CN111883400B - 一种用于熔断器的银铜复合线及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于熔断器的银铜复合线及其制备方法，所述银铜复合线由铜芯以及设置在所述铜芯外侧的纯银层所构成，所述纯银层厚度为0.01～0.1mm，银铜层通过固相扩散反应生成银铜合金。外层纯银材料导电性能良好，承担电路导电功能，芯部铜材节约纯银使用量，降低成本。本发明所提供的银铜复合线熔点低、熔体熔断时首先熔化低熔点银铜合金，利用冶金效应，熔化的银铜合金及时铺展熔断两侧铜及银，使熔体快速熔断，及时保护电路。

Description

一种用于熔断器的银铜复合线及其制备方法

技术领域

本发明涉及电工材料领域技术领域，具体而言，涉及一种用于熔断器的银铜复合线及其制备方法。

背景技术

纯银具有优异的导电、导热性能是最理想的熔体材料，容易满足高分断电流能力的要求。但是纯Ag的价格昂贵，使熔断器的制造成本明显增高，而且从节约资源的角度考虑，熔断器是一种损耗品，失效后就丢弃，造成银资源的大量浪费，不利于行业发展。

作为纯银的替代品，代银熔体材料是目前熔体材料领域的研究热点，其中化学铜镀银材料是目前应用较多的一类产品，但是该熔体材料在使用中发现仍有诸多问题：(1)现有铜镀银产品多采用电化学镀银，电解液含有剧毒氰化物，与绿色发展理念不符；(2)现有镀银产品镀层受多因素影响，镀层厚度不稳定，导致后续产品电阻率不稳定。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种用于熔断器的银铜复合线，包括铜芯和设置在所述铜芯外侧的银层，银层厚度为0.01～0.1mm，外层纯银材料导电性能良好，承担电路导电功能，芯部铜材节约纯银使用量，降低成本。本发明所提供的银铜复合线熔点低、熔体熔断时首先熔化低熔点银铜合金，利用冶金效应，熔化的银铜合金及时铺展熔断两侧铜及银，使熔体快速熔断，及时保护电路。

本发明的第二目的在于提供一种所述的用于熔断器的银铜复合线的制备方法，该方法加工性能良好、外层银层分布均匀，便于后续生产，与传统镀银线相比具有环保无害优点，避免了电镀过程产生的环境污染及电镀液的污染。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种用于熔断器的银铜复合线，所述银铜复合线由铜芯以及设置在所述铜芯外侧的纯银层所构成，所述纯银层厚度为0.01～0.1mm，优选为0.01～0.08mm，更优选为0.01～0.06mm。

优选的，所述纯银层的纯度≥99.99％，所述铜芯为无氧铜，所述无氧铜的纯度≥99.95％。

所述的用于熔断器的银铜复合线的制备方法，包括以下步骤：

(a)将银和铜分别熔炼，熔炼后分别浇注在模具内制得银锭和铜锭；

(b)将步骤(a)得到的银锭挤压、拉拔为直径0.1～1mm的银丝；

(c)去除步骤(a)得到的铜锭表面的缩孔、夹杂，并将步骤(b)得到的银丝密排层绕到在铜锭外周，得到双层结构的银铜复合锭，并进行固相扩散反应；

(d)将步骤(c)固相扩散反应后的银铜复合锭拉拔成银铜复合线。

优选的，在步骤(a)中，所述熔炼在真空熔炼炉中进行。

优选的，在步骤(a)中，所述熔炼和所述浇注采用的模具的材料为高致密石墨，更优选的，在所述模具使用前进行真空脱氧热处理。

优选的，在步骤(b)中，在所述挤压的步骤之前，先保温所述银锭至700～750℃。

优选的，在步骤(c)中，所述固相扩散反应在真空扩散炉中进行。

优选的，在步骤(d)中，所述真空扩散的温度为700～780℃，时间为3～5h。

优选的，在步骤(d)中，所述拉拔成银铜复合线的步骤，具体包括：

将步骤(c)固相扩散反应后的银铜复合锭进行机械外圆精加工，然后将所得复合锭挤压成直径为3～10mm银铜复合丝材坯料，再经过多道次减径拉拔成直径0.2～1mm的丝状银铜复合线。

