CN116815007A - 一种高压熔断器用多条银铜侧向复合带材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压熔断器用多条银铜侧向复合带材及其制备方法，包括：通过微合金化调控纯铜及纯银复合组元的性能，提高纯铜的抗氧化性能和使银、铜两组元的变形性能更加接近，将微合金化铜及纯银采用连铸、真空熔铸及轧制加工制备成铜排和银条，然后将铜排开槽与银合金条在复合界面涂覆有机助剂制备复合坯料，经过两辊轧机初轧后使结合界面紧密接触，然后进行保护气氛烧结使复合界面形成界面层，烧结后的复合坯料经过中轧、扩散退火、轧制、成品前热处理、精轧等制备多条银铜侧向复合带材；铜排沿长度方向开凹槽。本发明采用有机助复剂处理银铜复合界面，解决了复合界面易氧化问题，银铜复合界面结合牢靠，同时对设备要求低，可适用批量生产。

Description

一种高压熔断器用多条银铜侧向复合带材及其制备方法

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种高压熔断器用多条银铜侧向复合带材及其制备方法。

背景技术

熔断器是以金属导体作为熔体对电路起保护作用的电器。其串联于电路中，当过载或短路电流通过熔体时，熔体自身将发热而熔断，从而对电力系统、各种电气设备以及家用电器起到保护作用。

纯银带材是目前应用较为广泛的高熔点的熔体材料，银熔体具有良好的开断强短路电流的能力，而且Ag化学性质稳定，抗氧化、耐腐蚀性能优越，在使用过程中电阻值不容易发生变化且熔点稳定，有利于保证电路的稳定性和安全性，是大电流、高可靠性熔断器的关键材料。但在长期的使用过程中，特别是高低压配电系统、新能源汽车行业用熔断器使用中逐步暴露出一些不足之处，一方面纯银价格较贵，使电气产品成本居高不下；另一方面纯银材料本身灭弧能力较弱，需要依赖填充灭弧介质，若灭弧介质失效或异常，存在火灾甚至爆炸的安全隐患；同时纯银作为熔体材料熔点较高，电流过载时温升大熔断慢。与此同时，快速熔断器的原材料银带消耗量也巨增，价格在这两年已翻了两翻。这无疑给生产厂家带来了较大的压力，于是厂家把目光放在了寻求价格低廉且不影响使用特性的新材料上。因此开发一种具有良好导电性、灭弧能力强、成本较低、熔点适宜且具有良好加工性能的熔体材料，成为了熔断器制造中急需解决的工程问题。

为解决目前熔体材料使用过程中暴露出的问题，熔断器厂家提出了多种方法如采用铜合金、银铜合金代替纯银带材，也有利用“冶金效应”在熔体上面设计低熔点材料如SnPb的焊点，当过载时，低熔点材料熔化与银发生冶金反应，生产熔点较低的共晶合金，使纯银熔体更快速熔断，保护电路迅速断开。这些方法虽然解决了部分问题，但可靠性不高的问题仍然没有得到解决。

发明内容

本发明旨在克服上述不足，提供一种高压熔断器用多条银铜侧向复合带材及其制备方法，该银铜侧向复合带材复合界面结合牢靠，银条宽度及银条、铜条相对位置精度高，轧制过程均为冷轧，产品批次稳定性高，制备工艺设备简单，解决了银铜侧向复合界面结合不可靠、银条宽度及银条与铜条相对位置精度难以控制的问题，制备出的多条银铜侧向复合带材，复合界面结合可靠，尺寸精度高，可广泛应用于新能源汽车及配电系统的高压快速熔断器的熔体材料。

根据第一方面，本发明提供一种高压熔断器用多条银铜侧向复合带材，该复合带材通过以下方法制备得到：

1.按如下质量百分比配料并采用连铸工艺连铸熔炼铸造铜排

(1)配料

Ag:0.05％～0.1％,Ce:0.01％～0.05％，余量为Cu；

(2)铸造铜排

Ce以CuCe20中间合金形式加入，采用矩形高纯石墨结晶器连铸，铜排宽度A为50～250mm,厚度H为15～40mm；然后采用机加工方法在铜排长度方向上按产品产品银条宽度及间隔要求加工出5～10条的凹槽，凹槽的宽度a为2.5～4.5mm,深度h为铜排厚度H的85％～90％；

