一种硬态铜母线及其制备方法

一种硬态铜母线及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种硬态铜母线及其制备方法，硬态铜母线中包括Cu+Ag：99.90％?99.99％、As：0.001％?0.002％、Sb：0.001％?0.002％、Bi≤0.001％、Fe：0.004％?0.005％、Pb：0.003％?0.005％、Sn≤0.002％、Ni≤0.002％、Zn：0.003％?0.004％、S：0.002％?0.004％、Mn≤0.002％、Si≤0.001％及杂质≤0.005％,其中，Ag占Cu+Ag的0.001％?0.015％。其制备方法为：铜料干燥?熔化?加入变质剂?上引连铸?连续挤压?退火处理?防氧化冷却处理?拉拔成型，在熔化、加入变质剂及上引连铸的过程中，阴极铜溶液上方充保护气体。本发明提供的一种硬态铜母线及其制备方法，制造的铜母线的含氧率控制在0.001％以内，且具有高拉强度、高伸长率及高硬度的特点。
【专利说明】
一种硬态铜母线及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及取料装置领域，尤其涉及一种取料灵活，提高取料效率的一种硬态铜 母线及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 铜母线作为导电的元件或构件广泛应用于电子、电器、输变电、智能电网、等行业， 按其用途分分为软铜母线和硬铜母线。一般企业在生产铜母线的过程中，难以控制氧含量， 因此，生产出的铜母线氧含量较高，如果氧含量过高会出现以下现象：1、铜杆中的氧，以氧 化铜状态，从晶相组织上看氧化铜存在于晶粒边界附近，氧化铜以夹杂形式在晶界出现对 材料的韧性产生负面影响，导致铜母线的机械性能下降、在后续加工中出现断裂现象;2、由 于氧化铜的存在会造成铜母线导电率降低;3、容易产生气泡和针孔，影响表面质量;4、表面 有瑕疵，降低耐高压性能。
[0003] 如中国专利CN102034566A公开了一种高强高导高韧铜母线及其制备方法，铜母线 材料中铜+银 :99.96%-99.998%，钇稀土:0.002%-0.02%，杂质：0%-0.038%;其中银占 铜+银:0.0005 %-0.01 % ;将钇稀土铜基中间合金作为变质剂。其工艺步骤为：（1)铜料熔 化，其中，在熔融的阴极铜熔液的表面覆盖有木炭层；（2)铜液的变质处理（3)上引连铸铜 杆；（4)铜杆中温连续挤压及防氧化冷却(5)拉拔成型;将步骤(4)所得铜母线坯料置于拉拔 机上拉拔成型，制成高强高导高韧铜母线。
[0004] 又如中国专利CN102262938A公开了一种大截面无氧铜母线，其特征在于由如下重 量比的化学成分组成：Cu+Ag彡99.97%、P<0.002%、Bi<0.001%、Sb$0.002%、As< 0.002%、Fe彡0.004%、Ni彡0.002%、Pb彡0.004%、Sn彡0.002%、S彡0.004%、Zn彡 0.003%、0彡0.001%、杂质总和彡0.003%。其制备方法包括：、熔炼：选用铜银含量为 99.97%以上的高纯阴极铜为原料，将其预热烘干后，采用立式高频感应电炉在1140~1160 °C温度下将其熔化、保温，采用木炭覆盖熔炼炉的厚度为I OOmm~150_、覆盖保温炉的厚度 为150mm-200mm，木炭放入熔炼炉之前进行不低于4小时的烘干以确保木炭无水分，保证熔 化时的真空状态;b、上引连铸:采用组合式内镶嵌石墨结晶器，试压压力不低于0.5Mpa，时 间不低于5分钟，组合式内镶嵌石墨片结晶器进口水温度保持在30~40°C，用牵引机构牵引 出无氧铜杆，然后无氧铜杆进入收线装置；引杆速度500~1500mm/min，引杆直径20mm~ 30mm，组合式内镶嵌石墨片结晶器出水温度35°C~50°C，无氧铜杆铜银含量为99.97%以 上，氧气含量〇. 〇〇 1 %以下;C、连续挤压;d、在线锯切;e、修头;f、精整拉拔;g、检验包装。
[0005] 上述公开的两个发明，生产出的铜母线含氧量高，且其硬度、抗拉强度及伸长率均 不能满足使用要求。

【发明内容】

[0006] 为克服现有技术中存在的问题，本发明提供了一种含氧量低，且具有高抗拉强度、 高硬度及高伸长率的一种硬态铜母线及其制备方法。
[0007] 本发明提供的一种硬态铜母线，包括以下重量比的化学成分：
