一种铜包铝复合导线的短流程制备方法

摘要

一种铜包铝复合导线的短流程制备方法，涉及双金属层状复合导线材料，其制备步骤为：将水平连铸复合成形的铜包铝复合坯料进行孔型轧制，轧制速度范围为30～1200m/min，单道次断面缩减率为10%～50%；多道次轧制总变形量达到70%～99%时，对铜包铝复合材料进行中间退火，退火温度为150～450℃，退火时间为0.5～3h；对轧制成形线坯进行多道次拉拔加工，单道次断面缩减率10%～30%，拉拔速度1～20m/min，根据需要可施行中间退火，退火温度为100～400℃，退火时间为0.5～1h。本发明显著缩短了工艺流程，大大降低了生产成本，制备出的复合导线具有优良的界面质量。

权利要求

1、一种铜包铝复合导线的短流程制备方法，采用水平连铸复合成形制备铜包铝 复合坯料，其特征在于，制备步骤如下：①将水平连铸复合成形的铜包铝复合坯料进行孔型多道次轧制，轧制速度范围为 30～1200m/min，单道次断面缩减率为10％～50％，制备出φ12～20mm线坯；

②在步骤①中多道次轧制总变形量达到70％～99％时，对铜包铝复合材料进行中 间退火，退火温度为150～300℃，退火时间为0.5～3h；

③对轧制成形线坯进行多道次拉拔加工，单道次断面缩减率10％～30％，拉拔速 度1～20m/min，直至最终成品尺寸。

2、如权利要求1所述的铜包铝复合导线的短流程制备方法，其特征在于，所述 的水平连铸复合成形铜包铝复合坯料的工艺参数是：铜液温度为1120～1280℃，铝液 温度为680～860℃，连铸速度为30～120mm/min，铜包铝复合坯料直径为φ20～φ150mm。

3、如权利要求1所述的铜包铝复合导线的短流程制备方法，其特征在于，在步 骤③中，根据材料最终性能或后续加工需要可施行中间退火，退火温度为100～400℃， 退火时间为0.5～1h。

说明书

技术领域

本发明涉及一种双金属层状复合导线材料的制备方法，尤其是一种横截面为圆形的铜 包铝复合导线的短流程制备方法。

背景技术

近年来，随着铜价的快速上涨，铜包铝复合导线由于与铜线相比具有重量轻、相对成 本低、价格稳定等优点，受到人们的高度重视，被作为纯铜导线的替代产品，广泛应用于 高频电缆和屏蔽线，此外，还可用于电力线、电焊机线、汽车电池线和电机电器线圈等。
已经公开报道的铜包铝导线的生产方法主要有两种。(1)包覆焊接法：以经多次严格 清洗后的铜带和铝棒为原料，采用包覆成形设备将铜带包覆在铝杆上，在保护性气氛条件 下将铜带焊接实现复合，然后拉拔成铜包铝线。此方法制备的铜包铝线需经退火处理以提 高界面结合强度[彭星魁.一种铜铝复合导线及生产工艺[P].中国发明专利，申请号 98112410.0，申请日1998-03-26]。(2)轧制压接法：利用轧辊施加的压力将清洗后的铜带 与铝芯线压接在一起制成铜包铝线坯，然后将线坯进行拉拔成铜包铝线[杨喜山.轧压法 生产铜包铝线装置[P].中国实用新型专利，专利号ZL200320105377.0]。此外，铜包铝线 其它制备方法还有：包套拉拔法、静液挤压法、爆炸复合法等。上述制备铜包铝线的方法 存在的共同问题是：(1)工艺方法均是采用固相复合法，即通过塑性变形使两种金属在结 合界面上形成啮合或机械结合，再经扩散热处理，最终形成部分金属学结合、部分机械结 合，界面结合强度较低；(2)由于固相复合要求第一道次的加工率大，而复合时两种金属 不是一个整体，以及两种金属流变性能的差异大等原因，易于产生分层和剥离等缺陷；(3) 这类方法存在着工艺比较复杂，涉及的工序比较多，从而生产成本较高；(4)复合线坯制 造过程中，需要进行坯料预处理、中间预热，增加了能量消耗和环境负担。
铜包铝复合材料水平连铸直接复合成形技术[谢建新等.一种包复材料水平连铸直接 复合成形设备与工艺[P].中国发明专利，专利号ZL200610112817.3，授权日2008-01-18]， 为高质量铜包铝复合坯料的高效制备提供了新的途径。以该发明专利为基础，可以开发高 质量铜包铝导线及其短流程生产方法。