2.按如下质量百分比配料采用真空感应炉熔铸银合金锭

(1)配料

Cu：0.1％～0.3％,Ce：0.01％～0.05％,Sn:0.05％～0.1％,La:0.01％～0.05％,P:0.001％～0.01％，余量为Ag；

(2)熔铸银合金锭

Cu、Ce、La以CuCeLa混合稀土中间合金形式加入，P以CuP中间合金的形式加入，采用真空感应炉熔炼铸锭，经热挤压、轧制、中间热处理、精轧为银条，银条厚度H1为铜排凹槽的宽度a-0.03～0.1mm，银条的宽度为铜排凹槽的深度h+0.05～0.2mm；

3.将丙二酸、苹果酸、柠檬酸、酒石酸、硬脂酸等其中两种或以上的有机酸加入乙二醇、乙二醇甲醚、乙二醇丁醚、丙二醇、丁基卡必醇等两种或两种以上的有机混合溶剂中加热溶解，溶解温度50℃～70℃，溶解完全后加入二乙醇胺、三乙醇胺、蓖麻油、司班85、吐温60等一种及以上添加剂，搅拌均匀后冷却成膏状，将膏状助剂涂覆在在铜排凹槽表面及银条表面，将涂覆有机助剂后的银条镶入铜排凹槽内组装成银铜复合坯料；

4.将复合坯料采用两辊轧机初轧，总变形量在5～10％；

5.将初轧后的复合坯料采用管式炉保护气氛烧结，烧结温度为600℃～800℃，保温时间为1～3h,保护气氛为氮气、氩气和氢气中的一种；

6.将烧结后的复合坯料采用精密四棍轧机中轧，道次变形量为5％～10％，总变形量为40％～70％；

7.将中轧后的复合坯料采用管式炉保护气氛扩散退火，扩散退火温度范围为400℃～700℃，保温时间为0.5～4h，保护气氛为氮气、氩气和氢气中的一种,重复上述步骤6和7，经过3～5次退火、轧制后，轧制到厚度为3.0^±0.1mm；

8.中间表面处理及轧制：将扩散退火后的复合板材进行表面处理，采用带材打磨机进行表面处理，打磨后使底部银条露出且银条宽度与正面一致，随后使用点焊机焊接引带采用四棍紧密轧机带张力轧制，道次变形量10～20％，两次退火间的总变形量控制在40％～70％之间，张力控制在1.5KN～4KN之间，轧制速度控制在5m/min～20m/min之间；

9.成品前退火、分剪：根据成品尺寸及抗拉强度、硬度要求采用立式真空退火炉进行成品前热处理，成品前退火采用真空井式炉，扩散退火温度范围为400℃～500℃，保温时间为0.5～2h，真空度小于10^-1Pa；成品前分剪采用精密带材分剪机对带材边部进行分剪，保证带材总体宽度、两侧铜条宽度复合成品要求，带材分剪张力控制在0.5KN～1.5KN之间，轧制速度控制在3m/min～10m/min之间；

10.成品精轧：采用精密六棍轧机带张力轧制，道次变形量5～10％，总变形量控制在40％～60％之间，张力控制在0.5KN～1.5KN之间，轧制速度控制在3m/min～10m/min之间，成品精轧后剪除头尾经清洗、检验后包装得到多条银铜复合带材产品。

本发明的有益效果：

本发明采用微合金化技术对银铜复合基材进行性能调控，在复合界面涂覆有机助复剂有效清除表面氧化膜，采用包覆式复合坯料制备技术+保护气氛烧结联合技术，使银铜复合界面实现物理机械咬合钉扎与化学元素扩散连接的两种机制共存和相互促进的界面结合，复合界面结合牢固可靠，同时采用包覆结构复合锭坯结构，成品精轧以前避免了银条与轧辊的直接接触，银条在轧制过程中为三向受压状态，受力状态均匀，使多条银条之间受力状态基本一致，保证了均匀变形，从而提高了银条宽度及银、铜条相对位置精度，解决了银铜侧向复合界面结合不可靠、银条宽度及银条与铜条相对位置精度难以控制的问题，制备出的多条银铜侧向复合带材，复合界面结合可靠，尺寸精度高，可广泛应用于新能源汽车及配电系统的高压快速熔断器的熔体材料。

