一种高速电气化铁路接触网导线及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种高速电气化铁路接触网导线及其制备方法，由中心层和包裹中心层的包裹层组成，所述中心层为铝合金层，所述包裹层为合金材料层，其化学成分的百分比组成Sn2.0～5.0％、Cr0.2～0.7％、Te0.1～0.75％、B0.06～0.75％、Mg0.01～0.6％、Zr0.01～0.4％、Ni0.05～0.75％、Fe＜0.15％，其余为铜及总量不大于0.4％的杂质。本发明在保证导线良好的导电率、抗拉强度、抗疲劳强度的同时，突出提高了其抗腐蚀性和耐磨性，提高了使用寿命，确保安全性，适合高速化铁路对接触网导线材料各项性能的要求。
【专利说明】
一种高速电气化铁路接触网导线及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及高速电气化铁路接触网导线的金属材料组成及其结构技术领域，尤其涉及一种高速电气化铁路接触网导线及其制备方法。
【背景技术】
[0002]当前我国铁路建设已进入全面、快速、高质量的发展时期，高速铁路是主要的发展方向，随着列车运行速度的不断提高，对接触网导线材料的性能提出愈来愈高的要求，其中之一就是接触网导线的材料问题。目前我国接触网导线用材有冷乳纯铜、铝钢复合线、锡铜、银铜、锡银铜等合金线，作为铁路电气化接触网用的导线合金材料的各项要求有高导电性、较高的抗拉强度、较高的软化温度、较好的抗疲劳振动性、良好的耐磨性能和耐腐蚀性，而现有的接触网导线突出存在的问题是耐腐蚀性及耐磨性难达标，致使接触网导线使用寿命短，且在使用过程中存在安全隐患，特别是我国铁路高速化发展的今天，以往的接触网导线已不适应高速铁路发展的要求。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种高速电气化铁路接触网导线及其制备方法，在保证导线良好的导电率、抗拉强度、抗疲劳强度的同时突出提高了其抗腐蚀性和耐磨性性，提高了使用寿命，确保安全性，适合高速化铁路对接触网导线材料各项性能的要求。
[0004]本发明通过以下技术方案实现:一种高速电气化铁路接触网导线，由中心层和包裹中心层的包裹层组成，所述中心层为铝合金层，所述包裹层为合金材料层，其化学成分的百分比组成 Sn 2.0 ?5.0%、Cr0.2 ?0.7%、Te 0.1 ?0.75%、B 0.06 ?0.75%、Mg0.01 ?0.6%, Zr 0.01 ?0.4%、N1.05 ?0.75%、Fe < 0.15%，其余为铜及总量不大于0.4%的杂质。
[0005]进一步地，所述中心层的截面为圆形。
[0006]进一步地，所述包裹层为合金材料层，其化学成分的百分比组成Sn 2.5?5.0%,Cr0.2 ?0.6%、Te 0.1 ?0.7%,B 0.06 ?0.6%、Mg 0.01 ?0.5%,Zr 0.01 ?0.35%、N1.05?0.6%、Fe < 0.15%，其余为铜及总量不大于0.4%的杂质。
[0007]进一步地，所述包裹层为合金材料层，其化学成分的百分比组成Sn 2.8?4%、Cr0.3 ?0.5%、Te 0.2?0.6%、Β 0.08?0.5%、Mg 0.05 ?0.35%、Zr 0.02 ?0.32%、N1.05?0.45%, Fe < 0.15%，其余为铜及总量不大于0.4%的杂质。