优选的，所述挤压采用1000吨卧式挤压机进操作。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明所提供的银铜复合线由双层材料组成，包括铜芯和设置在所述铜芯外侧的银层，所述银层厚度为0.01～0.1mm，外层纯银材料导电性能良好，承担电路导电功能，芯部铜材节约纯银使用量，降低成本。

(2)本发明所提供的银铜复合线熔点低，熔体熔断时首先熔化低熔点银铜合金，利用冶金效应，熔化的银铜合金及时铺展熔断两侧铜及银，使熔体快速熔断，及时保护电路。

(3)本发明所提供的银铜复合线的制备方法且加工性能良好、外层银层分布均匀，便于后续狭颈加工冲制，与传统镀银线相比具有环保优点，避免了电镀过程产生的环境污染及电镀液的污染。

(4)本发明所提供的银铜复合线的制备方法，对银、铜原材料分别进行真空冶炼，可降低原材料中气体含量，提高其纯净度，降低产品电阻。

(5)本发明所提供的银铜复合线的制备方法，熔体使用过程中过负荷时，低熔点银铜合金首先熔化，包裹住铜及银基体，铜银相互渗透，形成熔点较铜熔点低的银铜合金，从而使铜熔体能在较低的温度下熔断，以实现过负荷保护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的用于熔断器的银铜复合线的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

本发明所提供的一种用于熔断器的银铜复合线，所述银铜复合线由铜芯以及设置在所述铜芯外侧的纯银层所构成，所述纯银层厚度为0.01～0.1mm(例如0.05、0.08、0.1、0.2、0.5、0.8、0.9、1mm)，优选为0.01～0.08mm，更优选为0.01～0.06mm。

本发明所提供的银铜复合线由双层材料组成，包括铜芯和设置在所述铜芯外侧的银层，所述银层厚度为0.01～0.1mm，外层纯银材料导电性能良好，承担电路导电功能，芯部铜材节约纯银使用量，降低成本；其次本发明的银铜复合线熔点低，熔体熔断时首先熔化低熔点银铜合金，利用冶金效应，熔化的银铜合金及时铺展熔断两侧铜及银，使熔体快速熔断，及时保护电路；且加工性能良好，外层银层分布均匀，便于后续狭颈加工冲制。

在本发明一些优选的实施例中，所述纯银的纯度≥99.99％，所述铜芯为无氧铜，所述无氧铜的纯度≥99.95％。

本发明所提供的用于熔断器的银铜复合线的制备方法，包括以下步骤：

(a)将银和铜分别熔炼，熔炼后分别浇注在模具内制得银锭和铜锭；

(b)将步骤(a)得到的银锭挤压、拉拔为直径0.1～1mm(例如1、1.5、2、2.5、3mm)的银丝；

(c)去除步骤(a)得到的铜锭表面的缩孔、夹杂，并将步骤(b)得到的银丝密排层绕到在铜锭外周，得到双层结构的银铜复合锭，并进行固相扩散反应；

(d)将步骤(c)得到的银铜复合锭拉拔成银铜复合线。

本发明所提供的方法，对银、铜原材料分别进行真空冶炼，可降低原材料中气体含量，提高其纯净度，降低产品电阻；对细银丝密排层绕到铜棒外周后(密排层绕是指将银丝一根根中间无缝隙缠绕在铜锭上)，放置在真空扩散炉中充分扩散，使银铜原子间相互扩散而成冶金连接，结合界面牢固；利用拉拔加工手段进行小变比多道次加工可获得尺寸稳定，结合强度较高的复合丝材；该加工方法与传统镀银线相比具有环保、无害优点，避免了电镀过程产生的环境污染及电镀液的污染；熔体使用过程中过负荷时，低熔点银铜合金首先熔化，包裹住铜及银基体，铜银相互渗透，形成熔点较铜熔点低的银铜合金，从而使铜熔体能在较低的温度下熔断，以实现过负荷保护。

在本发明一些优选的实施例中，在步骤(a)中，所述熔炼在真空熔炼炉中进行。

在本发明一些优选的实施例中，在步骤(a)中，所述熔炼和所述浇注采用的模具的材料为高致密石墨，优选的，在所述模具使用前进行真空脱氧热处理。

在本发明一些优选的实施例中，在步骤(b)中，在所述挤压的步骤之前，先保温所述银锭至700～750℃。

在本发明一些优选的实施例中，在步骤(c)中，所述固相扩散反应在真空扩散炉中进行。

在本发明一些优选的实施例中，在步骤(d)中，所述真空扩散的温度为700～780(例如700、750、780)℃，时间为3～5h(例如3、4、5h)。

在本发明一些优选的实施例中，在步骤(d)中，所述拉拔成银铜复合线的步骤，具体包括：

将步骤(c)固相扩散反应后的银铜复合锭挤压成直径为3～10mm(例如3、4、5、6、7、8、9、10mm)银铜复合丝，再拉拔成直径0.2～1mm(0.2、、0.4、0.6、0.8、1mm)的丝状银铜复合线。

