CN102254634A - 一种制造金属复合材料的方法及用该方法制得的材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制造用于电力输送的铜包镁合金的复合材料的方法，其包括如下步骤：①将镁合金材料置入挤压设备；②将铜熔炼成铜水；③将步骤②中得到的铜水浇注到步骤①中的挤压设备内的镁合金材料上，得到铜包镁合金复合材料；④利用挤压设备将步骤③中所述的铜包镁合金复合材料挤压成型材或异型材。本发明通过将铜水浇注到镁合金材料上，在镁合金材料之外包覆了铜包覆层，保证了材料的导电性。同时与铝及铝合金相比，镁合金的强度高、重量轻。因而，本发明的铜包镁合金复合材料不仅具有导电性、强度更高、重量更轻，而且，铜包覆层与镁合金的内芯之间不会发生电化腐蚀。

Description

一种制造金属复合材料的方法及用该方法制得的材料

技术领域

本发明涉及一种用于电力输送的金属复合材料的制造方法，更具体地讲，本发明涉及一种铜包镁合金的复合材料的制造方法；另外本发明还涉及使用该方法制得的材料。

背景技术

铜是与人类关系非常密切的有色金属，被广泛地应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域。随着社会的发展，各领域的用铜量越来越大。由于铜不可再生，因而近年来铜的价格节节攀升。

电力输送中需要大量消耗高导电性的铜，主要用于动力电线电缆、汇流排、变压器、开关、接插元件和联接器等。目前，为代替纯铜线，解决铜资源紧缺、成本高的缺陷，“多金属复合线材”技术不断发展，尤其是关于铜包铝、铜包钢、铜包铝镁合金、铜包铁合金、钢包钢等技术的相关介绍也很多。

例如，中国专利申请200910033944.8公开了一种铝排和铜带结合紧密的大截面导电铜包铝排，其包括铝排，铝排的外面包覆有铜带，铜带包覆后形成的合缝通过焊接形成焊缝，铝排与铜带之间设置有5～20微米的铜铝合金过渡层。该技术方案的缺点在于：1、铜和铝容易电化腐蚀；2、铜与铝的热胀冷缩系数相差较大，二者不均匀收缩易导致剥离；3、铝的强度小、力学性能差，导致铜包铝材料的强度小、力学性能差；4、铜包铝材料的比重大。

中国专利200510040343.1公开了一种铜包铝镁合金丝及其制备方法，其在铝镁合金芯表面同心地包覆铜层，铜层和铝镁合金芯冶金结合，铝镁合金芯的铝镁合金含量达99.6％以上，镁含量为0.7～4.5％。其制备方法为：a.圆整；b.清洗；c.打毛；d.包覆焊接；e.拉拔结合；f.拉拔缩径；g.成品组合。

中国专利200610037712.6公开了一种铜包超导铝合金线，其在铝镁稀土合金芯表面同心地包覆有铜层，铝镁稀土合金芯中镁占的重量百分比为1-3％，稀土占的重量百分比为0.3％-0.6％，其余为铝。

中国专利200610081411.3公开了一种铜包铝镁硅合金线及其制备方法。在铝镁硅合金芯线表面同心包覆一薄层工业铜层，通过塑性变形，铜层与铝镁硅合金芯线冶金结合，形成双金属线材；在所铝镁硅合金芯线中，铝镁硅含量之和达99.5％以上，其中，镁含量为0.35～2.8％，硅含量为0.1～0.8％，其制备方法通过整径、表面清理、纵向包覆焊接、多道次拉拔和热处理制得铜包铝镁硅合金线。

中国专利申请200710158056.X公开了一种细线、微细线多金属复合线材及其制造方法，细线、微细线多金属复合线材由芯体和包覆层组成，芯体为碳钢、铝、铝镁合金或铁合金线材，包覆层为不锈钢带或铜带，芯体和包覆层的界面通过冶金结合，其中包覆层截面厚度为0.000975～0.1014MM，且包覆层的重量占多金属复合线材总重量的23.5～39.3％，同时还公开了一种增加了淬火处理的制造方法。

中国专利200710195684.5公开了一种铜包稀土铝镁合金导线，该导线由稀土铝镁合金芯线与包覆在芯线上的铜层组成，铜层与稀土铝镁合金芯线之间是冶金结合，铜包稀土铝镁合金导线的直径是0.02-5.25mm，铜层的体积是该铜包稀土铝镁合金导线的8-15％，铜层的重量是该铜包稀土铝镁合金导线的28-38.5％。

