CN103021561A - 铜包铝母线坯料的感应加热制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铜包铝母线坯料的感应加热制备工艺。对铜包铝母线坯料最主要的要求是铜铝界面既要实现冶金结合，又要限制冶金结合层不能太厚，以保证铜包铝母线有良好的力学性能与加工工艺性能。本工艺方法所采用的技术方案为，首先将铜层包覆铝杆或铝杆插入铜管的原材料，通过一道拉拔使铜层与铝杆的表面机械挤靠在一起。然后对其进行高频感应加热。由于高频电流的趋肤效应，仅使铜层或铜层与附近的铝薄层加热到一定温度，增大铜铝界面上原子扩散的能量，促使向对方基体中扩散，形成冶金结合层。本工艺方法与目前常用的固相复合法或固液复合法相比，工艺较为简单、铜铝结合界面的金属化合物层较薄，因而制成的铜包铝母线具有较好的力学性能和加工工艺性能。
Description
技术领域
本发明属于铜包铝母线的制造领域，它涉及一种用感应加热方法制备铜包铝母线坯料的工艺。
背景技术
铜包铝母线是一种以铝为芯体、其外包覆铜层的双金属复合导体材料。它将铜的高导电性、化学稳定性、接触电阻小和铝的密度小、低成本、资源丰富汇集于一体，达到降低成本、“以铝节铜”的目的。目前，国内己有不少高等院校、研究机构及工厂企业研发和生产这种新型导体材料。生产方法繁多、生产工艺各异。但从铜包铝母线坯料的生产工艺来分，主要有两种：一种是固-固复合法。即将铜管包覆铝棒，经多道次拉拔，产生60％以上的截面收缩率使铜铝界面实现冶金结合；另一种固-液复合法。即将熔融的铝液浇入铜管中，在浇注过程中根随铝的液面高度，将铜管逐步浸入水中进行冷却，控制铜、铝原子相互扩散层的宽度，以保证冶金结合层的性能。对铜包铝母线坯料最主要的要求是铜铝界面既要实现冶金结合，又耍限制冶金结合层不能太宽，以保证铜包铝母线有良好的力学性能与加工工艺性能。但以上两种制坯工艺在这方面都存在缺点。对于固-固复合法，无论是铜层包覆铝杆，还是铝杆插入铜管，要使铜铝界面实现冶金结合必须要经过多道次拉拔。由于铜包铝母线的尺寸较大，其坯料直径必须较粗。对于大尺寸坯料要进行多道次拉拔其操作较为困难，且生产率较低。对于固-液复合法，必须准确控制铝液倒入铜管后的冷却时间，否则固态铜原子极易向液态铝原子中扩散，在界面上形成较厚的金属间化合物(CuAl2)层，不仅使铜层减薄，减小了铜层体积比，而且使界面结合强度降低，并使坯料脆化而难以加工。
发明内容
本发明提供了一种采用感应加热制备铜包铝母线坯料的方法。
具体的技术方案为：一种用感应加热方法制备铜包铝母线坯料的工艺，采用铜层包覆铝杆或是铝杆插入铜管通过一道拉拔，使铜层与铝杆的表面机械挤靠在一起。然后对其连续进行高频感应加热和喷水冷却，使铜铝界面实现冶金结合。
本发明中，所用设备的特征是：采用高频感应器对坯料加热。坯料穿过感应器和喷水圈安装在淬火机床的两个顶针之间，使坯料能沿自身轴线转动，同时带动坯料轴向向下移动。当坯料通过感应器时，使铜层或与铜层相邻的铝薄层感应加热到650℃-750℃,随即加热区向下移动被喷水圈中喷出的水冷却，形成较薄的铜铝原子扩散结合层。
本发明中 ，坯料穿过感应器和喷水圈安装在淬火机床的两个顶针之间，使坯料能沿自身轴线转动，同时带动坯料轴向向下移动。
本发明中 ，当坯料通过感应器时，使铜层或与铜层相邻的铝薄层感应加热到700℃左右，随即加热区向下移动被喷水圈中喷出的水冷却，形成较薄的铜铝原子扩散结合层。