附图说明

说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的实施例1制备的5条银铜侧向复合带材实物图；

图2为本发明的方法制备的8条银铜侧向复合带材实物图。

具体实施方式

实施例1

本发明提供了一种高压熔断器用多条银铜侧向复合带材的制备方法，包括以下步骤：

1、按如下质量百分比配料采用连铸工艺连铸熔炼铸造铜排：Ag:0.08％～0.1％,Ce:0.01％～0.05％，余量为Cu；Ce以CuCe20中间合金形式加入，采用矩形高纯石墨结晶器连铸，铜排宽度A为80^±0.5mm,厚度H为15^±0.1mm；然后采用机加工方法在铜排长度方向上按产品产品银条宽度及间隔要求加工出5条的凹槽，凹槽的宽度a为2.5^±0.05mm,深度h为12^{± 0.1}mm；

2、按如下质量百分比配料采用真空感应炉熔铸银合金锭：Cu：0.1％～0.3％,Ce：0.01％～0.05％,Sn:0.05％～0.1％,La:0.01％～0.05％,P:0.001％～0.01％，余量为Ag；Cu、Ce、La以CuCeLa混合稀土中间合金形式加入，P以CuP10中间合金的形式加入，采用真空感应炉熔炼铸锭，经热挤压、轧制、中间热处理、精轧为银条，银条厚度H1为2.45^±0.05mm，银条的宽度为12.1^±0.1mm；

3、将丙二酸、苹果酸、柠檬酸、酒石酸、硬脂酸等其中两种或以上的有机酸加入乙二醇、乙二醇甲醚、乙二醇丁醚、丙二醇、丁基卡必醇等两种或两种以上的有机混合溶剂中加热溶解，溶解温度50℃，溶解完全后加入二乙醇胺、三乙醇胺、蓖麻油、司班85、吐温60 等两种或两种以上添加剂，搅拌均匀后冷却成膏状，将膏状助复剂涂覆在铜排凹槽表面及银条表面，将涂覆有机助复剂后的银条镶入铜排凹槽内组装成银铜复合坯料；

4、将复合坯料采用两辊轧机初轧，总变形量在5～10％，轧制后复合坯料厚度为14^±0.1mm；

5、将初轧后的复合坯料采用管式炉保护气氛烧结，烧结温度为600℃，保温时间为3h,保护气氛为氢气；

6、将烧结后的复合坯料采用精密四棍轧机中轧，道次变形量为5％～10％，总变形量为40％；

7、将中轧后的复合坯料采用管式炉保护气氛扩散退火，扩散退火温度为400℃，保温时间为4h，保护气氛为氢气；重复上述步骤6和7，经过3次退火、轧制后，轧制到厚度为3.0^±0.1mm；

8、中间表面处理及轧制：将扩散退火后的复合板材进行表面处理，采用带材打磨机进行表面处理，打磨后使底部银条露出且银条宽度与正面一致，随后使用点焊机焊接引带并采用四棍紧密轧机带张力轧制，道次变形量10％，两次退火间的总变形量控制在50％，张力控制在1.5KN～2.0KN之间，轧制速度控制在5m/min，经过3次退火、轧制后，轧制到厚度为0.2mm；

9、成品前退火、分剪：根据成品尺寸及抗拉强度、硬度要求采用立式真空退火炉进行成品前热处理，成品前退火采用真空井式炉，退火温度为400℃，保温时间为0.5，真空度小于10^-1Pa；成品前分剪采用精密带材分剪机对带材边部进行分剪，保证带材总体宽度、两侧铜条宽度复合成品要求，带材分剪张力控制在0.5KN～1.5KN之间，轧制速度控制在3m/min～10m/min之间；

10、成品精轧：采用精密六棍轧机带张力轧制，道次变形量5～10％，总变形量控制在40％左右，张力控制在0.5KN～0.7KN之间，轧制速度控制在3m/min～4m/min之间，轧制后成品厚度为0.11^±0.01mm,成品精轧后剪除头尾经清洗、检验后包装得到5条银铜复合带材产品(如图1所示)。

实施例2

本发明提供了一种高压熔断器用多条银铜侧向复合带材的制备方法，包括以下步骤：

1、按如下质量百分比配料采用连铸工艺连铸熔炼铸造铜排：Ag:0.08％～0.1％,Ce:0.01％～0.05％，余量为Cu；Ce以CuCe20中间合金形式加入，采用矩形高纯石墨结晶器连铸，铜排宽度A为200^±1.0mm,厚度H为40^±0.1mm；然后采用机加工方法在铜排长度方向上按产品产品银条宽度及间隔要求加工出5条的凹槽，凹槽的宽度a为4.5^±0.05mm,深度h为36^{± 0.1}mm；