[0008] Cu+Ag：99,90%-99.99% ^As：0.001%-0.002% ^Sb：0.001%-0.002% ^Bi^ 0.001% ^Fe ：0.004%-0.005 % ^Pb :0.003 %-0.005 % ^ Sn^0.00 2 % ^Ni ^0.00 2 % ^Zn： 0.003%-0.004%、5:0.002%-0.004%、]?11彡0.002%、51彡0.001%及杂质彡0.005%，八8、 513、81小6、卩13、511、附、211、5、]\111、51的总和<0.03%，其中48占〇1+厶8的0.001%-0.015%。
[0009] 优选的，还包括化学成分P，其所占的重量比为彡0.001 %，As、Sb、Bi、Fe、Pb、Sn、 Ni、Zn、S、Mn 及 P的总和 <0.03%。
[0010] 本发明的另一个目的是提供一种硬态铜母线的制备方法，包括以下步骤：
[0011] Sl:铜料干燥:选用铜银含量为99.90 %-99.99%的阴极铜为铜料，除尘后投入干 燥炉加热处理，进行预热干燥；
[0012] S2:铜料投入熔化炉熔化成阴极铜溶液；
[0013] S3:向步骤S2中阴极铜溶液中加入变质剂，并充分搅拌；
[0014] S4:将步骤S3经变质处理后的阴极铜溶液上引连铸：阴极铜溶液在连铸机的结晶 器中凝结成铜杆，并将铜杆向上牵引收线；
[0015] S5:连续挤压:将步骤S4生成的铜杆通过连续挤压机连续挤压生成母线坯；
[0016] S6:退火处理。
[0017] S7:防氧化冷却处理。
[0018] S8:重复步骤S6和步骤S7，重复1-5次。
[0019] S9:拉拔成型:将步骤S8得到的母线坯置于拉拔机上拉拔成型，制成硬态铜母线。
[0020] 在一些实施方式中，步骤S2中，熔化炉内阴极铜溶液表面覆盖木炭层，木炭层厚度 为150mm-350mm〇
[0021] 在一些实施方式中，步骤S2中，在投入铜料前对熔化炉进行预热处理，使其温度提 升至1350°C-1500°C，在投入铜料的过程中，熔化温度控制在1150°C-1250°C之间，铜料熔化 成阴极铜溶液后还包括保温步骤，保温温度控制在1150°C-1250°C之间。
[0022] 在一些实施方式中，步骤S3中，变质剂为复合稀土变质剂，包括以下质量分数的化 学成分：Y:12%-18%、Tb:8%-14%、Ni :6%-10%、Pr:3%-6%、Ce+La+Sc+Eu+Gd+Nd+Ho+Er +Tm+Lu:16%-29%，Ti:2%-5%，B:4%-7%及余量的Cu，复合稀土变质剂的加入量为 0·4%-1·5%〇
[0023]在一些实施方式中，步骤S2至步骤S4中，阴极铜溶液上方充满保护气体，保护气体 为H2、与O2的混合气体，其中H2的体积浓度为3.0 %-8.0 %，其中O2的浓度不高于22PPM，余 下为N2。
[0024] 其中，阴极铜溶液液面上的木炭及保护气体会发生一系列的化学反应：
[0025] 2Cu+02 = 2Cu0
[0026] 2C+〇2 = 2CO
[0027] 2H2+〇2 = 2H20
[0028] 2Cu0+C0+H2 = 2Cu+H20+02
[0029] 通过上述反应，降低了阴极铜溶液中的氧含量。
[0030] 在一些实施方式中，步骤S5中，在连续挤压的过程中，温度保持在480°c-550°c。
[0031] 在一些实施方式中，步骤S6的退火处理的步骤为:将母线坯在退火温度400°C-430 °C的条件下保温3h-5h。
[0032] 在一些实施方式中，步骤S7的防氧化冷却处理的步骤为:将母线坯置入冷却槽中 冷却，冷却槽设有防氧冷却液，防氧冷却液为酒精与软水的混合液，其pH值为8.5-9.5，酒精 浓度为3 %-8 %。
[0033] 与现有技术相比，本发明提供的一种硬态铜母线及其制备方法与现有技术相比具 有以下优点：
[0034] 1、本发明提供的一种硬态铜母线及其制备方法，在将铜料投入熔化炉前，先对熔 化炉进行预热，再将铜料投炉，加快了铜料的熔化过程，缩短了熔化时间，提高了工作效率； 另外，通过温控管理技术，使制造的铜母线的含氧率控制在〇. 001 %以内。
[0035] 2、本发明提供的一种硬态铜母线及其制备方法，在阴极铜溶液中加入复合稀土变 质剂，使制得的母线抗拉强度最高能达540MPa、伸长率最高能达7.6%、硬度最高能达 192HB。
