一种铜锌铝三层复合导电线排的制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种铜锌铝三层复合导电线排的制备工艺，包括以下步骤：步骤1)清洁铜管；步骤2)对铜管镀锌；步骤3)插入铝管后采用三辊行星轧机轧制，得到铜锌铝三层复合管坯；步骤4)插入铝棒并用拉管机将铜锌铝三层复合管坯和铝棒拉拔至两者贴合，得到复合粗坯；步骤5)将复合粗坯通过感应线圈在线加热，然后直接通过两向轧机轧制成长方形的铜锌铝三层复合导电线排。本发明专利技术制备的复合导电线排，表面质量好，三种金属之间无脆性相生成，结合面强度高，轧制后无分层现象，所用的生产设备简单、灵活性大、成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及复合材料制备领域，具体涉及一种铜锌铝三层复合导电线排的制备工艺。
技术介绍
导电铜排是一种大电流导电产品，适用于高低压电器、开关触头、配电设备、母线槽等电器工程，也广泛用于金属冶炼、电化电镀、化工烧碱等超大电流电解冶炼工程，导电铜排具有电阻率低、可折弯度大等优点，截面为矩形或倒角(圆角)矩形的长导体，在电路中起输送电流和连接电气设备的作用。在电力传输中，导电铜排是将电气装置中各载流分支回路连接在一起的导体，也是汇集和分配电力的载体。导电铜排在运行中，有巨大的电能通过，导体材料须能承受很大的发热和电力效应，因此，应选用合理的导电铜排材料和截面形状以符合使用条件的各项要求。目前导电铜排导体基本上采用铜扁排，而我国铜资源缺乏，因此，采用复合材料制备扁排导体，减少铜资源的消耗量，有广阔的前景和开发空间。在导电铜排的断面尺寸没有严格限制的条件下，采用铜包铝导体扁排代替铜扁排，在节省铜资源和成本的同时，可较明显的降低线路损耗及工作温度，提高导电排的稳定性。目前铜包铝导电排的生产工艺主要有以下方法：(1)轧制复合法：将铜、铝在一定的压力、温度作用下通过轧辊变形结合成一体。按照是否对坯料进行加热分为冷轧复合和热轧复合，该方法具有成本低、效率高、设备少等优点，缺点是对轧机的要求较高，而且难以四面包覆，即使70％以上的压下率，铜铝两种金属仍然很难结合。(2)挤压复合法：对放在挤压筒内的铜包铝坯料施加外力，使之从模孔
流出，获得所需断面形状和尺寸的一种塑性成形方法。其中静液挤压法由于具有金属流动均匀、产品质量好、模具磨损小等优点，在铜包铝棒坯的复合成形中得到了广泛的应用。其主要缺点是生产效率低，成本高，不适合复杂断面形状材料的包覆，由于铜铝力学性能的较大差异，易导致波浪、竹节、芯材与包覆层容易破断等缺陷，同时，铜铝结合面很难实现冶金结合。(3)套管拉拔法：该方法先将铜管和铝芯套装为复合坯料，再通过轧制和拉拔将铜铝两种金属固相结合。此方法的主要问题在于产品质量难于控制，铜管和铝芯在装配时为间隙配合，而间隙在后续的的加工中难以完全消除，所以容易在使用过程中产生间隙放电腐蚀，影响产品性能，同时，由于在塑形加工前铜管和铝棒之间形成的界面结合较差，两种金属间产生相对滑动，导致扁排包覆层厚度均匀性较差。(4)充芯连铸法：充芯连铸铜包铝工艺，外部铜层由熔铜坩埚加热和保温，并注入由结晶器和导流管构成的铸型中，凝固成外层金属管；芯部金属铝在熔铝坩埚中加热和保温，通过导流管同步浇注到外层铜管中，在一定的冷却条件和拉速下，实现铜与铝的冶金结合。充芯连铸铜包铝棒坯的优点是冷却一致，界面层厚比较均匀，但是该方法要实现连续生产，需要复杂的卷曲机构、设备复杂不便于操作和维护，实现自动化生产较为困难。尤其是铜和铝通过该方法结合时铝为液相，由于铝液温度较高，超过了铜铝二元合金的共晶温度(549℃)，容易生成金属间化合物θ相(以CuAl2为基体的固溶体)，该相强度、硬度高，塑性差，使得界面易发生脆化，同时，由于冷却速度快，在铜包铝扁排的界面处还容易出现多种金属间化合物的脆性相，造成轧制时铜铝分层，结合强度降低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种铜锌铝三层复合导电线排的制备工艺，本专利技术制备的复合导电线排，表面质量好，三种金属之间无脆性相生成，结合面强度高，轧制后无分层现象，所用的生产设备简单、灵活性大、成本低。为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实
