CN109504872A - 一种高强耐磨铜合金接触线及其制备工艺 - Google Patents

一种高强耐磨铜合金接触线及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及铜合金技术加工领域，具体涉及一种高强耐磨铜合金接触线及其制备工艺。该高强耐磨铜合金接触线按重量百分比计，包括稀土元素0.01‑0.30％、金属氧化物0.01‑0.10％、余量为铜合金；制备过程包括合金产品配制、半固态处理、水平连铸、连续挤压、第一次冷加工、固溶处理、第二次冷加工、双级时效、拉拔成型。该高强耐磨铜合金接触线具有较好的导电性、较高的强度、较好的耐高温性及耐磨性，可作为高速铁路尤其是时速在400公里以上的高速铁路接触线材料。

Description

一种高强耐磨铜合金接触线及其制备工艺
技术领域
本发明涉及接触线技术加工领域，具体涉及一种高强耐磨铜合金接触线及其制备工艺。
背景技术
随着电气化铁路向高速重载方向的发展，对接触线的性能提出了更严格的要求，新型接触线不仅要具有优良的导电性，还要具有较好的耐磨性、抗高温软化性以及抗拉强度。目前，高铁接触线采用的导体材料主要有Cu-Mg、Cu-Sn、Cu-Ag、Cu-Sn-Ag、Cu-Ag-Zr、Cu-Cr-Zr等系列Cu合金，其中Cu-Cr-Zr显示了更为优异的强度和电导率综合性能，但是这些接触线材料都没有很好的解决强度和导电性的矛盾，导电性能好的材料，其强度较低；强度高的材料，其导电性能较弱，导致材料的综合性能不理想。
2016年6月，国务院审议通过了新修编的《中长期铁路网规划》，明确提出在原规划“四纵四横”主骨架基础上，增加客流支撑、标准适宜、发展需要的高速铁路，同时充分利用既有铁路，形成以“八纵八横”主通道为骨架、区域连接线衔接、城际铁路补充的高速铁路网，到2020年建成时速在400公里以上的高速铁路***，高速铁路营业里程达到3.5万公里。这意味着与之相匹配的接触线材料性能-强度和电导率也必须进一步提高，现有接触线材料尚难以满足要求。专利申请2007101955236公开了一种铜合金接触线及其制备方法，采用内氧化还原的方法制备Cu-Al2O3合金粉末，然后烧结、拉拔制备铜合金接触线；这一制备方法虽然对铜合金进行弥散强化，但制备中需要制备氧源，操作复杂，成本高，该方法制得的铜合金接触线虽较现有接触线提升了强度，但产量有限，无法产业化批量生产。因此，亟需开发新型高性能合金，适于产业化生产，以更好的适应高速铁路的持续提速发展。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供了一种高强耐磨铜合金接触线及其制备工艺，该高强耐磨铜合金接触线具有较好的导电性、较高的强度、较好的耐高温性及耐磨性，可作为高速铁路尤其是时速在每小时400公里以上的高速铁路接触线材料。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种高强耐磨铜合金接触线，按重量百分比计，包括稀土元素0.01-0.30％、金属氧化物0.01-0.10％、余量为铜合金。
所述铜合金中各成分的重量百分比组成为：Cr 0.10-0.60％，Zr 0.01-0.10％，余量为铜。
所述稀土元素为Re，所述金属氧化物为Al2O3、ZrO2、SiO2、Y2O3或ThO2。
所述高强耐磨铜合金接触线的杂质总量＜0.1％；每种杂质元素重量的百分比＜0.03％。
所述金属氧化物为金属氧化物粉末。
一种制备高强耐磨铜合金接触线的工艺，包括如下操作步骤：
(1)合金产品配制：按一定顺序添加各组分，保温，得合金产品，备用；
(2)在线熔体半固态处理：对步骤(1)制得的合金产品进行在线半固态处理，得熔体；
(3)水平连铸：对步骤(2)的熔体进行铸坯引铸；
(4)连续挤压：对步骤(3)的铸坯进行连续挤压处理，得杆坯；
