CN101178957B - 铜合金接触线的制备方法 - Google Patents

铜合金接触线的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101178957B
CN101178957B CN2007101955236A CN200710195523A CN101178957B CN 101178957 B CN101178957 B CN 101178957B CN 2007101955236 A CN2007101955236 A CN 2007101955236A CN 200710195523 A CN200710195523 A CN 200710195523A CN 101178957 B CN101178957 B CN 101178957B
Authority
CN
China
Prior art keywords
alloy powder
oxygen source
gained
contact wire
al2o3
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2007101955236A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101178957A (zh
Inventor
宋克兴
赵培峰
国秀花
徐晓峰
郜建新
刘瑞华
贾淑果
刘亚民
周伯楚
田保红
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Datang Luoyang Shouyangshan Power Generation Co., Ltd.
Original Assignee
Henan University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Henan University of Science and Technology filed Critical Henan University of Science and Technology
Priority to CN2007101955236A priority Critical patent/CN101178957B/zh
Publication of CN101178957A publication Critical patent/CN101178957A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101178957B publication Critical patent/CN101178957B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Conductive Materials (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明提供了一种铜合金接触线及其制备方法，该方法包括步骤：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。由此制备的铜合金接触线具有良好的导电性和高的机械强度、软化温度和良好的抗摩擦磨损性能。