[0036] 3、本发明提供的一种硬态铜母线及其制备方法，通过采用退火处理，进一步提高 了硬态铜母线的伸长率，降低了母线坯直接进行冷却处理时由于开裂产生的废品率，提高 了成品率，降低了加工成本。
[0037] 4、本发明提供的一种硬态铜母线及其制备方法，退火处理后的冷却液采用酒精与 软水的混合液，能够除去母线坯表面的氧化层，使母线坯的质量进一步提高。
[0038] 5、本发明提供的一种硬态铜母线及其制备方法，步骤S2-S4中，阴极铜溶液上方充 满保护气体，将有效降低各阶段中铜水中的氧含量。
【具体实施方式】
[0039] 以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体 实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0040] 实施例1:
[0041] 本发明第一种实施方式提供的一种硬态铜母线，包括以下重量比的化学成分:Cu+ Ag：99,90 % ^As：0.001% ^ Sb：0.001% ^Bi：0.001% ^Fe:0.004 %^Pb： 0.003% ^Sn： 0.002%、Ni:0.002%、Zn:0.003%、S:0.002%、Mn :0.002%、Si:0.001%、P:0.001%，及杂 质:0.005%，其中，Ag 占 Cu+Ag的0.001 %。
[0042]其制备方法包括以下步骤：
[0043] SI:铜料干燥:选用铜银含量为99.90%的阴极铜为铜料，除尘后投入干燥炉加热 处理。
[0044] S2:铜料投入熔化炉熔化成阴极铜溶液。
[0045] S3:向步骤S2中阴极铜溶液中加入变质剂，并充分搅拌。
[0046] S4:将步骤S3经变质处理后的阴极铜溶液上引连铸：阴极铜溶液在连铸机的结晶 器中凝结成铜杆，并将铜杆向上牵引收线。
[0047] S5:连续挤压:将步骤S4生成的铜杆通过连续挤压机连续挤压生成母线坯。
[0048] S6:退火处理。
[0049] S7:防氧化冷却处理。
[0050] S8:重复步骤S6和步骤S7，重复1-5次。
[0051] S9:拉拔成型:将步骤S8得到的母线坯置于拉拔机上拉拔成型，制成硬态铜母线。
[0052] 其中：步骤Sl:选用铜银含量为99.90%的阴极铜为铜料，除尘后投入干燥炉加热 处理，将阴极铜表面杂质及水分去除，防止阴极铜投入熔化炉后，表面水分发生化学反应：
[0053] 2H20 = 2H2+〇2
[0054] 此反应分解后的氧气会溶解到阴极铜溶液中，造成铜水含氧量增高。
[0055]步骤S2:将熔化炉进行预热，使其温度提升至1350 °C-1500 °C，作为优选的，在本发 明的此实施方式中，将熔化炉预热至1350Γ，再将除尘、干燥后的阴极铜分批次(分批次是 指实施该方法的过程中，随着铜液的减少，适时的投入阴极铜用以补充原料)投入熔化炉中 进行熔化，投入过程中，熔化炉内的温度保持1150°C-125(TC之间，作为优选的，在本发明的 此实施方式中，在1150Γ温度下进行溶解。作为进一步优选的，铜料熔化成阴极铜溶液后进 行保温处理，保温温度控制在1150°C-125(TC之间，在本发明的此实施方式中，料熔化成阴 极铜溶液后温度控制在1150°C进行保温。上述步骤，通过在将铜料投入熔化炉前，先对熔 化炉进行预热，再将铜料投炉，加快了铜料的熔化过程，缩短了熔化时间，提高了工作效率； 同时，通过温控管理技术，使制造的铜母线的含氧率控制在0.001%以内。另外，熔化炉中阴 极铜溶液的表面覆盖一层阻止空气进入铜液的木炭，作为优选的，木炭的覆盖厚度为 150mm-350mm，在本发明的此实施方式中，优选厚度为150mm。作为进一步优选的，恪化炉内 充满保护气体，保护气体为H 2、N2与O2的混合气体，其中H2的体积浓度为3.0%，其中O 2的浓度 为22PPM，余下为N2,其体积浓度为75%。熔化炉中的木炭及保护气体会发生一系列的化学 反应：
[0056] 2Cu+02 = 2Cu0
[0057] 2C+〇2 = 2CO
[0058] 2H2+〇2 = 2H20
[0059] 2Cu0+C0+H2 = 2Cu+H20+〇2
[0060] 通过上述反应，降低了阴极铜溶液中的氧含量。