(5)第一次冷加工：对步骤(4)的杆坯进行乳化液喷淋冷却处理，得一次冷却杆坯；
(6)固溶处理：对步骤(5)的一次冷却杆坯进行固溶、水淬处理；
(7)第二次冷加工：对步骤(6)固溶、水淬处理得到的杆坯进行乳化液喷淋冷却，得二次冷却杆坯；
(8)双级时效：对步骤(7)的二次冷却杆坯进行300-400℃的一级时效保温和400-500℃的二级时效保温；
(9)拉拔成型：将步骤(8)双极时效处理后的杆坯拉拔成所需截面尺寸的接触线，即得。
步骤(1)保温温度为100-1200℃，保温时间＞15min；
步骤(2)在线熔体半固态处理温度为1081-1083℃；
步骤(3)铸坯直径范围40-90mm；
步骤(4)挤压处理的杆坯进线速度控制在5-7m/min；挤压杆直径为25-35mm；
步骤(5)第一次冷加工的总冷加工量＞40％，拉拔速度控制在15-25m/min；
步骤(6)的固溶温度900-1000℃，固溶时间1-3h，加热结束后立即放入水中淬火，淬火水温低于30℃，在水池中泡至室温；
步骤(7)第二次冷加工的的总冷加工量＞50％，拉拔速度控制在20-30m/min；
步骤(8)一级时效保温1-2h；二级时效保温2-5h；
步骤(9)的拉拔速度控制在10-20m/min。
步骤(1)合金产品配制步骤为：按照先添加Cr、Zr，溶化后添加稀土元素，最后添加Al2O3粉末的顺序，配制得合金产品。
步骤(1)合金产品配制步骤还可以为：按照先添加Cu-Cr中间合金、Cu-Zr中间合金，溶化后添加稀土元素，最后添加Cu-Al2O3合金的顺序，配制得合金产品。由于将各微量成分制成中间合金进行添加，便于合金配制，使合金产品更均匀的分散、互溶，避免分散的不均匀性。
步骤(8)双极时效还包括在双极时效处理的同时对步骤(7)二次冷却杆坯进行真空热处理、惰性气体保护的步骤。
本发明的有益技术效果：
1、本发明稀土元素Re的加入，起到脱氧去氢及除去有害杂质的作用。稀土元素的化学活性强，因此稀土与氧的亲和力远大于铜与氧的亲和力，且生成的稀土氧化物的熔点比铜高，密度比铜小，熔炼过程中起到了良好的脱氧作用；稀土元素Re还会与许多易熔成分结合形成难熔的二元或多元化合物，这些化合物会与熔渣一起排出，起到脱除有害杂质的作用；稀土元素Re的净化作用使铜中的杂质减少，晶格畸变减弱，电子散射几率减少，导电性能改善；Re的净化作用使铜原子之间的结合力增强，再加上Re的微量固溶强化作用，使铜合金的硬度增加；通过添加稀土元素Re，使枝晶细化，单位体积内的晶界面积增加，对位错运动的阻力也进一步增大，从而使合金硬度增大，其耐磨性能提高。
2、本发明通过向铜基体中引入均匀分布的、细小的、具有良好热稳定性的三氧化二铝的来强化铜的性能从而制得所需材料，这种人为的向铜中加入第二相颗粒、对铜基体进行强化是研制高强、高导铜合金的发展方向。在铜基体中引入微量、细小、弥散分布的硬粒子相，由于强化相的钉扎效应，阻止了位错的运动，从而有效的阻止了铜基体的回复和再结晶，大大提高了基体铜的强度及热稳定性，而基体铜的导电、导热的性能降低的却不多。
3、本发明通过稀土元素以及金属氧化物的加入，接触线的整体性能得到了大大提升，相比现有普通接触线，以及经金属氧化物强化的铜合金接触线，不论拉伸强度、导电率，还是耐磨性、使用周期等均得到显著改善，适于现代高速铁路的规模话发展。
4、本发明制备工艺专门针对前述铜合金接触线产品研制，在水平连铸前采用半固态处理步骤，能使铜合金内部的合金元素分布的更加均匀，极大地减少了合金的树枝结构，进而减少了合金内部的单剪切带结构，而且加工过程中存在一定的液固分离现象，使得表面晶粒较内部有一定的细化，从而进一步提高了铜合金表面的耐磨性。将现有接触线加工制备中的上引连铸调整为水平连铸处理，大大消除了接触线加工过程中裂纹、空心及杂质超标的缺陷。通过高温固溶处理，合金元素在铜中形成过饱和固溶体，并造成铜晶格严重畸变，从而使其强度大大提高，而其导电性下降，而继续经双级时效处理后，大部分的合金元素又从固溶体中析出，形成弥散分布的沉淀相，此时合金的导电率迅速提高，同时这些弥散相有效地阻止了晶界和位错的移动，从而使合金仍保持较高的强度。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于此。