Description

铜合金接触线的制备方法
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***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。
根据本发明制备的铜合金接触线的合金组分为：Al2O3：0.4～1.0wt％，余量为铜(杂质含量不大于0.05％)。根据本发明的铜合金接触线的抗拉强度为500～600MPa，导电率可达到80％～90％IACS，电磨损寿命为常用的铜银接触线的10～20倍(如图1所示)，软化温度≥900℃，使用温度在300℃时的抗拉强度下降率在10％以下。因此，本发明的铜合金接触线具有高的抗耐磨性能和抗疲劳性能，是一种综合性能极佳的铜合金接触线。
附图说明
图1是Al2O3弥散强化铜合金(其中Al2O3含量分别为0.24％、0.4％、0.6％和1.0％)接触线与铜银合金接触线的电磨损寿命对比曲线。
具体实施方式
本发明在传统的内氧化工艺的基础上，结合铜合金接触线的使用工矿条件，发明了一种新的Al2O3弥散强化铜合金接触线及其制备方法。
本发明的Al2O3弥散强化铜合金接触线的优选制备方法如下：
①铜铝合金粉末制备：首先将电解铜烘干后在感应电炉中熔化，熔化温度1150～1250℃，熔体用经焙烧的木炭覆盖，按Al为0.21～0.53wt％的比例加入Cu-Al中间合金(以使得最终Cu-Al2O3合金中Al2O3的含量基本为0.4～1.0wt％)，熔匀后形成Cu-Al合金熔体；然后将熔体过热到1300～1350℃，浇入雾化装置中，用大于6×105Pa高纯氮气通过雾化器将Cu-Al合金熔体雾化成Cu-Al合金粉末，筛分成粒度小于或等于100目的Cu-Al合金粉末；
②氧源的制备：利用步骤①制备的Cu-Al合金粉末来制备氧源。根据需要取出一部分步骤①制备的Cu-Al合金粉末，在箱式炉内加热氧化，温度为200～500℃，保温时间20～50h。氧化完成后，取出结块的粉末破碎并过100目筛，将过筛后的氧化粉末放入密闭炉胆内，在氮气保护下加热至650～850℃，保温1～3h，随炉冷却至室温出炉，即制得氧源，氧源的主要成分为：Al2O3+Cu2O。
③将Cu-Al合金粉末与制备的氧源混合：将步骤①制备的Cu-Al合金粉末与步骤②制备的氧源在V形混粉机中充分混合，其中氧源所占比例优选为：10～25wt％，其余为Cu-Al合金粉末，混粉时间为2～5h。其中如果氧源比例过低，会造成在下面的内氧化过程中Cu-Al合金粉末氧化不充分；如果氧源比例过高，则会增加成本，因为氧源自身的制备成本较高并且还会增加后续还原过程的成本。
④内氧化+还原：将混合粉末装入炉胆内，并通入高纯氮气，将炉胆内的空气排空后，关闭出口阀，保持氮气的压力为0.3～1MPa，升温至600～900℃，保温3～5h，期间Cu2O分解释放活性[O]，生成的[O]通过扩散到Cu-Al合金粉末中，由于铝比铜易生成氧化物，因此Cu-Al合金中的铝被优先氧化成Al2O3，内氧化过程完成后，Cu-Al合金粉末氧化成Al2O3/Cu粉末，氧源(主要成分为Cu+Al2O3+Cu2O)中的Cu2O大多数分解为Cu，使得氧源主要成分变为Al2O3/Cu和少量的Cu2O。然后打开出口阀，将进口阀处的氮气换成氢气通入炉胆内，并将炉胆温度升至700～1000℃，保温1～5h，同时在出口阀处将排出的多余氢气点燃释放；该过程是将氧源中残留的Cu2O还原形成Cu，从而使氧源变为纯净的Al2O3/Cu并使最终所得Cu-Al2O3合金中Al2O3的含量基本为0.4～1.0wt％，还原结束后将进口阀处的氢气再次换成氮气通入炉胆内以排出炉胆内残留的氢气，便于安全打开炉胆。
⑤等静压+烧结：将内氧化还原后的混合粉末装入等静压胶套中，然后在冷等静压机油缸内被压制成坯或锭，其中冷等静压工序压力为100～200MPa，然后将坯或锭装入炉胆内，在氢气气氛条件下进行加热烧结，烧结温度为950～1020℃，时间为2～4h；
⑥挤压成型：将压制烧结后的坯或锭在挤压机上挤压成直径为50～80mm的棒材。
⑦多道次拉拔：根据接触线截面尺寸，将50～80mm的棒材经过数道次孔型拉拔，得到Al2O3弥散强化铜合金接触线。
图1为电流50A，速度为300r/min试验条件下，Al2O3弥散强化铜合金(其中Al2O3含量分别为0.24％、0.4％、0.6％和1.0％)接触线与铜银合金接触线的电磨损寿命对比曲线。可以看出，随着磨损时间的增加，Al2O3弥散强化铜合金的磨损率明显低于铜银合金，当Al2O3含量为0.4％～1.0％区间时，其电磨损寿命为常用的铜银接触线的10～20倍。例如，对于Al2O3含量为0.4％的Al2O3弥散强化铜合金接触线，其导电率可达到90％IACS，同时抗拉强度大于500MPa，电磨损寿命为常用的铜银接触线的10～15倍；对于Al2O3含量为1.0wt％的Al2O3弥散强化铜合金接触线，其抗拉强度可达到600MPa，同时导电率大于80％IACS，电磨损寿命为常用的铜银接触线的15～20倍。
本发明具有如下优点：
(1)具有优良的材料特性。采用本发明制备的Al2O3弥散强化铜合金接触线，由于在铜基体中引入了硬度高且热稳定性好的Al2O3颗粒，从而使该合金在保持铜基体优越的传导性能的同时，兼具有高的室温强度和高温强度以及高的抗摩擦磨损性能。其抗拉强度达到500～600MPa，导电率为80％～90％IACS，抗高温软化性能为：使用温度在300℃时的抗拉强度下降率在10％以下，软化温度≥900℃，具有高的抗耐磨性能和抗疲劳性能，是一种综合性能极佳的铜合金接触线。
(2)本发明的Al2O3弥散强化铜合金接触线制备工艺非常合理：其独特的氧源制备和氧源混合氧化工艺不但保证了最终产品的组分含量，缩短了生产周期，还降低了生产成本。本发明尤其适用于高速列车接触线的生产。
本领域技术人员可以理解，上述实施方式/实施例仅用于说明目的，并非用于限制本发明。

Claims (2)