[0008]进一步地，所述包裹层为合金材料层，其化学成分的百分比组成Sn 2.8?3.8%,Cr0.32 ?0.45%、Te 0.26 ?0.48%、B 0.08 ?0.35%、Mg 0.07 ?0.30%、Zr 0.06 ?0.25%、N1.05?0.32%、Fe < 0.15%，其余为铜及总量不大于0.4%的杂质。
[0009]进一步地，所述总量不大于0.4%的杂质中，Pb < 0.02%、Bi < 0.01%^ Sb <0.01%。
[0010]本发明还提供了一种上述高速电气化铁路接触网导线的制备方法，包括以下步骤:
1)烘干:按铜合金成分含量配比称取各组份原料进行烘干以除去原料中的水分，烘干温度为105°C — 120°C，烘干时间10小时；
2)熔炼:将熔炉预先加热至350°C_400°C保持lOmin，接着将铜合金各组份原料投入熔炉后逐渐升温，升温速度控制在6°C /min,待合金原料开始融化，在合金表面撒上米糠作为覆盖剂，撒入的米糠以覆盖合金液表面为准，其中升至熔炼温度IlOOcC -1250°C，保温30min，得到铜合金溶液；
3)检测:采用光谱仪对熔炼好的铜合金水进行检测成分检测，以确定各组份在配比要求范围内；
4)精炼:将熔炉继续升温至1450°C_1550°C，采用石墨棒对合金溶液进行搅拌，精炼时间为30min-45min，精炼完成后保温；
5)铸造:将模具预热预热至350°C-400°C，将精炼好的铜合金溶液在1200°C -1300°C的温度下浇入铸造模具内，自然冷却至室温得铸件；
6)热乳:将铸件加热至900°C-1100°C，保温45min-60min，水淬，进行一次固溶处理，再将合金加热至800°C _900°C，实施应变量为40%-70%的热乳；
7)拉拔:将热乳后的合金加热至900°C-1100°C，保温45min-60min，水淬，进行二次固溶处理，于室温下实施应变量为70%-85%的拉拔；
8)时效:将拉拔后的合金于300°C_500°C保温lh-5h后，水淬，制得铜合金导线，最后对合金导线进行表面处理，按标准包装。
[0011]与现有的技术相比，本发明的有益效果是:导线采用内外双层结构，兼顾并提高了材料各项性能，以适应高速化铁路金属接触网发展的需要，其中在导线的铜合金外包层中配比加入Cr、Te、B、Mg、Zr等元素材料保证其良好的导电率、抗拉强度、抗疲劳强度及塑性，突出特点在于在铜合金中配比加入Sn、Ni，提高了金属网导线的耐腐蚀性和耐磨性性，同时导线中心设置截面为圆形的铝合金中心层，提高了导线的传热导电效果，该铁路接触网导线各项性能完善并加上结构的同步改进，可在恶劣环境中正常使用，且使用寿命长。
【附图说明】
[0012]图1为本发明一种高速电气化铁路接触网导线的截面示意图。
[0013]其中:1、包裹层；2、中心层。
【具体实施方式】
[0014]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0015]如图1所示，本发明涉及一种高速电气化铁路接触网导线，由中心层2和包裹中心层2的包裹层I组成，所述中心层2为铝合金层，所述包裹层I为合金材料层，其化学成分的百分比组成 Sn 2.0 ?5.0%、Cr0.2 ?0.7%、Te 0.1 ?0.75%、B 0.06 ?0.75%、Mg
0.01 ?0.6%, Zr 0.01 ?0.4%、N1.05 ?0.75%、Fe < 0.15%，其余为铜及总量不大于0.4%的杂质，其中所述中心层2的截面为圆形。
[0016]作为优选地，所述包裹层I为合金材料层，其化学成分的百分比组成Sn 2.5?
5.0%、Cr0.2 ?0.6%、Te 0.1 ?0.7%、B 0.06 ?0.6%、Mg 0.01 ?0.5%、Zr 0.01 ?