2、按如下质量百分比配料采用真空感应炉熔铸银合金锭：Cu：0.1％～0.3％,Ce：0.01％～0.05％,Sn:0.05％～0.1％,La:0.01％～0.05％,P:0.001％～0.01％，余量为Ag；Cu、Ce、La以CuCeLa混合稀土中间合金形式加入，P以CuP10中间合金的形式加入，采用真空感应炉熔炼铸锭，经热挤压、轧制、中间热处理、精轧为银条，银条厚度H1为4.45^±0.05mm，银条的宽度为36.2^±0.1mm；

3、将丙二酸、苹果酸、柠檬酸、酒石酸、硬脂酸等其中两种或以上的有机酸加入乙二醇、乙二醇甲醚、乙二醇丁醚、丙二醇、丁基卡必醇等两种或两种以上的有机混合溶剂中加热溶解，溶解温度70℃，溶解完全后加入二乙醇胺、三乙醇胺、蓖麻油、司班85、吐温60 等两种或两种以上添加剂，搅拌均匀后冷却成膏状，将膏状助复剂涂覆在铜排凹槽表面及银条表面，将涂覆有机助复剂后的银条镶入铜排凹槽内组装成银铜复合坯料；

4、将复合坯料采用两辊轧机初轧，总变形量在5～10％，轧制后复合坯料厚度为38^±0.2mm；

5、将初轧后的复合坯料采用管式炉保护气氛烧结，烧结温度为770℃，保温时间为0.5h,保护气氛为氩气；

6、将烧结后的复合坯料采用精密四棍轧机中轧，道次变形量为5％～10％，总变形量为60％；

7、将中轧后的复合坯料采用管式炉保护气氛扩散退火，扩散退火温度为600℃，保温时间为4h，保护气氛为氩气；重复上述步骤6和7，经过次退火、轧制后，轧制到厚度为3.0^±0.1mm；

8、中间表面处理及轧制：将扩散退火后的复合板材进行表面处理，采用带材打磨机进行表面处理，打磨后使底部银条露出且银条宽度与正面一致，随后使用点焊机焊接引带并采用四棍紧密轧机带张力轧制，道次变形量10％，两次退火间的总变形量控制在50％，张力控制在1.5KN～2.0KN之间，轧制速度控制在10m/min，经过3次退火、轧制后，轧制到厚度为0.2mm；

9、成品前退火、分剪：根据成品尺寸及抗拉强度、硬度要求采用立式真空退火炉进行成品前热处理，成品前退火采用真空井式炉，退火温度为500℃，保温时间为1h，真空度小于10^-1Pa；成品前分剪采用精密带材分剪机对带材边部进行分剪，保证带材总体宽度、两侧铜条宽度复合成品要求，带材分剪张力控制在0.5KN～1.0KN之间，轧制速度控制在8m/min～10m/min之间；

10、成品精轧：采用精密六棍轧机带张力轧制，道次变形量5～10％，总变形量控制在70％左右，张力控制在0.5KN～0.7KN之间，轧制速度控制在8m/min～10m/min之间，轧制后成品厚度为0.05^±0.005mm,成品精轧后剪除头尾经清洗、检验后包装得到10条银铜复合带材产品。

Claims (10)

1.一种高压熔断器用多条银铜侧向复合带材，其特征在于，该复合带材通过以下方法制备得到：

将微合金化铜排采用机加工方法开槽与高强高导银合金条在复合界面涂覆有机助剂制备复合坯料，经过两辊轧机初轧后时复合界面紧密接触，然后采用管式炉进行保护气氛烧结使复合界面形成界面层，烧结后的复合坯料经过中轧、扩散退火、轧制、成品前热处理、精轧工序制备得到所述多条银铜侧向复合带材；

所述微合金化铜排的成分及wt.％含量包括：0.05％～0.1％Ag,0.01％～0.05％Ce,余量为Cu；所述微合金化铜排采用连铸方法制备，铜排宽度为50～250mm、厚度为15～50mm；

所述高强高导银条的成分及wt.％含量包括：0.1％～0.3％Cu,0.01％～0.05％Ce,0.01％～0.05％Sn,0.01％～0.05％La,0.001％～0.01％P,余量为Ag；所述高强高导银条采用真空中频感应炉熔炼铸锭，经热挤压、轧制制得所需银条，银条厚度H1为铜排凹槽的宽度a-0.03～0.05mm，银条的宽度为铜排凹槽的深度h+0.05～0.2mm；所述铜排沿长度方向开凹槽，凹槽为5～10条，凹槽的宽度a为2.5～4.5mm，凹槽的深度h为铜排厚度H的85～90％。