1.一种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0.21wt％，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0.4wt％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，
其中，在步骤②中，首先在200～500℃下并保温20～50小时来空气氧化步骤①所得Cu-Al中间合金粉末，随后在氮气保护下将其加热至650～850℃并保温1～3小时，最后将其冷却至室温来获得氧源Al2O3-Cu2O；
步骤③是通过V形混粉机进行，混粉时间为2～5小时；
步骤④中的内氧化和还原处理包括：通过在密闭容器中加热步骤③所得混合物，使其中的Cu2O分解释放活性[O]而使Cu-Al合金粉末中的Al被内氧化成Al2O3；然后通入氢气将其中残留的Cu2O还原为Cu，其中内氧化处理是在600～900℃下加热并保温3～5小时；还原处理是在700～1000℃下加热并保温1～5小时；
在步骤⑤中，利用冷等静压机在100～200Mpa的压力下将所得Cu-Al2O3合金粉末压制成坯锭；在氢气气氛下加热到950～1020℃进行烧结处理，时间为2～4小时；
在步骤⑥中，通过挤压机将压制烧结后的坯锭挤压成直径为50～80mm的棒材；以及
在步骤⑦中，所述拉拔为多道次孔型拉拔。
2.根据权利要求1的制备方法，其中步骤①所得Cu-Al中间合金粉末的粒度小于或等于100目。
CN2007101955236A 2007-12-04 2007-12-04 铜合金接触线的制备方法 Expired - Fee Related CN101178957B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2007101955236A CN101178957B (zh) 2007-12-04 2007-12-04 铜合金接触线的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2007101955236A CN101178957B (zh) 2007-12-04 2007-12-04 铜合金接触线的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101178957A CN101178957A (zh) 2008-05-14
CN101178957B true CN101178957B (zh) 2011-07-27

Family

ID=39405160

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2007101955236A Expired - Fee Related CN101178957B (zh) 2007-12-04 2007-12-04 铜合金接触线的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101178957B (zh)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101708535B (zh) * 2009-12-03 2012-04-18 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 一种连铸结晶器铜合金内衬
CN102909375A (zh) * 2012-09-26 2013-02-06 河南科技大学 一种颗粒增强铜-TiC高强度高导电点焊电极的制备方法
CN102836998A (zh) * 2012-09-26 2012-12-26 河南科技大学 一种高耐磨高强度高导电点焊电极的制备方法
CN102969085A (zh) * 2012-11-20 2013-03-13 无锡常安通用金属制品有限公司 一种提高铜铝线材机械强度的方法
CN103276230B (zh) * 2013-04-27 2015-06-17 苏州金江铜业有限公司 一种氧化铝弥散强化铜的制备方法
CN103436763B (zh) * 2013-08-27 2016-01-20 北京科技大学 一种采用内氧化法制备氧化镁颗粒弥散强化铁粉的方法
CN103451505B (zh) * 2013-08-28 2015-08-12 北京科技大学 一种采用内氧化法制备氧化钙颗粒弥散强化铁粉的方法
CN104162656A (zh) * 2014-05-09 2014-11-26 苏州金江铜业有限公司 一种活性炭原位内氧化制备铜基Al2O3复合粉末的方法
CN104141061B (zh) * 2014-08-06 2016-05-18 广东省工业技术研究院(广州有色金属研究院) 一种氧化铝弥散强化铜合金的粉末冶金制备方法
CN104148661B (zh) * 2014-09-03 2016-01-06 湖北鄂信钻石科技股份有限公司 一种氧化铝弥散预合金粉的制备方法
CN104313364B (zh) * 2014-10-10 2016-05-25 福达合金材料股份有限公司 一种氧化-还原方法交替制备细小氧化物颗粒增强银基电接触材料的工艺
DE102015015452A1 (de) * 2015-12-02 2017-06-08 Forschungszentrum Jülich GmbH Verfahren zum Planarisieren von Nanostrukturen
CN107695358B (zh) * 2017-09-07 2019-03-29 北京科技大学 一种焊接导电嘴的制备方法
CN108528223B (zh) * 2018-02-09 2021-09-03 同济大学 一种中低速磁浮列车低噪声受流***
CN112281011A (zh) * 2020-10-29 2021-01-29 桂林金格电工电子材料科技有限公司 高压直流继电器用CuAl2O3复合材料的制备方法
CN112375937A (zh) * 2020-11-14 2021-02-19 中国兵器科学研究院宁波分院 一种弥散铜复合电触头的粉末冶金近净成形制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4315777A (en) * 1979-08-07 1982-02-16 Scm Corporation Metal mass adapted for internal oxidation to generate dispersion strengthening
CN1382816A (zh) * 2002-05-30 2002-12-04 昆明理工大学 一种制备铜三氧化二铝复合材料的方法
CN1563447A (zh) * 2004-03-30 2005-01-12 洛阳铜加工集团有限责任公司 弥散强化铜合金及其制备工艺方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4315777A (en) * 1979-08-07 1982-02-16 Scm Corporation Metal mass adapted for internal oxidation to generate dispersion strengthening
CN1382816A (zh) * 2002-05-30 2002-12-04 昆明理工大学 一种制备铜三氧化二铝复合材料的方法
CN1563447A (zh) * 2004-03-30 2005-01-12 洛阳铜加工集团有限责任公司 弥散强化铜合金及其制备工艺方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
林阳明等.内氧化法制备Al_2O_3／Cu复合材料的性能研究.《电工材料》.2005,(第4期),第11－13，16，页. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN101178957A (zh) 2008-05-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101178957B (zh) 铜合金接触线的制备方法
CN104711443B (zh) 一种石墨烯/铜复合材料及其制备方法
CN101586198B (zh) 一种高强度高导电性氧化铝弥散强化铜的制备工艺
CN104700961A (zh) 一种石墨烯/银复合材料及其制备方法
CN105087981B (zh) 一种抗熔焊、抗烧蚀Cu‑纳米Al2O3‑Cr触头材料的制备方法
CN103194659A (zh) 一种弥散强化铜基粉末冶金刹车片及其制备
CN107794389A (zh) 一种银氧化锡氧化铟电接触材料及其制备方法
CN107557609A (zh) 一种单相纳米氧化铝颗粒弥散强化的铜合金及其制备方法
CN105506329B (zh) 一种高Al2O3浓度Cu‑Al2O3纳米弥散强化合金的制备方法
CN109576529B (zh) 高性能弥散铜合金及其制备方法
CN101127253B (zh) 一种银镍导电陶瓷电触头的材料及其制造方法
CN101608279A (zh) 银氧化物电触点材料及其制备方法
CN108149059A (zh) 一种TiC增强铜基电接触复合材料的制备方法
CN101964260B (zh) 一种Ag/SnO2电触头材料及其制备方法
CN101885060A (zh) 高性能铜-金刚石电触头材料及其制造工艺
CN102676867A (zh) 一种氧化铝粒子弥散强化铜复合材料及其制备方法
CN105200262A (zh) 一种高氧化锡含量银基片状电触头材料的制备方法
CN102909375A (zh) 一种颗粒增强铜-TiC高强度高导电点焊电极的制备方法
CN101178958B (zh) 超高张力铜线及其制备方法
CN112410597B (zh) 一种纳米wc弥散强化铜的制备方法
CN109593987A (zh) 一种铜基气凝胶增强型铜合金及其制备方法
CN101439871B (zh) 一种复合纳米SnO2粉末材料及其制备方法
CN110373569A (zh) 一种线束用铜镁合金母材及其生产工艺
CN103691935A (zh) 一种铜基自润滑材料及制备方法
CN107338384A (zh) 一种粉末冶金汽车活塞的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C53 Correction of patent for invention or patent application
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Song Kexing