现：一种铜锌铝三层复合导电线排的制备工艺，包括以下步骤：步骤1)将经过退火处理后的铜管进行清洁处理，去除内、外管表面的油污和氧化物直至露出光亮的金属基体；步骤2)将清洁处理好的铜管放入盛有液态锌的槽中，进行内外表面热镀锌，得到镀锌铜管；步骤3)将经过内、外管表面清洁处理的铝管插入镀锌铜管中，采用三辊行星轧机对套在一起的镀锌铜管和铝管进行轧制加工，经行星轧机轧制后，使镀锌铜管和铝管复合到一起，得到铜锌铝三层复合管坯；步骤4)将表面清洁处理过的铝棒插入铜锌铝三层复合管坯中，用拉管机将铜锌铝三层复合管坯和铝棒拉拔至两者贴合，并排出铜锌铝三层复合管坯和铝棒之间的空气，得到复合粗坯；步骤5)将复合粗坯通过感应线圈在线加热，然后直接通过两向轧机轧制成长方形的铜锌铝三层复合导电线排。进一步的，所述步骤1)中铜管的直径为40mm-120mm，壁厚为6mm-20mm。进一步的，所述步骤2)中热镀锌温度为450-550℃，镀锌层厚度为20-200μm。进一步的，所述步骤3)中铝管的直径为25mm-90mm，壁厚为3mm-6mm，所述镀锌铜管与铝管的间隙为0.5mm-1.5mm，并且所述铝管内径大于行星轧机芯棒外径0.8mm-2mm。进一步的，所述步骤5)中感应线圈的加热温度为300-550℃。进一步的，所述两向轧机包括沿X轴方向上的两个横向轧辊以及沿Y轴方向上的两个纵向轧辊，两个所述横向轧辊与两个所述纵向轧辊配合形成长方形轧孔。本专利技术的有益效果是:本专利技术在铜管内表面热镀了一层很薄的锌，在进行三辊行星轧制复合时，即使温度超过了800℃，铜和铝也不会生成共晶脆性相，因为外层铜和锌可以可生成α固溶体(如图1所示)，α固溶体有良好的塑性，不会降低铜锌复合界面的结合强度，进行后续加工时也不会出现界面分层的情况；同理，锌和
内层铝在轧制产生高温时也可以生成α1固溶体(如图2所示)，α1固溶体同样具有良好的塑性，不会降低铝、锌复合界面的结合强度，进行后续加工时也不会出现界面分层的情况。因此，通过在铜管内壁热镀锌，有效地避免了铜管和铝管的直接复合时在高温下产生脆性相的不足，提高了结合面的强度，避免了后续加工中的分层现象。由于先得到铜锌铝三层复合管坯，再将表面处理过的铝棒插入铜锌铝三层复合管坯，并用拉管机将三层复合管坯和铝棒拉拔至两者贴合，在轧制成扁排时，内层铝管和铝棒是同种材质，在一定的温度和压下量的作用下，铝管和铝棒很容易复合在一起，不会出现分层现象。管坯规格和材质适应范围广，外径规格可从40mm到120mm，单根管坯长度可达3m以上，轧制后长度可达8m以上，完全符合导电线排的长度规定，同时，材质适应范围广，外层可采用纯铜或铜合金材料，内层可以采用纯铝或铝合金材料；采用三辊行星和两向轧机轧制，轧制时压下量大，延伸率高，可使坯料内部原有的内部的疏松等缺陷压合，成品内部组织致密度显著提高，晶粒组织明显细化，轧件尺寸精度高。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本专利技术的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术的铜锌二元合金相图；图2是本专利技术的铝锌二元合金相图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜锌铝三层复合导电线排的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)将经过退火处理后的铜管进行清洁处理，去除内、外管表面的油污和氧化物直至露出光亮的金属基体；步骤2)将清洁处理好的铜管放入盛有液态锌的槽中，进行内外表面热镀锌，得到镀锌铜管；步骤3)将经过内、外管表面清洁处理的铝管插入镀锌铜管中，采用三辊行星轧机对套在一起的镀锌铜管和铝管进行轧制加工，经行星轧机轧制后，使镀锌铜管和铝管复合到一起，得到铜锌铝三层复合管坯；步骤4)将表面清洁处理过的铝棒插入铜锌铝三层复合管坯中，用拉管机将铜锌铝三层复合管坯和铝棒拉拔至两者贴合，并排出铜锌铝三层复合管坯和铝棒之间的空气，得到复合粗坯；步骤5)将复合粗坯通过感应线圈在线加热，然后直接通过两向轧机轧制成长方形的铜锌铝三层复合导电线排。

【技术特征摘要】
1.一种铜锌铝三层复合导电线排的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)将经过退火处理后的铜管进行清洁处理，去除内、外管表面的油污和氧化物直至露出光亮的金属基体；步骤2)将清洁处理好的铜管放入盛有液态锌的槽中，进行内外表面热镀锌，得到镀锌铜管；步骤3)将经过内、外管表面清洁处理的铝管插入镀锌铜管中，采用三辊行星轧机对套在一起的镀锌铜管和铝管进行轧制加工，经行星轧机轧制后，使镀锌铜管和铝管复合到一起，得到铜锌铝三层复合管坯；步骤4)将表面清洁处理过的铝棒插入铜锌铝三层复合管坯中，用拉管机将铜锌铝三层复合管坯和铝棒拉拔至两者贴合，并排出铜锌铝三层复合管坯和铝棒之间的空气，得到复合粗坯；步骤5)将复合粗坯通过感应线圈在线加热，然后直接通过两向轧机轧制成长方形的铜锌铝三层复合导电线排。2.根据权利要求1所述的一种铜锌铝三层复合导电线排的制备工艺，其特征在于：所述步骤1)中铜管的直...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁贺，穆开洪，
申请(专利权)人：苏州创浩新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32