各实施例的成分组成如下表1：
表1
序号 Cu Cr Zr Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Re 杂质含量
实施例1 99.61 0.10 0.10 0.10 0.01 0.08
实施例2 99.32 0.10 0.10 0.10 0.30 0.08
实施例3 99.70 0.10 0.10 0.01 0.01 0.08
实施例4 99.52 0.20 0.09 0.09 0.05 0.05
实施例5 99.39 0.30 0.07 0.07 0.10 0.07
实施例6 99.24 0.40 0.05 0.06 0.20 0.05
实施例7 99.15 0.50 0.03 0.03 0.25 0.04
实施例8 99.05 0.60 0.01 0.01 0.30 0.03
实施例1
该高强耐磨铜合金接触线，按重量百分比计，组成为：Cr 0.10％、Zr 0.10％、Al2O30.10％、Re 0.01％、铜99.61％，不可避免的杂质0.08％。
上述高强耐磨铜合金接触线的制备工艺，包括如下步骤：
(1)合金产品配制
熔化温度为1150-1250℃，熔炼炉内待阴极铜完全熔化后，向熔炼炉上方通入充满N2，N2气流量为20L/min；熔炼炉表面覆盖一层鳞片石墨和木炭，然后添加合金；合金添加顺序为，先添加Cr、Zr中间合金，待Cr、Zr中间合金熔化后添加Re中间合金，最后添加Cu-Al2O3合金；保温温度为1100-1200℃，保温时间＞15min；
(2)半固态处理
待步骤(1)中液态合金产品保温结束后，引入到在线半固态处理装置内，进行在线半固态处理；半固态处理装置处于木炭中，半固态处理的温度为1081℃；
(3)水平连铸
将步骤(2)所得的处于半固态状态的熔体，通过水平连铸结晶器进行铸坯引铸，铸坯直径范围40-90mm；
(4)连续挤压
将步骤(3)所得的铸坯进行连续挤压，挤压杆直径范围25-35mm，铸坯进线速度控制在5-7m/min，得杆坯；
(5)第一次冷加工
使用拉拔设备将步骤(4)所制得的杆坯加工至22-30mm，总冷加工量＞40％；拉拔速度控制在15-25m/min，使用乳化液喷淋冷却，得一次冷却杆坯；
(6)固溶处理
将步骤(5)所制得的一次冷却杆坯进行固溶处理，固溶温度900℃，固溶时间3h，加热结束后立即放入水中淬火，淬火水温低于30℃，在水池中泡至室温；
(7)第二次冷加工
用拉拔设备将步骤(6)固溶、水淬处理得到的杆坯加工至15-20mm，拉拔速度控制在20-30m/min，并用乳化液喷淋冷却，总冷加工变形量＞50％，每道冷加工变形量＞15％，得二次冷却杆坯；
(8)双级时效
将步骤(7)所制得的二次冷却杆坯在真空、惰性气体保护下，采用双级时效处理，双级时效流程为加热到时效温度400℃保温2h后升温到500℃保温2h；
(9)拉拔成型
将步骤(8)双极时效处理后的杆坯拉拔成所需截面尺寸的接触线，拉拔过程采用乳化液喷淋冷却，拉拔速度控制在10-20m/min，所得接触线的截面面积为150mm2。
实施例2
该高强耐磨铜合金接触线，按重量百分比计，组成为：Cr 0.10％、Zr 0.10％、Al2O30.10％、Re 0.30％、铜99.32％，不可避免的杂质0.08％。
上述高强耐磨铜合金接触线的制备工艺，包括如下步骤：
(1)合金产品配制