Inventor after: Tian Baohong

Inventor after: Zhao Peifeng

Inventor after: Guo Xiuhua

Inventor after: Xu Xiaofeng

Inventor after: Gao Jianxin

Inventor after: Liu Ruihua

Inventor after: Jia Shuguo

Inventor after: Liu Yamin

Inventor after: Zhou Bochu

Inventor before: Song Kexing

Inventor before: Tian Baohong

Inventor before: Guo Xiuhua

Inventor before: Xu Xiaofeng

Inventor before: Gao Jianxin

Inventor before: Zhao Peifeng

Inventor before: Liu Ruihua

Inventor before: Jia Shuguo

Inventor before: Liu Yamin

Inventor before: Zhou Bochu

COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: SONG KEXING GUO XIUHUA XU XIAOFENG GAO JIANXIN ZHAO PEIFENG LIU RUIHUA JIASHUGUO LIU YAMIN ZHOU BOCHU TIAN BAOHONG TO: SONG KEXING ZHAO PEIFENG GUO XIUHUA XU XIAOFENG GAO JIANXIN LIU RUIHUA JIA SHUGUO LIU YAMIN ZHOU BOCHU TIAN BAOHONG

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: DATANG LUOYANG SHOUYANGSHAN POWER GENERATION CO.,

Free format text: FORMER OWNER: HENAN TECHNOLOGY UNIVERSITY

Effective date: 20121204

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 471003 LUOYANG, HENAN PROVINCE TO: 471911 LUOYANG, HENAN PROVINCE

TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20121204

Address after: 471911 Datang Luoyang Yanshi Yangshan Power Generation Co., Ltd., Henan, China

Patentee after: Datang Luoyang Shouyangshan Power Generation Co., Ltd.

Address before: 471003 Xiyuan Road, Jianxi District, Henan, No. 48, No.

Patentee before: Henan University of Science and Technology

C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20110727

Termination date: 20131204