[0061] 通过上述一系列的反应可知，在阴极铜溶液表面覆盖木炭，木炭可隔离阴极铜溶 液与空气中的氧，防止阴极铜溶液被氧化，而导致产品合格率低的问题。而木炭的覆盖厚度 会直接影响铜水的氧含量，当木炭覆盖不足时，熔化炉内气体中CO不足，造成还原不充分， 当木炭覆盖过多时，氢气无法顺利接触铜水，也会造成还原不充分，导致无法有效的降低铜 水氧含量。
[0062]步骤S3:向步骤S2中阴极铜溶液中加入变质剂，并充分搅拌。其中，变质剂为复合 稀土变质剂，复合稀土变质剂包括以下质量分数的化学成分:Y: 12 %、Tb: 8 %、Ni : 6 %、Pr: 3 %、Ce+La+Sc+Eu+Gd+Nd+Ho+Er+Tm+Lu :16%，Ti:2%、B:4% 及余量的 Cu。复合稀土变质剂 的加入量为0.4%。在阴极铜溶液中加入0.4%复合稀土变质剂，使制得的母线抗拉强度最 高能达529MPa、伸长率最高能达7.1 %、硬度最高能达178HB。
[0063]步骤S4:将步骤S3经变质处理后的阴极铜溶液上引连铸:在本发明的此实施方式 中，通过将连铸机的结晶器伸入阴极铜溶液中，作为优选的，结晶器内部采用水隔套冷却， 结晶器进口水温度为32°C-45°C，出口水温度为40°C-55°C，作为进一步优选的，结晶器进口 水温度为32°C，出口水温度为40°C。阴极铜溶液在连铸机的结晶器中凝结成铜杆，并将铜杆 向上牵引收线，其牵引速度为800mm/min-2000mm/min，而在本发明的此实施方式中，牵引速 度控制在800mm/min。另外，连铸机内液面上方充满保护气体，保护气体为H2、N2与O 2的混合 气体，其中H2的体积浓度为4.0 %，其中O2的浓度为20PPM，余下为N2，其体积浓度为76 %。熔 化炉中的木炭及保护气体会发生一系列的化学反应：
[0064] 2Cu+02 = 2Cu0
[0065] 2C+〇2 = 2CO
[0066] 2H2+〇2 = 2H20
[0067] 2Cu0+C0+H2 = 2Cu+H20+〇2
[0068] 通过上述反应，降低了阴极铜溶液中的氧含量。
[0069]步骤S5:连续挤压，将步骤S4生成的铜杆通过连续挤压机连续挤压生成母线坯，作 为优选的，在连续挤压的过程中，温度保持在480 °C。连续挤压，使材料利用率达95 %以上， 提尚了广品的成材率。
[0070] 步骤S6:退火处理，其步骤为:将母线坯在退火温度400 °C的条件下保温3h，进一步 提高了硬态铜母线的伸长率，降低了母线坯直接进行冷却处理时由于开裂产生的废品率， 提高了成品率，降低了加工成本。
[0071] 步骤S7:防氧化冷却处理，其步骤为:将退火处理后的母线坯置入冷却槽中冷却， 冷却槽设有防氧冷却液，防氧冷却液为酒精与软水的混合液，其中，酒精浓度为3%，防氧冷 却液PH值为8.5。该步骤能够除去母线坯表面的氧化层，使母线坯的质量进一步提高。
[0072] 步骤S8为重复上述步骤S6和步骤S7,重复2次。
[0073]步骤S9:拉拔成型，将步骤S8得到的母线坯置于拉拔机上拉拔成型，制成硬态铜母 线。
[0074] 实施例2:
[0075] 本发明第二种实施方式提供的一种硬态铜母线，包括以下重量比的化学成分:Cu+ Ag：99,96% ^As:0.0015% ^Sb:0.0015% ^Bi:0.0008% ^Fe:0.0045% ^Pb:0.004% ^Sn： 0.0015%、Ni :0·00:15%、Ζη:0· 0035%、S:0.003%、Mn:0.0015%、Si :0.0008%、P: 0.0008%，及杂质：0.004%，其中，Ag占 Cu+Ag的0.007%。
[0076] 其制备方法包括以下步骤：
[0077] Sl:铜料干燥:选用铜银含量为99.90 %_99.99%的阴极铜为铜料，除尘后投入干 燥炉加热处理；
[0078] S2:铜料投入熔化炉熔化成阴极铜溶液；
[0079] S3:向步骤S2中阴极铜溶液中加入变质剂，并充分搅拌；
[0080] S4:将步骤S3经变质处理后的阴极铜溶液上引连铸：阴极铜溶液在连铸机的结晶 器中凝结成铜杆，并将铜杆向上牵引收线；
[0081 ] S5:连续挤压:将步骤S4生成的铜杆通过连续挤压机连续挤压生成母线坯；
[0082] S6:退火处理。
[0083] S7:防氧化冷却处理。
[0084] S8:重复步骤S6和步骤S7，重复1-5次。