熔化温度为1150-1250℃，熔炼炉内待阴极铜完全熔化后，向熔炼炉上方通入充满N2，N2气流量为20L/min；熔炼炉表面覆盖一层鳞片石墨和木炭，然后添加合金；合金添加顺序为，先添加Cr、Zr中间合金，待Cr、Zr中间合金熔化后添加Re中间合金，最后添加Cu-Al2O3合金；保温温度为1100-1200℃，保温时间＞15min；
(2)半固态处理
待步骤(1)中液态合金产品保温结束后，引入到在线半固态处理装置内，进行在线半固态处理；半固态处理装置处于木炭中，半固态处理的温度为1081℃；
(3)水平连铸
将步骤(2)所得的处于半固态状态的熔体，通过水平连铸结晶器进行铸坯引铸，铸坯直径范围40-90mm；
(4)连续挤压
将步骤(3)所得的铸坯进行连续挤压，挤压杆直径范围25-35mm，铸坯进线速度控制在5-7m/min，得杆坯；
(5)第一次冷加工
使用拉拔设备将步骤(4)所制得的杆坯加工至22-30mm，总冷加工量＞40％；拉拔速度控制在15-25m/min，使用乳化液喷淋冷却，得一次冷却杆坯；
(6)固溶处理
将步骤(5)所制得的一次冷却杆坯进行固溶处理，固溶温度900℃，固溶时间3h，加热结束后立即放入水中淬火，淬火水温低于30℃，在水池中泡至室温；
(7)第二次冷加工
用拉拔设备将步骤(6)固溶、水淬处理得到的杆坯加工至15-20mm，拉拔速度控制在20-30m/min，并用乳化液喷淋冷却，总冷加工变形量＞50％，每道冷加工变形量＞15％，得二次冷却杆坯；
(8)双级时效
将步骤(7)所制得的二次冷却杆坯在真空、惰性气体保护下，采用双级时效处理，双级时效流程为加热到时效温度400℃保温2h后升温到500℃保温2h；
(9)拉拔成型
将步骤(8)双极时效处理后的杆坯拉拔成所需截面尺寸的接触线，拉拔过程采用乳化液喷淋冷却，拉拔速度控制在10-20m/min，所得接触线的截面面积为150mm2。
实施例3
该高强耐磨铜合金接触线，按重量百分比计，组成为：Cr 0.10％、Zr 0.10％、Al2O30.01％、Re 0.01％、铜99.70％，不可避免的杂质0.08％。
上述高强耐磨铜合金接触线的制备工艺，包括如下步骤：
(1)合金产品配制
熔化温度为1150-1250℃，熔炼炉内待阴极铜完全熔化后，向熔炼炉上方通入充满N2，N2气流量为20L/min；熔炼炉表面覆盖一层鳞片石墨和木炭，然后添加合金；合金添加顺序为，先添加Cr、Zr中间合金，待Cr、Zr中间合金熔化后添加Re中间合金，最后添加Cu-Al2O3合金；保温温度为1100-1200℃，保温时间＞15min；
(2)半固态处理
待步骤(1)中液态合金产品保温结束后，引入到在线半固态处理装置内，进行在线半固态处理；半固态处理装置处于木炭中，半固态处理的温度为1081℃；
(3)水平连铸
将步骤(2)所得的处于半固态状态的熔体，通过水平连铸结晶器进行铸坯引铸，铸坯直径范围40-90mm；
(4)连续挤压
将步骤(3)所得的铸坯进行连续挤压，挤压杆直径范围25-35mm，铸坯进线速度控制在5-7m/min，得杆坯；
(5)第一次冷加工
使用拉拔设备将步骤(4)所制得的杆坯加工至22-30mm，总冷加工量＞40％；拉拔速度控制在15-25m/min，使用乳化液喷淋冷却，得一次冷却杆坯；
(6)固溶处理
将步骤(5)所制得的一次冷却杆坯进行固溶处理，固溶温度900℃，固溶时间3h，加热结束后立即放入水中淬火，淬火水温低于30℃，在水池中泡至室温；
(7)第二次冷加工
用拉拔设备将步骤(6)固溶、水淬处理得到的杆坯加工至15-20mm，拉拔速度控制在20-30m/min，并用乳化液喷淋冷却，总冷加工变形量＞50％，每道冷加工变形量＞15％，得二次冷却杆坯；
(8)双级时效
将步骤(7)所制得的二次冷却杆坯在真空、惰性气体保护下，采用双级时效处理，双级时效流程为加热到时效温度400℃保温2h后升温到500℃保温2h；
(9)拉拔成型
将步骤(8)双极时效处理后的杆坯拉拔成所需截面尺寸的接触线，拉拔过程采用乳化液喷淋冷却，拉拔速度控制在10-20m/min，所得接触线的截面面积为150mm2。