0.35%、N1.05?0.6%、Fe < 0.15%，其余为铜及总量不大于0.4%的杂质。
[0017]作为进一步优选地，所述包裹层I为合金材料层，其化学成分的百分比组成Sn2.8 ?4 %、Cr0.3 ?0.5 %、Te 0.2 ?0.6 %、B 0.08 ?0.5 %、Mg 0.05 ?0.35 %、Zr
0.02?0.32%、N1.05?0.45%、Fe < 0.15%，其余为铜及总量不大于0.4%的杂质。
[0018]作为进一步优选地，所述包裹层I为合金材料层，其化学成分的百分比组成Sn
2.8 ?3.8%、Cr0.32 ?0.45%、Te 0.26?0.48%、Β 0.08 ?0.35%、Mg 0.07 ?0.30%、Zr 0.06?0.25%、N1.05?0.32%、Fe < 0.15%，其余为铜及总量不大于0.4%的杂质。
[0019]同时，所述总量不大于0.4%的杂质中，Pb < 0.02%、Bi < 0.01% ^ Sb <
0.01%。
[0020]一种上述高速电气化铁路接触网导线的制备方法，包括以下步骤:
1)烘干:按铜合金成分含量配比称取各组份原料进行烘干以除去原料中的水分，烘干温度为105°c — 120°C，烘干时间10小时；
2)熔炼:将熔炉预先加热至350°C_400°C保持lOmin，接着将铜合金各组份原料投入熔炉后逐渐升温，升温速度控制在6°C /min,待合金原料开始融化，在合金表面撒上米糠作为覆盖剂，撒入的米糠以覆盖合金液表面为准，其中升至熔炼温度IlOOcC -1250°C，保温30min，得到铜合金溶液；
3)检测:采用光谱仪对熔炼好的铜合金水进行检测成分检测，以确定各组份在配比要求范围内；
4)精炼:将熔炉继续升温至1450°C_1550°C，采用石墨棒对合金溶液进行搅拌，精炼时间为30min-45min，精炼完成后保温；
5)铸造:将模具预热预热至350°C-400°C，将精炼好的铜合金溶液在1200°C -1300°C的温度下浇入铸造模具内，自然冷却至室温得铸件；
6)热乳:将铸件加热至900°C-1100°C，保温45min-60min，水淬，进行一次固溶处理，再将合金加热至800°C _900°C，实施应变量为40%-70%的热乳；
7)拉拔:将热乳后的合金加热至900°C-1100°C，保温45min-60min，水淬，进行二次固溶处理，于室温下实施应变量为70%-85%的拉拔；
8)时效:将拉拔后的合金于300°C_500°C保温lh-5h后，水淬，制得铜合金导线，最后对合金导线进行表面处理，按标准包装。
[0021]综上所述，本发明在导线的铜合金外包层的合金中加入微量元素的Cr、Te、B、Mg、Zr，金属网导线具良好的导电率、抗拉强度、抗疲劳强度及塑性，且在铜合金中配比加入Sn、Ni，其中Sn可改善材料的耐腐蚀性能和提高耐磨性能，而Ni可以提高材料的机械性能并提高材料的抗腐蚀性能，在实际合金中各元素可以按照不同的百分比进行配比，得到不同性能的铜合金导线，以满足实际使用中的不同需求。
[0022]实施例1
结合具体配比:Sn2.8%、Cr0.32%、Te 0.26%、B 0.08%、Mg 0.07%^ Zr 0.06%^N1.05%、杂质成分Fe、Pb、B1、Sb的总量0.12%，余量为铜制得的铜合金导线的抗拉强度ob> 540 (MPa)，导电率(IACS)78%，塑性δ 5为11 %，且其耐腐蚀性能和耐磨性能有显著提高，同时导线的中心设置圆形的铝合金层，提高了导线的传热导电效果，内外双层线体结构，兼顾并提高了导线材料各项性能，使得铁路接触网导线各项性能完善并加上结构的同步改进，可在恶劣环境中正常使用，且使用寿命长。
[0023]实例例2
结合具体配比:Sn 3.1%^ Cr0.38%^ Te 0.36%、B 0.18%、Mg 0.1%、Zr 0.12%、N1.23%、杂质成分Fe、Pb、B1、Sb的总量0.13%，余量为铜制得的铜合金导线的抗拉强度ob> 560 (MPa)，导电率(IACS)83%，塑性δ 5为13%，且其耐腐蚀性能和耐磨性能有显著提高，同时导线的中心设置圆形的铝合金层，提高了导线的传热导电效果，内外双层线体结构，兼顾并提高了导线材料各项性能，使得铁路接触网导线各项性能完善并加上结构的同步改进，可在恶劣环境中正常使用，且使用寿命长。
[0024]实例例3