在本发明一些优选的实施例中，所述挤压采用1000吨卧式挤压机进操作。

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

实施例1

本实施例所提供的银铜复合线的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)称取纯度为99.99％纯银和纯度为99.95％无氧铜，分别装入坩埚内放入真空熔炼炉内进行真空冶炼，然后分别浇筑在模具内制得圆银锭及圆铜锭；

其中真空冶炼用的坩埚和浇注用的模具的材质均为高纯、高强、高致密高致密石墨，且坩埚及模具在使用前均进行真空脱氧热处理；

(2)将圆银锭挤压、拉拔为直径1mm的银丝；

(3)将圆铜锭外周缩孔、夹杂用车床清理；

(4)将细银丝密排层绕到铜锭外周；

(5)将层绕成型双层结构银铜复合锭，并放入真空扩散炉中固相扩散反应；真空扩散炉中的扩散温度为750℃，时长3h；

(6)将反应扩散成型的双层结构银铜复合锭经过1000吨卧式挤压机挤压成直径为3mm银铜复合丝，挤压时需要预先保温至银铜再结晶温度以上，然后再对银铜复合锭进行热挤压，银铜复合丝经拉拔模具拉拔成直径0.2mm的丝状。

实施例2

本实施例所提供的银铜复合线的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)称取纯度为99.99％纯银和纯度为99.95％无氧铜，分别装入坩埚内放入真空熔炼炉内进行真空冶炼，然后分别浇筑在模具内制得圆银锭及圆铜锭；

其中真空冶炼用的坩埚和浇注用的模具的材质均为高纯、高强、高致密高致密石墨，且坩埚及模具在使用前均进行真空脱氧热处理；

(2)将圆银锭挤压、拉拔为直径3mm的银丝；

(3)将圆铜锭外周缩孔、夹杂用车床清理；

(4)将细银丝密排层绕到铜锭外周；

(5)将层绕成型双层结构银铜复合锭，并放入真空扩散炉中固相扩散反应；真空扩散炉中的扩散温度为700℃，时长5h；

(6)将反应扩散成型的双层结构银铜复合锭经过1000吨卧式挤压机挤压成直径为10mm银铜复合丝，挤压时需要预先保温至银铜再结晶温度以上，然后再对银铜复合锭进行热挤压，银铜复合丝经拉拔模具拉拔成直径1mm的丝状。

实施例3

本实施例所提供的银铜复合线的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)称取纯度为99.99％纯银和纯度为99.95％无氧铜，分别装入坩埚内放入真空熔炼炉内进行真空冶炼，然后分别浇筑在模具内制得圆银锭及圆铜锭；

其中真空冶炼用的坩埚和浇注用的模具的材质均为高纯、高强、高致密高致密石墨，且坩埚及模具在使用前均进行真空脱氧热处理；

(2)将圆银锭挤压、拉拔为直径2mm的银丝；

(3)将圆铜锭外周缩孔、夹杂用车床清理；

(4)将细银丝密排层绕到铜锭外周；

(5)将层绕成型双层结构银铜复合锭，并放入真空扩散炉中固相扩散反应；真空扩散炉中的扩散温度为780℃，时长4h；

(6)将反应扩散成型的双层结构银铜复合锭经过1000吨卧式挤压机挤压成直径为8mm银铜复合丝，挤压时需要预先保温至银铜再结晶温度以上，然后再对银铜复合锭进行热挤压，银铜复合丝经拉拔模具拉拔成直径0.5mm的丝状。

实施例4

本实施例所提供的银铜复合线的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)称取纯度为99.99％纯银和纯度为99.95％无氧铜，分别装入坩埚内放入真空熔炼炉内进行真空冶炼，然后分别浇筑在模具内制得圆银锭及圆铜锭；