2.根据权利要求1所述的高压熔断器用多条银铜侧向复合带材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，按如下质量百分比配料并采用连铸工艺连铸熔炼铸造铜排：

配料：Ag的wt.％:0.05％～0.1％,Ce的wt.％:0.01％～0.05％，余量为Cu；

铸造铜排：Ce以CuCe20中间合金形式加入，采用矩形高纯石墨结晶器连铸，铜排宽度A为50～250mm,厚度H为15～40mm；然后采用机加工方法在铜排长度方向上按产品产品银条宽度及间隔要求加工出5～10条的凹槽，凹槽的宽度a为2.5～4.5mm,深度h为铜排厚度H的85％～90％；

步骤2，按如下质量百分比配料采用真空感应炉熔铸银合金锭：

配料：Cu的wt.％：0.1％～0.3％,Ce的wt.％：0.01％～0.05％,Sn的wt.％:0.05％～0.1％,La的wt.％:0.01％～0.05％,P的wt.％:0.001％～0.01％，余量为Ag；

熔铸银合金锭：Cu、Ce、La以CuCeLa混合稀土中间合金形式加入，P以CuP中间合金的形式加入，采用真空感应炉熔炼铸锭，经热挤压、轧制、中间热处理、精轧为银条，银条厚度H1为铜排凹槽的宽度a-0.03～0.1mm，银条的宽度为铜排凹槽的深度h+0.05～0.2mm；

步骤3，将丙二酸、苹果酸、柠檬酸、酒石酸和硬脂酸中的两种或以上加入乙二醇、乙二醇甲醚、乙二醇丁醚、丙二醇和丁基卡必醇中的两种或两种以上进行混合并加热溶解，溶解完全后加入二乙醇胺、三乙醇胺、蓖麻油、司班85和吐温60中的一种或多种添加剂，搅拌均匀后冷却成膏状，将膏状助剂涂覆在在铜排凹槽表面及银条表面，将涂覆有机助剂后的银条镶入铜排凹槽内组装成银铜复合坯料；

步骤4，将复合坯料采用两辊轧机初轧，总变形量在5～10％；

步骤5，将初轧后的复合坯料采用管式炉保护气氛烧结并保温；

步骤6，将烧结后的复合坯料采用精密四棍轧机中轧，道次变形量为5％～10％，总变形量为40％～70％；

步骤7，将中轧后的复合坯料采用管式炉保护气氛扩散退火并保温,重复上述步骤6和7，经过3～5次退火、轧制后，轧制到厚度为2.9mm～3.1mm；

步骤8，中间表面处理及轧制：将扩散退火后的复合板材进行表面处理，随后焊接引带并采用四棍紧密轧机带张力轧制，道次变形量10～20％，两次退火间的总变形量控制在40％～70％之间；

步骤9，成品前退火、分剪；

步骤10，精轧得到多条银铜复合带材产品。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：

在步骤3中，所述加热溶解为50℃～70℃。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：

在步骤5中，所述烧结温度为600℃～800℃，保温时间为1～3h,保护气氛为氮气、氩气和氢气中的一种。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：

在步骤7中，所述扩散退火温度范围为400℃～700℃，保温时间为0.5～4h，保护气氛为氮气、氩气和氢气中的一种。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：

在步骤8中，采用带材打磨机进行表面处理，打磨后使底部银条露出且银条宽度与正面一致。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：

在步骤8中，所述带张力轧制的张力控制在1.5KN～4KN之间，轧制速度控制在5m/min～20m/min之间。

8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤9中，所述成品前退火包括：

根据成品尺寸及抗拉强度、硬度要求采用立式真空退火炉进行成品前热处理，成品前退火采用真空井式炉，扩散退火温度范围为400℃～500℃，保温时间为0.5～2h，真空度小于10^-1Pa。

9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤9中，所述成品前分剪包括：

采用精密带材分剪机对带材边部进行分剪，保证带材总体宽度、两侧铜条宽度复合成品要求，带材分剪张力控制在0.5KN～1.5KN之间，轧制速度控制在3m/min～10m/min之间。

10.根据权利要求2-9任一项所述的制备方法，其特征在于，在步骤10中，所述精轧包括：

采用精密六棍轧机带张力轧制，道次变形量5～10％，总变形量控制在40％～60％之间，张力控制在0.5KN～1.5KN之间，轧制速度控制在3m/min～10m/min之间，成品精轧后剪除头尾经清洗、检验后包装得到多条银铜复合带材产品。