[发明专利]铜包铝母线坯料的感应加热制备工艺

说明书

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。