[0085] S9:拉拔成型:将步骤S8得到的母线坯置于拉拔机上拉拔成型，制成硬态铜母线。 [0086] 其中：步骤Sl:选用铜银含量为99.96%的阴极铜为铜料，除尘后投入干燥炉加热 处理，将阴极铜表面杂质及水分去除，防止阴极铜投入熔化炉后，表面水分发生化学反应：
[0087] 2H20 = 2H2+〇2
[0088] 此反应分解后的氧气会溶解到阴极铜溶液中，造成铜水含氧量增高。
[0089]步骤S2:将熔化炉进行预热，使其温度提升至1350°C-1500°C，作为优选的，在本发 明的此实施方式中，将熔化炉预热至1400°C，再将除尘、干燥后的阴极铜分批次(分批次是 指实施该方法的过程中，随着铜液的减少，适时的投入阴极铜用以补充原料)投入熔化炉中 进行熔化，投入过程中，熔化炉内的温度保持1150°C-125(TC之间，作为优选的，在本发明 的此实施方式中，在1200°C温度下进行溶解。作为进一步优选的，铜料熔化成阴极铜溶液后 进行保温处理，保温温度控制在1150°C-125(TC之间，在本发明的此实施方式中，料熔化成 阴极铜溶液后温度控制在1200°C进行保温。上述步骤，通过在将铜料投入熔化炉前，先对熔 化炉进行预热，再将铜料投炉，加快了铜料的熔化过程，缩短了熔化时间，提高了工作效率； 同时，通过温控管理技术，使制造的铜母线的含氧率控制在0.001%以内。另外，熔化炉中阴 极铜溶液的表面覆盖一层阻止空气进入铜液的木炭，作为优选的，木炭的覆盖厚度为 150mm-350mm，在本发明的此实施方式中，优选厚度为200mm。作为进一步优选的，恪化炉内 充满保护气体，保护气体为H 2、N2与O2的混合气体，其中H2的体积浓度为5.0%，其中O 2的浓度 为20PPM，余下为N2,其体积浓度为75%。熔化炉中的木炭及保护气体会发生一系列的化学 反应：
[0090] 2Cu+〇2 = 2CuO
[0091] 2C+〇2 = 2CO
[0092] 2H2+〇2 = 2H20
[0093] 2Cu0+C0+H2 = 2Cu+H20+〇2
[0094] 通过上述反应，降低了阴极铜溶液中的氧含量。
[0095] 通过上述一系列的反应可知，在阴极铜溶液表面覆盖木炭，木炭可隔离阴极铜溶 液与空气中的氧，防止阴极铜溶液被氧化，而导致产品合格率低的问题。而木炭的覆盖厚度 会直接影响铜水的氧含量，当木炭覆盖不足时，熔化炉内气体中CO不足，造成还原不充分， 当木炭覆盖过多时，氢气无法顺利接触铜水，也会造成还原不充分，导致无法有效的降低铜 水氧含量。
[0096] 步骤S3:向步骤S2中阴极铜溶液中加入变质剂，并充分搅拌。其中，变质剂为复合 稀土变质剂，复合稀土变质剂包括以下质量分数的化学成分:Y: 15%、Tb: 11%、Ni:8%、Pr: 4 %、Ce+La+Sc+Eu+Gd+Nd+Ho+Er+Tm+Lu :24%，Ti:4%、B:6% 及余量的 Cu。复合稀土变质剂 的加入量为0.8%。在阴极铜溶液中加入0.8%复合稀土变质剂，使制得的母线抗拉强度最 高能达540MPa、伸长率最高能达7.6%、硬度最高能达192冊，加入0.8%上述组分的复合稀 土变质剂，能使制得的母线的抗拉强度、伸长率及硬度达到最高。
[0097]步骤S4:将步骤S3经变质处理后的阴极铜溶液上引连铸:在本发明的此实施方式 中，通过将连铸机的结晶器伸入阴极铜溶液中，作为优选的，结晶器内部采用水隔套冷却， 结晶器进口水温度为32°C-45°C，出口水温度为40°C-55°C，作为进一步优选的，结晶器进口 水温度为38°C，出口水温度为48°C。阴极铜溶液在连铸机的结晶器中凝结成铜杆，并将铜杆 向上牵引收线，其牵引速度为800mm/min-2000mm/min，而在本发明的此实施方式中，牵引速 度控制在1400mm/min。另外，连铸机内液面上方充满保护气体，保护气体为H 2、N2与O2的混合 气体，其中H2的体积浓度为6.0 %，其中O2的浓度为2IPPM，余下为N2，其体积浓度为73 %。熔 化炉中的木炭及保护气体会发生一系列的化学反应：
[0098] 2Cu+02 = 2Cu0
[0099] 2C+〇2 = 2CO
[0100] 2H2+〇2 = 2H20
[0101] 2Cu0+C0+H2 = 2Cu+H20+〇2
[0102] 通过上述反应，降低了阴极铜溶液中的氧含量。
[0103] 步骤S5:连续挤压，将步骤S4生成的铜杆通过连续挤压机连续挤压生成母线坯，作 为优选的，在连续挤压的过程中，温度保持在520 °C。连续挤压，使材料利用率达95 %以上， 提尚了广品的成材率。