发明内容

本发明是为了解决现有制备铜包铝复合导线方法所存在工艺复杂、工序多，产品质量 与性能的均匀性、一致性不稳定等缺点，提出采用水平连铸直接复合成形的高性能铜包铝 复合坯料，结合后续轧制或拉拔的短流程生产方法，制备出高质量铜包铝复合导线。
本发明的步骤如下：
①将水平连铸复合成形的铜包铝复合坯料进行孔型多道次轧制，制备φ12～20mm线 坯。工艺参数为：轧制速度范围为30～1200m/min，单道次断面缩减率为10％～50％；
②在步骤①中多道次轧制总变形量达到70％～99％时，对铜包铝复合材料进行中间退 火，退火温度为150～450℃，退火时间为0.5～3h；
③对轧制成形线坯进行多道次拉拔加工，直至最终成品尺寸。工艺参数为：单道次断 面缩减率10％～30％，拉拔速度1～20m/min。
所述的水平连铸直接复合成形铜包铝复合坯料是将纯铜和纯铝熔化后，经过一个复合 结晶器和引锭机构，在连铸出铜管的同时，实现将铝液连续充填入铜管中并凝固，获得铜 铝实现冶金结合的铜包铝连铸坯。工艺参数是：铜液温度为1120～1280℃，铝液温度为 680～860℃，连铸速度为30～120mm/min，铜包铝复合坯料直径为φ20～φ150mm。
在步骤③中，根据材料最终性能或后续加工的需要可施行中间退火，退火温度为 100～400℃，退火时间为0.5～1h。
由本发明制备的铜包铝复合导线横截面为圆形，由芯体铝及包覆层铜复合而成，纯铜 包覆面积比为10％～25％，铜层的厚度均匀分布；复合导线直径(外径)为φ0.05～φ10mm。
本发明提供的铜包铝复合导线及其生产方法的优点是：(1)采用水平连铸直接复合成 形方法制备铜包铝坯料，直接后续轧制或拉拔，省去了固相复合法铜管或铜带以及铝棒的 预成形工序、复杂的清洗和复合加工，因此显著缩短了工艺流程，大大降低了生产成本； (2)由于铜包铝连铸坯是固液复合，铜和铝的界面在复合过程中不与大气接触，可以获得 无氧化和污染的铜铝界面，且界面为冶金结合，因而坯料性能较高，从而保证制备的复合 导线具有优良的界面质量；(3)具有节能环保的特点。

具体实施方式

实施例1：尺寸为φ1.0mm铜包铝复合导线的制备。
①采用水平连铸直接复合成形技术制备铜包铝复合坯料，铜液温度为1210℃，铝液 温度为775℃，连铸速度为60mm/min，铜包铝复合坯料直径为φ30mm，铜层面积比为20％；
②对步骤①中所制备的铜包铝坯料，进行5道次孔型轧制，制备φ12mm线坯。轧 制速度为30m/min；单道次断面缩减率为20～40％，各道次缩减率随总加工程度增大逐渐 减小，其中，线坯直径在φ30～20mm时，需经2道次轧制，其中第一道次为35％，第二道 次为30％；线坯直径在φ20～12mm时，需经3道次轧制，采用平均单道次断面缩减率为 28％。
③对轧后线坯进行退火，退火温度为250℃，退火时间为1h。
④对退火后的线坯进行约22道次拉拔加工，直至直径为φ1.0mm线材。拉拔速度为 3～4m/min，单道次断面缩减率为15～25％，平均单道次断面缩减率为20％，各道次断面缩 减率随总加工程度增大而减小。
⑤在步骤④的加工过程中，当多道次拉拔总变形量达到90％时，对铜包铝复合线 材进行中间退火，退火温度为200℃，退火时间为0.5h。
实施例2：尺寸为φ2.5mm铜包铝复合导线的制备。
①采用水平连铸直接复合成形技术制备铜包铝复合坯料，铜液温度为1220℃，铝液 温度为780℃，连铸速度为70mm/min，铜包铝复合坯料直径为φ40mm，铜层面积比为25％；
②对步骤①中所制备的铜包铝坯料，进行8道次孔型轧制，制备φ12mm线坯。轧 制速度为45m/min；道次断面缩减率为20～40％，各道次缩减率随总加工程度增大逐渐减 小，其中，线坯直径在φ40～30mm时，需经2道次轧制，采用平均单道次断面缩减率为 30％；线坯直径在φ30～20mm时，需经2道次轧制，采用平均单道次断面缩减率为28％； 线坯直径在φ20～12mm时，需经4道次轧制，采用平均单道次断面缩减率为24％。
③对轧后线坯进行退火，退火温度为300℃，退火时间为1.5h。
④对退火后的线坯进行约16道次拉拔加工，直至直径为φ2.5mm线材。拉拔速度为 5m/min，道次断面缩减率为15～20％，平均单道次断面缩减率为18％，各道次断面缩减率 随总加工程度增大而减小。
⑤在步骤④的加工过程中，当多道次拉拔总变形量达到90％时，对铜包铝复合线 材进行中间退火，退火温度为200℃，退火时间为0.5h。