纤维增强铜基复合材料接触线的增强芯制造技术

本发明专利技术实施例提供了一种纤维增强铜基复合材料接触线的增强芯，由铜合金丝和碳纤维束组成，增强芯的轴向包括多个重复的特征循环段，每个特征循环段的径向截面包括由碳纤维束与铜合金丝排列而成的子结构。在每个所述子结构内，一个或者多个碳纤维束和一个或者多个铜合金丝交错编织排列。由于碳纤维具有抗拉强度大，模量高等特点，故增强芯具有较大的抗拉强度，碳纤维与铜及添加的合金元素之间不存在电位差，可提升接触线整体的耐腐蚀性，故增强芯具有较强的耐电化学腐蚀性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及接触线
，尤其涉及一种纤维增强铜基复合材料接触线的增强芯。
技术介绍
接触线是电气化铁路弓网系统的关键组成部分，要求具有足够的抗拉强度来承受其悬挂张力，以保证电气化铁路机车获得良好的取流；同时要求具有优异的导电性能，以保证电气化线路较低的电能损耗。如今，国内电气化铁路建设进入了一个高速发展时期，时速为250公里、350公里的高速铁路建设和运营的技术已经成熟，与此同时国内外掀起了时速超过400公里的超高速铁路的开发和研究热潮，这对电气化铁路接触网提出了更高的要求，要求接触线具备极高的抗拉强度来承受更高的悬挂张力，从而提高接触线波动传播速度和降低机车高速运行时产生的离线火花。铜合金是高速铁路接触线应用最广泛的材料。但长期以来，在铜合金接触线的研究和制备中存在高强度和高导电性之间的矛盾。添加合金元素是提高铜合金接触线抗拉强度的传统解决方法，然而添加溶质原子会导致晶格畸变，进而造成其导电性能的降低。目前，现有的高强铜合金接触线都以牺牲导电性和塑性为前提。为了解决铜合金接触线存在高强度和高导电性之间的矛盾，国内外尝试采用复合结构接触线，我国尝试使用了 CGLN-250铝包钢电车线，日本也尝试了许多种，诸如TA铝包钢、CS铜包钢、CSD铜包钢的接触线。但铝、钢、铜三者电极电位不同，易发生电化学腐蚀，故整体存在耐腐蚀性差、金属增强芯易与基体材料剥离等诸多问题。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种纤维增强铜基复合材料接触线的增强芯，以提供一种结构和性能都满足铁标要求的纤维增强铜基复合材料接触线。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。—种纤维增强铜基复合材料接触线的增强芯，所述增强芯由铜合金丝和碳纤维束组成，所述增强芯的轴向包括多个重复的特征循环段，每个特征循环段的径向截面包括由碳纤维束与铜合金丝排列而成的子结构。进一步地，在每个所述子结构内，一个或者多个碳纤维束和一个或者多个铜合金丝交错编织排列。进一步地，在每个特征循环段的径向截面中包括多个所述子结构，多个所述子结构环绕所述增强芯的中心对称排列。进一步地，每个子结构中的碳纤维束和铜合金丝环绕所述子结构的中心旋转。进一步地，在每个所述子结构内，一个或者多个碳纤维束和一个或者多个铜合金丝复合构成。进一步地，所述子结构包括三角形子结构、成对子结构和圆环子结构。进一步地，所述增强芯的表面经过覆铜处理和表面圆整处理。进一步地，所述增强芯和包覆所述增强芯的被铜合金基体中包括的合金元素的类别相同，并且所述增强芯中添加的合金元素的质量百分比不高于设定阈值。进一步地，所述增强芯中的碳纤维束为抗拉强度在3.0GPa以上的碳纤维。所述铜合金丝中的合金元素包括铜银或铜锡或铜镁合金。由上述本专利技术的实施例提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供的纤维增强铜基复合材料接触线以高导电性的铜合金为基体，以铜丝和碳纤维束的编织芯或铜与碳纤维束的复合芯为增强芯，基体通过挤压工艺均匀地包覆在增强芯表面，得到结构和性能满足铁标要求的纤维增强铜基复合材料接触线。复合材料接触线在保证优良导电性的同时，可以增加线路最大悬挂张力、降低接触线的重量、提升列车最高运行速度和提高接触线整体安全系数。本专利技术实施例的纤维增强铜基复合材料接触线的增强芯以铜丝和碳纤维束的编织构成或铜与碳纤维束复合构成，具有如下的有益效果:1，碳纤维具有抗拉强度大，模量高等特点，故增强芯具有较大的抗拉强度；2，本专利技术实施例提供的增强芯中的碳纤维的质量约为相同体积铜的四分之一，可以降低接触线的重量；碳纤维与铜及添加的合金元素之间不存在电位差，可提升接触线整体的耐腐蚀性，故增强芯具有较强的耐电化学腐蚀性能；3、本专利技术采用的特殊编织结构和处理工艺，能够增强接触线挤压成形过程中增强芯与包覆铜合金之间的结合性；4，本专利技术采用的特殊编织结构使增强芯具有一定的伸缩性，可提升整体的安全系数。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种纤维增强铜基复合材料接触线的增强芯的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种增强芯通过碳纤维束和铜合金丝交错编织构成的不意图；图3为本专利技术实施例提供的另一种增强芯通过碳纤维束和铜合金丝交错编织构成的示意图；图4为本专利技术实施例提供的另一种增强芯通过碳纤维束和铜合金丝交错编织构成的示意图；附图标记说明:1.增强芯2.铜合金基体3.碳纤维束4.铜合金丝5.三角形子结构6.成对子结构7.圆环子结构。【具体实施方式】下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本专利技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。为便于对本专利技术实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本专利技术实施例的限定。我国高速铁路正线普遍采用150mm2截面的铜质接触线，每线每万公里耗电解铜约1.3万吨。若采用120mm2截面的接触线，每吨电解铜铺设长度可达原铺设长度的125%，但需要解决接触线的高强度和导电性问题。本专利技术实施例的纤维增强铜基复合材料接触线的增强芯的结构示意图如图1所示，图1中的增强芯1被铜合金基体2均匀包覆后，得到一种高强高导的新型复合材料接触线，高导电性的铜合金基体2通过连续复合挤压工艺均匀地包覆在由铜丝和碳纤维束编织的增强芯1上。上述增强芯1由碳纤维束3与铜合金丝4组成，在实际应用中，可以如图2所示，增强芯通过碳纤维束和铜合金丝交错编织构成。在实际应用中，增强芯还可以通过碳纤维束与铜合金复合构成。增强芯和包覆增强芯的铜合金基体中包括的合金元素的类别相同，并且所述铜合金基体和所述增强芯中添加的合金元素的质量百当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纤维增强铜基复合材料接触线的增强芯，其特征在于，所述增强芯由铜合金丝和碳纤维束组成，所述增强芯的轴向包括多个重复的特征循环段，每个特征循环段的径向截面包括由碳纤维束与铜合金丝排列而成的子结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姜家杰，韩建民，杨智勇，李逢源，张进东，周洋，谭谆礼，
申请(专利权)人：烟台金晖铜业有限公司，北京交通大学，
类型：发明
国别省市：山东;37