[0104] 步骤S6:退火处理，其步骤为:将母线坯在退火温度415°C的条件下保温4h，进一步 提高了硬态铜母线的伸长率，降低了母线坯直接进行冷却处理时由于开裂产生的废品率， 提高了成品率，降低了加工成本。
[0105] 步骤S7:防氧化冷却处理，其步骤为:将退火处理后的母线坯置入冷却槽中冷却， 冷却槽设有防氧冷却液，防氧冷却液为酒精与软水的混合液，其中，酒精浓度为5%，防氧冷 却液PH值为9。该步骤能够除去母线坯表面的氧化层，使母线坯的质量进一步提高。
[0106] 步骤S8为重复上述步骤S6和步骤S7，重复3次。
[0107] 步骤S9:拉拔成型，将步骤S8得到的母线坯置于拉拔机上拉拔成型，制成硬态铜母 线。
[0108] 实施例3:
[0109] 本发明第三种实施方式提供的一种硬态铜母线，包括以下重量比的化学成分:Cu+ Ag：99,99 % ^As :0.002 % ^ Sb :0.002 % ^Bi:0.0005% ^Fe:0.005 % ^Pb:0.005 % ^Sn： 0.001 %、Ni :0.001 %、Zn:0.004%、S:0.004%、Μη:0·001 %、Si :0.0005%、P:0.0005%及杂 质:0.003%。其中，Ag占 Cu+Ag的0.015%。
[0110]其制备方法包括以下步骤：
[0111] Sl:铜料干燥:选用铜银含量为99.90 %-99.99%的阴极铜为铜料，除尘后投入干 燥炉加热处理；
[0112] S2:铜料投入熔化炉熔化成阴极铜溶液；
[0113] S3:向步骤S2中阴极铜溶液中加入变质剂，并充分搅拌；
[0114] S4:将步骤S3经变质处理后的阴极铜溶液上引连铸：阴极铜溶液在连铸机的结晶 器中凝结成铜杆，并将铜杆向上牵引收线；
[0115] S5:连续挤压:将步骤S4生成的铜杆通过连续挤压机连续挤压生成母线坯；
[0116] S6:退火处理。
[0117] S7:防氧化冷却处理。
[0118] S8:重复步骤S6和步骤S7，重复1-5次。
[0119] S9:拉拔成型:将步骤S8得到的母线坯置于拉拔机上拉拔成型，制成硬态铜母线。 [0120] 其中：步骤SI:选用铜银含量为99.99%的阴极铜为铜料，除尘后投入干燥炉加热 处理，将阴极铜表面杂质及水分去除，防止阴极铜投入熔化炉后，表面水分发生化学反应：
[0121] 2H20 = 2H2+〇2
[0122] 此反应分解后的氧气会溶解到阴极铜溶液中，造成铜水含氧量增高。
[0123] 步骤S2:将熔化炉进行预热，使其温度提升至1350°C-1500°C，作为优选的，在本发 明的此实施方式中，将熔化炉预热至1500Γ，再将除尘、干燥后的阴极铜分批次(分批次是 指实施该方法的过程中，随着铜液的减少，适时的投入阴极铜用以补充原料)投入熔化炉中 进行熔化，投入过程中，熔化炉内的温度保持1150°C-125(TC之间，作为优选的，在本发明的 此实施方式中，在1250Γ温度下进行溶解。作为进一步优选的，铜料熔化成阴极铜溶液后进 行保温处理，保温温度控制在1150°C-125(TC之间，在本发明的此实施方式中，料熔化成阴 极铜溶液后温度控制在1250°C进行保温。上述步骤，通过在将铜料投入熔化炉前，先对熔化 炉进行预热，再将铜料投炉，加快了铜料的熔化过程，缩短了熔化时间，提高了工作效率;同 时，通过温控管理技术，使制造的铜母线的含氧率控制在0.001%以内。另外，熔化炉中阴极 铜溶液的表面覆盖一层阻止空气进入铜液的木炭，作为优选的，木炭的覆盖厚度为150mm-350mm，在本发明的此实施方式中，优选厚度为350mm。作为进一步优选的，熔化炉内充满保 护气体，保护气体为H 2、N 2与0 2的混合气体，其中H 2的体积浓度为7.0 %，其中0 2的浓度为 18PPM，余下为N2,其体积浓度为75%。熔化炉中的木炭及保护气体会发生一系列的化学反 应：
[0124] 2Cu+02 = 2Cu0
[0125] 2C+〇2 = 2CO
[0126] 2H2+〇2 = 2H20
[0127] 2Cu0+C0+H2 = 2Cu+H20+〇2
[0128] 通过上述反应，降低了阴极铜溶液中的氧含量。
