[发明专利]一种钢表面自生富铜层的铜钢复合材料制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铜包钢复合材料的制备方法，特别是一种钢表面自生富铜层的铜钢复合材料制备方法。

背景技术

随着复合材料及相关工艺的发展，目前已开发出了多种铜包钢复合材料。这一材料兼具铜的耐蚀性强、导电率高以及铁的高强度等优点，其综合性能好，制造成本较低并节约能源。铜钢复合材料已在建筑、铁路、电力、石油化工等行业得到了应用，其性能已得到了验证，无论从实用性、安全性、经济性来看，都具有非常好的应用前景。

目前生产铜包钢线的方法主要有电镀法、包覆法、热浸镀法、水平连铸法。

采用用电镀法的公开资料：何慧兰，“铜包钢线的研制与应用”，《电镀与环保》，2002，22(6):32-33；刘宗信，“平行双股铜包钢线芯新型通信电缆的研制”，《电线电缆》，1994主(5/6):10-12；刘咏兰，“电镀法生产双金属线”，《电线电缆译丛》，1997主(2):10-13)。生产铜包钢线材的工艺比较成熟，产品质量比较稳定，是目前普遍采用的一种生产方法。电镀法是把经过脱脂、酸洗等湿式处理的钢线进行电镀。工作时把成卷的钢线连续不断地送进预处理槽及电镀槽中。输送辊把其悬挂在电镀槽内的同时，通过自身的旋转起到送线作用。电镀后的线材经过拉伸加工，可以生产出各种规格的线材。线材电镀的连续性决定了电镀工艺控制的困难，所以必须严格执行工艺要求，保证每道工序的质量。但用电镀法生产的铜包钢线材仍存在铜镀层比较薄、性能较脆、铜层中混有杂质、导电性差、生产过程中环境污染大等缺点。

采用包覆法的公开资料：宋强、戴雅康、刘世程，“包覆焊接法铜包钢线的结构设计和生产”，《光纤电缆与应用技术》，2003，3(3):44-46；高山逃等，“采用热浸法制造的铜包钢线及其特性和应用”，《电线电缆》，1990，(2)主9-15。包覆焊接法是将清理过的铜带逐步形成圆管状，包覆在清理过的钢线周围，采用焊接法将铜管纵缝焊接起来；铜带压接法是将清理并加热的两条铜带以上下两个方向包覆钢线，利用轧辊间的强大压力将铜带和钢线压接在一起，然后切除铜带接缝的凸耳，形成坯线；套管包覆法是将铜管套在钢丝外部，然后通过拉拔使铜钢结合，铜包钢线长度受铜管长度限制，难以实现连续生产。包覆法采用无氧铜带生产，成本高，加工费用昂贵，而且铜与钢芯的结合力不强。

热浸镀法是由美国通用电气公司开发的，其工艺原理为：符合一定要求的芯杆通过盛有熔融铜液的坩埚，由于母线的温度低，金属靠热渗透原理，把母线加热到高温，熔池中的金属铜将在母线周围形成一层凝固层，原母线经浸渍过程而凝固成比母线粗的铸坯，再经过加工系统将铸坯加工成线材。热浸镀法的公开资料：傅晓、于九明，“包铜钢线热浸镀过程的简化模型”，《金属学报》，2000主36(8):828-831；日本瓦利：SaKamoto，Mutsuo，Yamazaki，et al.Method for manufacture of copper alloy coated steel wire[P].JP Pat:07144265，1995，06，06；SaKamoto，Mutsuo，Yamazaki，et al.Apparatus for manufacture of copper or copper alloy coated steelwire[P].JP Pat:07232260，1994-06-22。该方法可生产高质量的无氧铜镀层钢线材及铜合金镀层钢线材，铜层和钢芯间的结合力好，可塑性良好。但热浸镀法生产铜包钢线材的工艺还不成熟，生产厂家较少，有待于进一步地开发和推广。

采用水平连铸法的公开资料：王庆娟、杜忠泽、王海波，“铜包钢线生产工艺的特点及现状”，《电线电缆》，2002主4(4)主15-17。水平连铸法是传统的热浸涂和连续铸造工艺的结合，主要分为表面处理、钢芯预热、铸造和后处理等4个环节。该方法生产铜包钢线材具有节省人力，自动化程度高，生产效率高等优点，但保温、凝固和牵引的工艺参数必须相匹配，生产过程较难控制。

综上所述，目前所有铜-钢复合材料都是通过各种复合工艺在钢材表面外加铜包覆层，因此基体和包覆层之间经常出现各种夹杂、气泡、间隔等缺陷，影响复合效果和结合强度。

发明内容

本发明提供了一种钢表面自生富铜层的铜钢复合材料制备方法，通过在一定条件下的腐蚀反应过程以及后续的表面处理，在钢表面自发产生富铜的包覆层，有效解决复合材料的基体和包覆层间界面的结合问题。