号的铜中的一种。

14、优选地，所述不锈钢包括304、316或316ln牌号的不锈钢中的一种；

15、所述铜包括tu1、tu2、t1或t2牌号的铜中的一种。

16、本发明还提供上述复合线材的制备方法，包括如下步骤：

17、s1：选取铜棒、不锈钢管和银管，进行表面处理；

18、s2：对处理后的不锈钢管在真空条件下退火；

19、s3：将铜棒穿入退火后的不锈钢管中进行第一次拉拔复合，得到不锈钢包覆铜芯的中间线材；

20、s4：将中间线材穿入银管后进行第二次拉拔复合，得到复合线材。

21、进一步地，步骤s4还包括，在中间线材变形量为50％-60％时进行退火的步骤，退火温度为750-850℃，退火时间为120min。

22、步骤s2中，退火温度为800～1300℃，退火时间为30～240min。

23、不锈钢管的内径比铜棒的外径大0.2-0.4mm，银管的内径比中间线材的外径大0.2-0.4mm。

24、步骤s1中所述表面处理为去除铜棒、不锈钢管和银管表面的氧化层。

25、本发明技术方案，具有如下优点：

26、(1)本发明复合线材中，用cu替代一部分ag，降低了导线中ag的体积分数和导线制备成本；选用不锈钢作为中间材料，不锈钢中的主要元素不与cu、ag互溶，而且相对于ag、cu，不锈钢是众所周知的廉价材料，还具有较高的强度。更重要的是，与其他纯金属相比，不锈钢具有良好的抗高温氧化性能，从而防止复合线材在高温下氧化失效；能够避免高温下cu和ag的反应，防止导电性能降低，可以保持cu和ag的高导电性

27、(2)本发明复合线材的导电性主要来自于cu和ag，不锈钢本身导电性较差，而且不锈钢加工变形能力比cu、ag差，因此该复合线材中需要对不锈钢的厚度进行限定，过厚会影响导电性和加工性能，过薄拉拔变形后不锈钢层会出现裂纹和缝隙，无法将cu和ag之间阻隔开，起到限制高温下cu和ag反应的作用。

28、(3)不锈钢之所以具有良好的抗高温氧化性能，是由于其表面能够形成了致密的氧化膜使表面钝化。但是如果在高温下长时间暴露在氧气中，往往使腐蚀严重，随着氧化物的分层、脱落，表面致密氧化层无法完整覆盖，导致严重侵蚀失效。本发明中，复合线材为多层套管结构，经过拉拔后，不锈钢和外层的ag层具有良好的界面结合，外层的ag一方面减少了氧对不锈钢的腐蚀，另一方面ag层对不锈钢表面的氧化物的压应力抑制了氧化物的分层、脱落，极大的提高了在高温下的抗氧化能力，从而使复合线材具有优异的抗高温氧化性能。

29、(4)本发明在复合线材的制备时，由于不锈钢相对cu和ag强度高，变形难度大，需要先经过第一次拉拔使不锈钢和cu棒结合紧密，获得良好的cu/ss界面结合。然后再进行套入ag管中进行第二次拉拔，使ag管和不锈钢管之间紧密结合，获得良好ss/ag界面结合。

30、(5)本发明在拉拔前对不锈钢进行了真空退火，其目的是使不锈钢软化，提高其塑性变形能力，防止拉拔过程中形成裂纹。

31、(6)本发明在第二次拉拔复合时，当样品变形量达到50％-60％时，对其进行退火处理，防止裂纹的形成；退火处理温度应高于退火处理过程中所发生的再结晶的温度，保温时间太长会导致晶粒长大，强度降低，时间太短无法达到再结晶软化的目的。

32、(7)本发明所提供的制备方法操作简单，成本较低，并且采用该制备方法可以搭配cu、不锈钢和ag的体积分数，从而可以在生产过程中得到不同导电性和强度组合的复合线材。

技术特征：

1.一种复合线材，其特征在于，由内到外依次为铜芯，不锈钢层和银层。

2.根据权利要求1所述的复合线材，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的复合线材，其特征在于，

4.根据权利要求1-3任一项所述的复合线材，其特征在于，所述不锈钢包括201、202、302、303、304、304l、316、316ln、321、409、410、420、430或436牌号的不锈钢中的一种；

5.根据权利要求4所述的复合线材，其特征在于，所述不锈钢包括304、316或316ln牌号的不锈钢中的一种；

6.权利要求1-5任一项所述的复合线材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的复合线材的制备方法，其特征在于，步骤s4还包括，在第二次拉拔复合时，线材变形量为50％-60％时进行退火的步骤，退火温度为750-850℃，退火时间为30～240min。

8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，退火温度为800～1300℃，退火时间为30～240min。

9.根据权利要求6-8任一项所述的制备方法，其特征在于，不锈钢管的内径比铜棒的外径大0.2-0.4mm，银管的内径比中间线材的外径大0.2-0.4mm。

10.根据权利要求6-9任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述表面处理为去除铜棒、不锈钢管和银管表面的氧化层。

技术总结
本发明公开一种复合线材，由内到外依次为铜芯，不锈钢层和银层。本发明还公开了上述复合线材的制备方法。本发明复合线材中，用Cu替代部分Ag，降低了Ag的体积分数和制备成本；选用不锈钢(SS)作为中间材料，其不与Cu、Ag互溶，而且相对于Ag、Cu更加廉价，具有较高的强度；同时不锈钢具有良好的抗高温氧化性能，还能够避免高温下Cu和Ag的反应，防止导电性能降低。本发明在复合线材的制备时，先经过第一次拉拔使不锈钢和Cu棒结合紧密，获得良好的Cu/SS界面结合，然后套入Ag管中进行第二次拉拔，获得良好的SS/Ag界面结合；操作简单，成本低，可以改变组分的体积分数，得到不同导电性和强度组合的复合线材。

技术研发人员：茹亚东,高召顺,左婷婷,薛江丽,伍岳,肖立业
受保护的技术使用者：中国科学院电工研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12