[0129] 通过上述一系列的反应可知，在阴极铜溶液表面覆盖木炭，木炭可隔离阴极铜溶 液与空气中的氧，防止阴极铜溶液被氧化，而导致产品合格率低的问题。而木炭的覆盖厚度 会直接影响铜水的氧含量，当木炭覆盖不足时，熔化炉内气体中CO不足，造成还原不充分， 当木炭覆盖过多时，氢气无法顺利接触铜水，也会造成还原不充分，导致无法有效的降低铜 水氧含量。
[0130]步骤S3:向步骤S2中阴极铜溶液中加入变质剂，并充分搅拌。其中，变质剂为复合 稀土变质剂，复合稀土变质剂包括以下质量分数的化学成分:Y: 18%、Tb: 14%、Ni : 10%、 Pr:6%、Ce+La+Sc+Eu+Gd+Nd+Ho+Er+Tm+Lu:29%，Ti:5%，B:7%及余量的Cu。复合稀土变质 剂的加入量为1.5%。在阴极铜溶液中加入1.5%复合稀土变质剂，使制得的母线抗拉强度 最高能达521MPa、伸长率最高能达7.1 %、硬度最高能达170HB。
[0131] 步骤S4:将步骤S3经变质处理后的阴极铜溶液上引连铸:在本发明的此实施方式 中，通过将连铸机的结晶器伸入阴极铜溶液中，作为优选的，结晶器内部采用水隔套冷却， 结晶器进口水温度为32°C-45°C，出口水温度为40°C-55°C，作为进一步优选的，结晶器进口 水温度为45°C，出口水温度为55°C。阴极铜溶液在连铸机的结晶器中凝结成铜杆，并将铜杆 向上牵引收线，其牵引速度为800mm/min-2000mm/min，而在本发明的此实施方式中，牵引速 度控制在2000mm/min。另外，连铸机内液面上方充满保护气体，保护气体为H 2、N2与O2的混合 气体，其中H2的体积浓度为8.0 %，其中O2的浓度为19PPM，余下为N2，其体积浓度为73 %。熔 化炉中的木炭及保护气体会发生一系列的化学反应：
[0132] 2Cu+02 = 2Cu0
[0133] 2C+〇2 = 2CO
[0134] 2H2+〇2 = 2H20
[0135] 2Cu0+C0+H2 = 2Cu+H20+02
[0136] 通过上述反应，降低了阴极铜溶液中的氧含量。
[0137]步骤S5:连续挤压，将步骤S4生成的铜杆通过连续挤压机连续挤压生成母线坯，作 为优选的，在连续挤压的过程中，温度保持在550 °C。连续挤压，使材料利用率达95 %以上， 提尚了广品的成材率。
[0138] 步骤S6:退火处理，其步骤为:将母线坯在退火温度430 °C的条件下保温5h，进一步 提高了硬态铜母线的伸长率，降低了母线坯直接进行冷却处理时由于开裂产生的废品率， 提高了成品率，降低了加工成本。
[0139] 步骤S7:防氧化冷却处理，其步骤为:将退火处理后的母线坯置入冷却槽中冷却， 冷却槽设有防氧冷却液，防氧冷却液为酒精与软水的混合液，其中，酒精浓度为8%，防氧冷 却液PH值为9.5。该步骤能够除去母线坯表面的氧化层，使母线坯的质量进一步提高。
[0140] 步骤S8为重复上述步骤S6和步骤S7，重复3次。
[0141] 步骤S9:拉拔成型，将步骤S8得到的母线坯置于拉拔机上拉拔成型，制成硬态铜母 线。
[0142] 表1显示了实施例1-3中不同参数下，取得的硬态铜母线的不同性能参数。
[0143] 表1: 实施例1 实施例2 实施例3 熔化炉预热温度ΓΟ 1350 140Q 1500 熔化炉熔化温度（°C) 1150 1200 1250 熔化炉保温温度（°C) 1150 1200 1250 木炭厚度（mm) 150 2QQ 350 含氧量（％) 0.0008 0. 0004 0.0006
[0144] 复合稀土变质剂含量（％) 0. 4 0. 8 1,5. 退火处理温度（°C) 400 4:15 430 退火处理时间（h) 3 4 5 抗拉强度（MPa) 52:9 540 521 伸长率（％) 7. 1 7.6 7. 1 硬度（HB) 178 192 170
[0145] 通过表1可知，在本发明实施例2提供的各参数下制备硬态铜母线，可使硬态铜母 线的含氧量达到最低，且具有最高抗拉强度、最高伸长率及强硬度。
[0146] 上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局 限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和 环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改 动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附