上述技术方案中，芯体的成分主要为铝，镁的含量很低，因而所制得的材料强度低、力学性能差、比重大、铜铝发生电化腐蚀的缺点没有得到实质性的改变。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种制造用于电力输送的金属复合材料的方法，用该方法制得的材料具有良好的导电性，包覆层与内芯之间不会发生电化腐蚀，且强度高、力学性能好、重量轻。

为了实现上述目的，本发明提供了一种制造用于电力输送的铜包镁合金的复合材料的方法，其包括如下步骤：

①将镁合金材料置入挤压设备；

②将铜熔炼成铜水；

③将步骤②中得到的铜水浇注到步骤①中的挤压设备内的镁合金材料上，得到铜包镁合金的复合材料；

④利用挤压设备将步骤③中的铜包镁合金复合材料挤压成型材或异型材。

本发明中所称的镁合金指以镁为基加入其它合金元素组成的合金，其中镁的含量占90％以上；这里的合金元素主要包括铜、硅、钛，另外还可包括锌、锰、铈、钍以及少量锆或镉等。通过将铜水浇注到镁合金材料上，在镁合金材料之外包覆了铜包覆层，保证了材料的导电性。同时与铝及铝合金相比，镁合金的强度高、重量轻。因而，本发明的铜包镁合金复合材料不仅具有导电性、强度更高、重量更轻，而且，铜包覆层与镁合金的内芯之间不会发生电化腐蚀。

根据本发明的一实施方式，步骤①中的镁合金材料为已成型的镁合金型材或镁合金异型材。这里的型材可为各种形状、尺寸，例如各种直径的线材、横截面为各种形状的型材。这里的异型材可为各种形状、尺寸，例如横截面大致呈波浪状的异型材，又如横截面呈字母“C”状的异型材。

根据本发明的另一实施方式，镁合金型材或镁合金异型材在另一挤压设备内挤压成型。

根据本发明的另一实施方式，在步骤③中，铜水浇注之前，先进行降温，以避免铜水温度过高导致镁合金熔化。由于镁及镁合金的熔点是650℃左右，铜水应降温至低于这个温度，例如降到600℃左右。

根据本发明的另一实施方式，所有的挤压设备内均设有可成型为指定形状的模具。例如，镁合金材料在其内设有可成型为指定形状的模具的第一挤压设备中成型为镁合金型材或镁合金异型材，然后将镁合金型材或镁合金异型材置入其内设有可成型为指定形状的模具的第二挤压设备中，浇注铜水后，得到铜包镁合金复合材料，最后利用其内设有可成型为指定形状的模具的第二挤压设备将铜包镁合金复合材料挤压成为型材或异型材。

本发明同时提供了按照上述方法制造的铜包镁合金复合材料，其包括镁合金制成的内芯及包覆在该镁合金内芯之外的铜包覆层，其中，铜包覆层通过将铜水浇注到镁合金内芯上形成。

根据本发明的一实施方式，铜包覆层可完全包覆于镁合金内芯之外，也可非完全包覆于镁合金内芯之外，例如，当镁合金内芯为线材时，所得铜包镁合金复合材料的首尾两端的端点处可不设置铜包覆层。

根据本发明的另一实施方式，镁合金内芯为镁合金型材或镁合金异型材。这里的型材可为各种形状、尺寸，例如各种直径的线材及各种尺寸的板材。这里的异型材可为各种形状、尺寸，例如横截面大致呈波浪状的异型材，又如横截面呈字母“C”状的异型材。

根据本发明的另一实施方式，当镁合金内芯为镁合金线材时，铜包覆层同心地包覆于镁合金线材的表面。

与现有技术相比，本发明中，通过将铜水浇注到镁合金材料上，在镁合金材料之外包覆了铜包覆层，保证了材料的导电性。同时与铝及铝合金相比，镁合金的强度高、重量轻。因而，本发明的铜包镁合金复合材料不仅具有导电性、强度更高、重量更轻，而且，铜包覆层与镁合金的内芯之间不会发生电化腐蚀。