其中真空冶炼用的坩埚和浇注用的模具的材质均为高纯、高强、高致密高致密石墨，且坩埚及模具在使用前均进行真空脱氧热处理；

(2)将圆银锭挤压、拉拔为直径3mm的银丝；

(3)将圆铜锭外周缩孔、夹杂用车床清理；

(4)将细银丝密排层绕到铜锭外周；

(5)将层绕成型双层结构银铜复合锭，并放入真空扩散炉中固相扩散反应；真空扩散炉中的扩散温度为750℃，时长5h；

(6)将反应扩散成型的双层结构银铜复合锭经过1000吨卧式挤压机挤压成直径为8mm银铜复合丝，挤压时需要预先保温至银铜再结晶温度以上，然后再对银铜复合锭进行热挤压，银铜复合丝经拉拔模具拉拔成直径0.8mm的丝状。

实验例

在20℃实验环境下，采用QJ84型数字直流电桥测对直径0.8mm传统镀银线(比较例)及实施案例4所制备得到的产品样品进行电阻测量，为了消除接触电势的影响，采用电流换向法，取一个正向读数及一个反向读数，取两次电阻测量值的算术平均值。

最后利用电阻率计算公式计算电阻率(公式：ρ＝R_Tπr2/T₀，式中，ρ为电阻率，R_T为T温度下电阻值，r为丝径，T₀为温度系数)。具体电阻率数值见下表1。

表1电阻率测试结果

由实验结果可知，本申请所提供的银铜复合线较比较例所提供的镀银线的电阻率下降约6％。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些替换和修改。

Claims (12)

1.一种用于熔断器的银铜复合线的制备方法，其特征在于，所述银铜复合线由铜芯以及设置在所述铜芯外侧的纯银层所构成，所述纯银层厚度为0.01～0.1mm；

所述用于熔断器的银铜复合线的制备方法包括以下步骤：

（a）将银和铜分别熔炼，熔炼后分别浇注在模具内制得银锭和铜锭；

（b）将步骤（a）得到的银锭挤压、拉拔为直径0.1～1mm的银丝；

（c）去除步骤（a）得到的铜锭表面的缩孔、夹杂，并将步骤（b）得到的银丝密排层绕到在铜锭外周，得到双层结构的银铜复合锭，并进行固相扩散反应；

（d）将步骤（c）固相扩散反应后的银铜复合锭拉拔成银铜复合线。

2.根据权利要求1所述的用于熔断器的银铜复合线的制备方法，其特征在于，所述纯银层厚度为0.01～0.08mm。

3.根据权利要求1所述的用于熔断器的银铜复合线的制备方法，其特征在于，所述纯银层厚度为0.01～0.06mm。

4.根据权利要求1所述的用于熔断器的银铜复合线的制备方法，其特征在于，所述纯银层的纯度≥99.99%，所述铜芯为无氧铜，所述无氧铜的纯度≥99.95%。

5.根据权利要求1所述的用于熔断器的银铜复合线的制备方法，其特征在于，在步骤（a）中，所述熔炼在真空熔炼炉中进行。

6.根据权利要求1所述的用于熔断器的银铜复合线的制备方法，其特征在于，在步骤（a）中，所述熔炼和所述浇注采用的模具的材料为石墨。

7.根据权利要求1所述的用于熔断器的银铜复合线的制备方法，其特征在于，在步骤（a）中，在所述模具使用前进行真空脱氧热处理。

8.根据权利要求1所述的用于熔断器的银铜复合线的制备方法，其特征在于，在步骤（b）中，在所述挤压的步骤之前，先保温所述银锭至700~750℃。

9.根据权利要求1所述的用于熔断器的银铜复合线的制备方法，其特征在于，在步骤（c）中，所述固相扩散反应在真空扩散炉中进行。

10.根据权利要求9所述的用于熔断器的银铜复合线的制备方法，其特征在于，所述真空扩散的温度为700~780℃，时间为3~5h。

11.根据权利要求1所述的用于熔断器的银铜复合线的制备方法，其特征在于，在步骤（d）中，所述拉拔成银铜复合线的步骤，具体包括：

将步骤（c）固相扩散反应后的银铜复合锭进行机械外圆精加工，然后将所得复合锭挤压成直径为3～10mm银铜复合丝材坯料，再经过多道次减径拉拔成直径0.2～1mm的丝状银铜复合线。

12.根据权利要求11所述的用于熔断器的银铜复合线的制备方法，其特征在于，所述挤压采用1000吨卧式挤压机进行操作。

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