【主权项】
1. 一种硬态铜母线，其特征在于，包括以下重量比的化学成分： Cu+Ag：99.90%-99.99%^As：0.001%-0.002%^Sb：0.001%-0.002%^Bi^0.001%^ Fe ： 0.004%-0.005 % ^Pb :0.003 %-0.005 % ^ Sn^0.00 2 % ^Ni ^0.00 2 % ^Zn :0.003%- 0.004%、5:0.002%-0.004%、]?11彡0.002%、51彡0.001%及杂质彡0.005%，所述厶8、513、 81小〇、卩13、511、附、211、5、]\111、51的总和<0.03%，其中，所述厶8占 (：11+厶8的0.001%-0.015%。2. 根据权利要求1所述的一种硬态铜母线，其特征在于，还包括化学成分P，其所占的重 量比为彡 0.001%，所述厶8、513、81小6、？13、511、附、211、5、]\111及？的总和<0.03%。3. -种硬态铜母线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： Sl:铜料干燥:选用铜银含量为99.90%-99.99%的阴极铜为铜料，除尘后投入干燥炉 加热处理； S2:铜料投入熔化炉熔化成阴极铜溶液； S3:向步骤S2中阴极铜溶液中加入变质剂，并充分搅拌； S4:将步骤S3经变质处理后的阴极铜溶液上引连铸：阴极铜溶液在连铸机的结晶器中 凝结成铜杆，并将铜杆向上牵引收线； S5:连续挤压:将步骤S4生成的铜杆通过连续挤压机连续挤压生成母线坯； S6:退火处理； S7:防氧化冷却处理； S8:重复步骤S6和步骤S7，重复1-5次； S9:拉拔成型:将步骤S8得到的母线坯置于拉拔机上拉拔成型，制成硬态铜母线。4. 根据权利要求3所述的一种硬态铜母线的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所 述恪化炉内阴极铜溶液表面覆盖木炭层，所述木炭层厚度为150mm-350mm。5. 根据权利要求3所述的一种硬态铜母线的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，在 投入所述铜料前对所述熔化炉进行预热处理，使其温度提升至135(TC-150(TC，在投入铜料 的过程中，所述熔化温度控制在1150°C-125(TC之间，所述铜料熔化成阴极铜溶液后还包括 保温步骤，保温温度控制在1150 °C -1250 °C之间。6. 根据权利要求3所述的一种硬态铜母线的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，所 述变质剂为复合稀土变质剂，包括以下质量分数的化学成分:Y: 12%-18%、Tb: 8%-14%、 Ni：6%-10%^Pr：3%-6%^ Ce+La+Sc+Eu+Gd+Nd+Ho+Er+Tm+Lu ：16%-29%,Ti：2%-5%,B： 4 % -7 %及余量的Cu，所述复合稀土变质剂的加入量为0.4 % -1.5 %。7. 根据权利要求3所述的一种硬态铜母线的制备方法，其特征在于，所述步骤S2至步骤 S4中，所述阴极铜溶液上方充满保护气体，所述保护气体为H2、他与02的混合气体，其中H 2的 体积浓度为3.0%-8.0%，其中O2的浓度不高于22PPM，余下为N2。8. 根据权利要求3所述的一种硬态铜母线的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，在 连续挤压的过程中，温度保持在480°C_550°C。9. 根据权利要求3所述的一种硬态铜母线的制备方法，其特征在于，所述步骤S6的退火 处理的步骤为:将母线坯在退火温度400°C _430°C的条件下保温3h-5h。10. 根据权利要求3所述的一种硬态铜母线的制备方法，其特征在于，所述步骤S7的防 氧化冷却处理的步骤为:将母线坯置入冷却槽中冷却，所述冷却槽设有防氧冷却液，所述防 氧冷却液为酒精与软水的混合液，其pH值为8.5-9.5，酒精浓度为3%-8%。
【文档编号】H01B1/02GK105913900SQ201610313448
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月11日
【发明人】肖康才
【申请人】江苏华威铜业有限公司