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明的实施例1的横截面示意图；

图2是制造图1所示型材的工艺的流程图；

图3是本发明的实施例2的横截面示意图；

图4是制造图3所示型材的工艺的流程图；

图5是本发明的实施例3的横截面示意图；

图6是制造图5所示型材的工艺的流程图；

图7是本发明的实施例4的横截面示意图；

图8是制造图7所示型材的工艺的流程图；

图9是本发明的实施例5的横截面示意图；

图10是制造图9所示异型材的工艺的流程图；

图11是本发明的实施例6的横截面示意图；

图12是制造图11所示异型材的工艺的流程图；

图13是本发明的实施例7的横截面示意图；

图14是制造图13所示异型材的工艺的流程图。

具体实施方式

实施例1

图1所示为本发明的实施例1，其为铜包镁合金复合材料制成的型材1。该型材1为横截面为圆形的线材，其包括镁合金内芯1及铜包覆层2。其中，镁合金内芯1的横截面为圆形，铜包覆层2同心地包覆在镁合金内芯1之外，且镁合金内芯1和铜包覆层2紧密结合。铜包覆层2将镁合金内芯1非完全包覆，线材首尾两端的端点处不设置铜包覆层2。

图2为制造图1所示型材1的工艺的流程图，其具体包括如下步骤：

①在第一挤压设备内设置能成型为图1所示形状的模具，利用第一挤压设备，将镁合金材料挤压成线材；

②在第二挤压设备内设置能成型为图1所示形状的模具，将步骤①中得到的镁合金线材置入第二挤压设备；

③将铜熔炼成铜水；

④将步骤③中得到的铜水降温至600℃左右，然后浇注到第二挤压设备内的镁合金线材上，得到铜包镁合金复合材料；

⑤利用第二挤压设备将步骤④中的铜包镁合金复合材料挤压成线材。

实施例2

图3所示为本发明的实施例2，其为铜包镁合金复合材料制成的型材2。该型材2为导电排，其横截面为带有圆角r的矩形，其铜包覆层2紧密地包覆在镁合金内芯1之外。

图4为制造图3所示型材2的工艺的流程图，其具体包括如下步骤：

①在挤压设备内设置能成型为图3所示形状的模具，将镁合金材料置入挤压设备内；

②将铜熔炼成铜水；

③将步骤②中得到的铜水降温至600℃左右，然后浇注到挤压设备内的镁合金材料上，得到铜包镁合金复合材料

④利用挤压设备将步骤③中的铜包镁合金复合材料挤压成图3所示形状的型材2。

实施例3

图5所示为本发明的实施例3，其为铜包镁合金复合材料制成的型材3。该型材3为导电排，其横截面为圆头矩形，其铜包覆层2紧密地包覆在镁合金内芯1之外。

图6为制造图5所示型材3的工艺的流程图，其具体包括如下步骤：

①在第一挤压设备内设置能成型为图5所示形状的模具，利用第一挤压设备，将镁合金材料挤压成型材；

②在第二挤压设备内设置能成型为图5所示形状的模具，将步骤①中得到的镁合金型材置入第二挤压设备；

③将铜熔炼成铜水；

④将步骤③中得到的铜水降温至600℃左右，然后浇注到第二挤压设备内的镁合金型材上，得到铜包镁合金复合材料；

⑤利用第二挤压设备将步骤④中的铜包镁合金复合材料挤压成图5所示形状的型材3。

实施例4

图7所示为本发明的实施例4，其为铜包镁合金复合材料制成的工字形的型材4。其所有的拐角处均设有圆角R1。其包括镁合金内芯1及铜包覆层2，其铜包覆层2紧密地包覆在镁合金内芯1之外。

图8为制造图7所示型材4的工艺的流程图，其具体包括如下步骤：

①在第一挤压设备内设置能成型为工字形的模具，利用第一挤压设备，将镁合金材料挤压成工字形的型材；

②在第二挤压设备内设置能成型为工字形的模具，将步骤①中得到的镁合金型材置入第二挤压设备；

③将铜熔炼成铜水；

④将步骤③中得到的铜水降温至600℃左右，然后浇注到第二挤压设备内的镁合金型材上，得到铜包镁合金复合材料；

⑤利用第二挤压设备将步骤④中的铜包镁合金复合材料挤压成工字形的型材4。

实施例5

图9所示为本发明的实施例5，其为铜包镁合金复合材料制成的异型材1。该异型材1的横截面大致呈波浪状，具体而言，其横截面为圆头矩形的两边均间隔设有多个梯形缺口，其所有的拐角处均设有圆角r。其包括镁合金内芯1及铜包覆层2，其铜包覆层2紧密地包覆在镁合金内芯1之外。