操作时：首先将铜层包覆铝杆或铝杆插入铜管的原材料，通过一道拉拔使铜层与铝杆的表面机械挤靠在一起。然后对其进行高频感应加热。由于高频电流的趋肤效应，仅使铜层及其附近的铝加热到一定温度，增大铜铝界面上原子扩散的能量，促使向对方基体中扩散，形成冶金结合层；或者通过感应加热使铜层附近的铝薄层熔化，加速铜铝原子间的相互扩散，促使两者界面冶金结合在一起。
感应加热后，获得铜铝界面己实现冶金结合的铜包铝母线坯料，可通过轧制和拉拔制成规定尺寸的铜包铝母线。
本发明的特点是工艺方法较为简单，所生产的铜包铝母线的铜铝结合层宽度较小，具有较好的力学性能和加工工艺性能。
附图说明
图1是用感应加热法制备铜包铝母线坯料示意图。
具体实施方式
实施例1。
现以试制直径为φ64mm，长度为3m、铜层体积比为15％的铜包铝母线坯料为例，说明用感应加热方法使其界面上铜铝实现冶金结合的工艺。
1.准备原材料：采用铝杆插入铜管的原材料。为了使铜层与铝杆的表面机械挤靠在一起，必须先对其进行截面缩减率为20％左右的拉拔。为此，必须使原材料的截面尺寸增大。根据截面缩减率可以算出原材料铜管的外径为φ72mm。根据铜管壁厚为2.5mm，可算出铝杆外径为φ67mm。铝杆表面采用扒皮法清理，扒皮量为0.25mm，因此，铝杆外径取φ67.5mm。考虑到拉拔时钳口的长度，取坯料长度为3.2m。
2.原材料的清理和拉拔： 先将铜管与铝杆的一端在横锻机上锻出拉拔时用的钳口。铜管内孔用小钢丝轮刷磨刷，磨刷后铜管放在氩气保护箱中，用氩弧吹去附着于管壁上的铜粉；在氩气保护箱的一侧安放扒皮模，将铝杆推入扒皮模，扒皮后直接进入铜管中，并使两者的钳口压套在一起。
将氩气保护箱放在链式拉拔机上，将坯料的钳口放入模孔孔径为φ64mm拉拔模中，立即进行拉拔，获得外径为φ64mm的铜铝复合坯料。
3.将铜铝复合坯料切去钳口，并将另一端切平，在两端头中心车出锥孔。使之穿过感应器及喷水圈，支撑在感应淬火机床的上、下两顶尖之间，如附图1所示。
感应器接入高频电源，通电后使坯料感应加热，控制电源的功率及机床带动坯料移动的速度，使铜层或者铜层与相邻的铝薄层加热到700℃左右(加热区的宽度如图1中坯料画虚线部分所示)。随即加热区向下移动被喷水圈中喷出的水冷却。坯料经过感应加热处理的铜、铝原子扩散结合区薄层图1中粗黑线所示。淬火机床带动坯料不断向下移动的过程中，使坯料各部位都经受感应器加热和冷却过程，从而使整个坯料都达到冶金结合的目的。为了使坯料沿圆周各部位均匀加热，淬火机床还带动坯料沿自身轴线作旋转运动。
4.铜铝己实现冶金结合的铜包铝母线坯料，再经轧制和拉拔制成规定尺寸的铜包铝母线。
本发明是通过实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的指导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种铜包铝母线坯料的感应加热制备工艺，其特征是：采用铜层包覆铝杆或是铝杆插入铜管后通过一道拉拔，使铜层与铝杆的表面机械挤靠在一起;然后对其连续进行高频感应加热和喷水冷却，使铜铝界面实现冶金结合。
2.根据权利要求1所述的铜包铝母线坯料的感应加热制备工艺，其特征在于：采用高频感应器对坯料加热;坯料穿过感应器和喷水圈安装在淬火机床的两个顶针之间，使坯料能沿自身轴线转动，同时带动坯料轴向向下移动;当坯料通过感应器时，使铜层或与铜层相邻的铝薄层感应加热到650℃-750℃，随即加热区向下移动被喷水圈中喷出的水冷却，形成较薄的铜铝原子扩散结合层。
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