结合具体配比:Sn 3.8%、Cr0.45%、Te 0.48%、B 0.35%、Mg 0.30%、Zr 0.25%、N1.32%、杂质成分Fe、Pb、B1、Sb的总量0.5%，余量为铜制得的铜合金导线的抗拉强度582 (MPa)，导电率(IACS) 72%，塑性δ 5为15%，其耐腐蚀性能和耐磨性能好，可在恶劣环境中正常使用，且使用寿命长。
[0025]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种高速电气化铁路接触网导线，由中心层(2 )和包裹中心层(2 )的包裹层(I)组成，其特征在于，所述中心层(2)为铝合金层，所述包裹层(I)为合金材料层，其化学成分的百分比组成 Sn 2.0 ?5.0%、Cr0.2 ?0.7%、Te 0.1 ?0.75%、B 0.06 ?0.75%、Mg0.01 ?0.6%, Zr 0.01 ?0.4%、N1.05 ?0.75%、Fe < 0.15%，其余为铜及总量不大于0.4%的杂质。2.根据权利要求1所述的一种高速电气化铁路接触网导线，其特征在于，所述中心层(2)的截面为圆形。3.根据权利要求1所述的一种高速电气化铁路接触网导线，其特征在于，所述包裹层(I)为合金材料层，其化学成分的百分比组成Sn 2.5?5.0%, Cr0.2?0.6%、Te 0.1?0.7 %、B 0.06 ?0.6 %、Mg 0.01 ?0.5 %、Zr 0.01 ?0.35 %、N1.05 ?0.6 %、Fe< 0.15%，其余为铜及总量不大于0.4%的杂质。4.根据权利要求3所述的一种高速电气化铁路接触网耐腐蚀导线，其特征在于，所述包裹层(I)为合金材料层，其化学成分的百分比组成Sn 2.8?4%、Cr0.3?0.5%、Te0.2 ?0.6%、B 0.08 ?0.5%、Mg 0.05 ?0.35%、Zr 0.02 ?0.32%、N1.05 ?0.45%、Fe < 0.15%，其余为铜及总量不大于0.4%的杂质。5.根据权利要求4所述的一种高速电气化铁路接触网导线，其特征在于，所述包裹层(I)为合金材料层，其化学成分的百分比组成Sn 2.8?3.8%、Cr0.32?0.45%、Te0.26 ?0.48 %、B 0.08 ?0.35 %、Mg 0.07 ?0.30 %、Zr 0.06 ?0.25 %、N1.05 ?0.32%, Fe < 0.15%，其余为铜及总量不大于0.4%的杂质。6.根据权利要求1、3、4、5所述的一种高速电气化铁路接触网导线，其特征在于，所述总量不大于 0.4%的杂质中，Pb < 0.02%^Bi < 0.01%^ Sb < 0.01%。7.—种权利要求1所述的一种高速电气化铁路接触网导线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: ⑴烘干:按铜合金成分含量配比称取各组份原料进行烘干以除去原料中的水分，烘干温度为105°C — 120°C，烘干时间10小时； ⑵熔炼:将熔炉预先加热至350°C -400°C保持lOmin，接着将铜合金各组份原料投入熔炉后逐渐升温，升温速度控制在6°C /min，待合金原料开始融化，在合金表面撒上米糠作为覆盖剂，撒入的米糠以覆盖合金液表面为准，其中升至熔炼温度IlOOcC -1250°C，保温30min，得到铜合金溶液； ⑶检测:采用光谱仪对熔炼好的铜合金水进行检测成分检测，以确定各组份在配比要求范围内； ⑷精炼:将熔炉继续升温至1450°C _1550°C，采用石墨棒对合金溶液进行搅拌，精炼时间为30min-45min，精炼完成后保温； (5)铸造:将模具预热至350°C-400°C，将精炼好的铜合金溶液在1200°C -1300°C的温度下浇入铸造模具内，自然冷却至室温得铸件； (6)热乳:将铸件加热至900°C-1100°C，保温45min-60min，水淬，进行一次固溶处理，再将合金加热至800°C _900°C，实施应变量为40%-70%的热乳； (7)拉拔:将热乳后的合金加热至900°C-1100°C，保温45min-60min，水淬，进行二次固溶处理，于室温下实施应变量为70%-85%的拉拔； (8)时效:将拉拔后的合金于300°C _500°C保温lh-5h后，水淬，制得铜合金导线，最后对合金导线进行表面处理，按标准包装。
【文档编号】C22C9/02GK106057268SQ201510386530
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2015年7月6日
【发明人】袁关兴, 成羽
【申请人】杭州星冠新材料有限公司