图10为制造图9所示异型材1的工艺的流程图，其具体包括如下步骤：

①在第一挤压设备内设置能成型为图9所示形状的模具，利用第一挤压设备，将镁合金材料挤压成异型材；

②在第二挤压设备内设置能成型为图9所示形状的模具，将步骤①中得到的镁合金异型材置入第二挤压设备；

③将铜熔炼成铜水；

④将步骤③中得到的铜水降温至600℃左右，然后浇注到第二挤压设备内的镁合金异型材上，得到铜包镁合金复合材料；

⑤利用第二挤压设备将步骤④中的铜包镁合金复合材料挤压成图9所示形状的异型材1。

实施例6

图11所示为本发明的实施例6，其为铜包镁合金复合材料制成的异型材2。该异型材2的横截面呈字母“C”状，其所有的拐角处均设有圆角r。其包括镁合金内芯1及铜包覆层2，其铜包覆层2紧密地包覆在镁合金内芯1之外。

图12为制造图11所示异型材2的工艺的流程图，其具体包括如下步骤：

①在第一挤压设备内设置能成型为图11所示形状的模具，利用第一挤压设备，将镁合金材料挤压成异型材；

②在第二挤压设备内设置能成型为图11所示形状的模具，将步骤①中得到的镁合金异型材置入第二挤压设备；

③将铜熔炼成铜水；

④将步骤③中得到的铜水降温至600℃左右，然后浇注到第二挤压设备内的镁合金异型材上，得到铜包镁合金复合材料；

⑤利用第二挤压设备将步骤④中的铜包镁合金复合材料挤压成图11所示形状的异型材2。

实施例7

图13所示为本发明的实施例7，其为铜包镁合金复合材料制成的异型材3。该异型材3的横截面大致呈波浪状，具体而言，其横截面为圆头矩形的两边均间隔设有多个半圆形缺口，其所有的拐角处均设有圆角r。其包括镁合金内芯1及铜包覆层2，其铜包覆层2紧密地包覆在镁合金内芯1之外。

图14为制造图13所示异型材3的工艺的流程图，其具体包括如下步骤：

①在第一挤压设备内设置能成型为图13所示形状的模具，利用第一挤压设备，将镁合金材料挤压成异型材；

②在第二挤压设备内设置能成型为图13所示形状的模具，将步骤①中得到的镁合金异型材置入第二挤压设备；

③将铜熔炼成铜水；

④将步骤③中得到的铜水降温至600℃左右，然后浇注到第二挤压设备内的镁合金异型材上，得到铜包镁合金复合材料；

⑤利用第二挤压设备将步骤④中的铜包镁合金复合材料挤压成图13所示形状的异型材3。

虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的发明范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种制造用于电力输送的铜包镁合金之复合材料的方法，其包括如下步骤：

①将镁合金材料置入挤压设备；

②将铜熔炼成铜水；

③将步骤②中得到的铜水浇注到步骤①中的挤压设备内的镁合金材料上，得到铜包镁合金复合材料；

④利用挤压设备将步骤③中所述的铜包镁合金复合材料挤压成型材或异型材。

2.如权利要求1所述的方法，其中，步骤①中所述的镁合金材料为已成型的镁合金型材或镁合金异型材。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述的镁合金型材或镁合金异型材在另一挤压设备内挤压成型。

4.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤③中，所述铜水浇注之前，先进行降温。

5.如权利要求1或3所述的方法，其中，所述挤压设备内设有可成型为指定形状的模具。

6.一种由权利要求1所述的方法制造的铜包镁合金复合材料，其包括镁合金制成的内芯及包覆在该镁合金内芯之外的铜包覆层，所述铜包覆层通过将铜水浇注到镁合金内芯上形成。

7.如权利要求6所述的材料，其中，所述铜包覆层完全或非完全包覆于所述镁合金内芯之外。

8.如权利要求6所述的材料，其中，所述镁合金内芯为镁合金型材或镁合金异型材。

9.如权利要求8所述的材料，其中，所述镁合金内芯为镁合金线材。

10.如权利要求9所述的材料，其中，所述铜包覆层同心地包覆于所述镁合金线材的表面。

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