[发明专利]铜合金接触线及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铜合金接触线及其制备方法，更具体来说，涉及用作高速铁路接触线的Al₂O₃弥散强化铜合金接触线及其制备方法。

背景技术

电气化铁路接触网由接触导线、承力索和吊环构成，接触导线是保证电气化铁路正常运营的关键构件，它通过与电力机车受电弓滑板直接接触滑动摩擦将电能从牵引变电所传输给电力机车。随着电气化列车向高速、重载的发展，对接触线的材质和性能提出了更高的要求：加大接触线的悬挂张力，提高接触网的稳定性、波动传播速度，改善机车受流质量等。因此要求接触线在具有良好导电性的同时，还应具有高的机械强度、软化温度以及在载流条件下的良好的抗摩擦磨损性能。

为了适应电气化铁路对接触导线的要求，材料工作者进行了高强高导铜合金的研究。传统提高铜合金强度的方法有：应变硬化、固溶强化及沉淀强化，但是由于在高温下金属将发生再结晶，第二相粗化和溶解及金属间化合物长大，且固溶强化又会大大降低材料的传导率，因此使用以上强化方法，在室温条件下，可不同程度地提高材料强度，但在高温条件下，以上各种强化方法都将失效。采用传统强化方式面临的主要问题：(a)抗拉强度和导电率的极限匹配问题；(b)高温性能稳定性问题；(c)由此而导致的高速载流条件下摩擦磨损寿命问题。例如：CTHA2120银铜线，导电率为96.6％IACS，而抗拉强度仅为365MPa；CTHB2120锡银铜线，导电率为90.0％IACS，抗拉强度仅为368MPa；CGLN2250钢铝线，抗拉强度可达到650MPa，而导电率仅为46.3％IACS。但所有这些线种的参数与高速列车理想的接触线性能：抗拉强度≥500MPa，导电率≥80％IACS仍有较大距离。

采用内氧化法制备的Al₂O₃颗粒弥散强化铜合金在铜基体中引入了纳米级细小且弥散分布的Al₂O₃颗粒，由于Al₂O₃颗粒硬，且在高温下热稳定性好及对Cu基体的不溶性，甚至在接近铜熔点的温度下都能保持其原来的粒度和间距，所以弥散强化铜合金在高温下能保持其大部分硬度和强度。同时由于Al₂O₃颗粒含量少，且细小弥散分布，所以能保持铜基体的高导电、导热性。高的导电导热性能以及高温性能的持有也导致了该材料在载流条件下优越的摩擦磨损性能。因此，发明人认为，Al₂O₃弥散强化铜合金在高速铁路接触导线上应该具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种铜合金接触线及其制备方法，该接触线在具有良好导电性的同时，还具有高的机械强度、软化温度以及在载流条件下的良好的抗摩擦磨损性能。

根据本发明的铜合金接触线的制备方法包括步骤：①制备Cu-Al中间合金粉末，其中Al含量为0.21～0.53wt％，余量为铜；②利用步骤①所制备的Cu-Al中间合金粉末来制备氧源Al₂O₃-Cu₂O，其中Cu与Al之间的重量比保持不变；③将步骤①所制备的Cu-Al中间合金粉末与步骤②制备的氧源Al₂O₃-Cu₂O混合，其中氧源Al₂O₃-Cu₂O在混合物中所占重量比例为10～25wt％；④对步骤③所得混合物进行内氧化和还原处理，得到Al₂O₃含量为0.4～1.0wt％的Cu-Al₂O₃合金粉末；⑤将步骤④所得Cu-Al₂O₃合金粉末压制成坯锭并进行烧结处理；⑥将步骤⑤所得压制烧结后的坯锭成型为棒材；和⑦将步骤⑥所得棒材通过拉拔制成所需截面尺寸的接触线。本发明的铜合金接触线根据上述方法制得。