实施例4
该高强耐磨铜合金接触线，按重量百分比计，组成为：Cr 0.20％、Zr 0.09％、Al2O30.09％、Re 0.05％、铜99.52％，不可避免的杂质0.05％。
上述高强耐磨铜合金接触线的制备工艺，包括如下步骤：
(1)合金产品配制
熔化温度为1150-1250℃，熔炼炉内待阴极铜完全熔化后，向熔炼炉上方通入充满N2，N2气流量为20L/min；熔炼炉表面覆盖一层鳞片石墨和木炭，然后添加合金，合金添加顺序为，先添加Cr、Zr中间合金，待Cr、Zr中间合金熔化后添加Re中间合金，最后添加Cu-Al2O3合金；保温温度为1100-1200℃，保温时间＞15min；
(2)半固态处理
待步骤(1)中液态合金产品保温结束后，引入到在线半固态处理装置内，进行半固态处理，半固态处理装置处于木炭中，半固态处理的温度为1082℃；
(3)水平连铸
将步骤(2)所得的处于半固态状态的熔体，通过水平连铸结晶器进行铸坯引铸，铸坯直径范围40-90mm；
(4)连续挤压
将步骤(3)所得的铸坯进行连续挤压，挤压杆直径范围25-35mm，铸坯进线速度控制在5-7m/min，得杆坯；
(5)第一次冷加工
使用拉拔设备将步骤(4)所制得的杆坯加工至22-30mm，总冷加工量＞40％；拉拔速度控制在15-25m/min，使用乳化液喷淋冷却，得一次冷却杆坯；
(6)固溶处理
将步骤(5)所制得的一次冷却杆坯进行固溶处理，固溶温度920℃，固溶时间2.5h，加热结束后立即放入水中淬火，淬火水温低于30℃，在水池中泡至室温；
(7)第二次冷加工
用拉拔设备将步骤(6)固溶、水淬处理得到的杆坯加工至15-20mm，拉拔速度控制在20-30m/min，并用乳化液喷淋冷却，总冷加工变形量＞50％，每道冷加工变形量＞15％，得二次冷却杆坯；
(8)双级时效
将步骤(7)所制得的二次冷却杆坯进行真空热处理，惰性气体保护，采用双级时效，双级时效流程为加热到时效温度350℃保温1h后升温到450℃保温3h；
(9)拉拔成型
将步骤(8)双极时效处理后的杆坯拉拔成所需截面尺寸的接触线，拉拔过程采用乳化液喷淋冷却，拉拔速度控制在10-20m/min，所得接触线的截面面积为110mm2。
实施例5
该高强耐磨铜合金接触线，按重量百分比计，组成为：Cr 0.30％、Zr 0.07％、Al2O30.07％、Re 0.10％、铜99.39％，不可避免的杂质0.07％。
上述高强耐磨铜合金接触线的制备工艺，包括如下步骤：
(1)合金产品配制
熔化温度为1150-1250℃，熔炼炉内待阴极铜完全熔化后，向熔炼炉上方通入充满N2，N2气流量为20L/min；熔炼炉表面覆盖一层鳞片石墨和木炭，然后添加合金，合金添加顺序为，先添加Cr、Zr中间合金，待Cr、Zr中间合金熔化后添加Re中间合金，最后添加Cu-Al2O3合金；保温温度为1100-1200℃，保温时间＞15min；
(2)半固态处理
待步骤(1)中液态合金产品保温结束后，引入到在线半固态处理装置内，进行半固态处理，半固态处理装置处于木炭中，半固态处理的温度为1083℃；
(3)水平连铸
将步骤(2)所得的处于半固态状态的熔体，通过水平连铸结晶器进行铸坯引铸，铸坯直径范围40-90mm；
(4)连续挤压
将步骤(3)所得的铸坯进行连续挤压，挤压杆直径范围25-35mm，铸坯进线速度控制在5-7m/min，得杆坯；
(5)第一次冷加工
使用拉拔设备将步骤(4)所制得的杆坯加工至22-30mm，总冷加工量＞40％；拉拔速度控制在15-25m/min，使用乳化液喷淋冷却，得一次冷却杆坯；
(6)固溶处理
将步骤(5)所制得的一次冷却杆坯进行固溶处理，固溶温度940℃，固溶时间2h，加热结束后立即放入水中淬火，淬火水温低于30℃，在水池中泡至室温；
(7)第二次冷加工
用拉拔设备将步骤(6)固溶、水淬处理得到的杆坯加工至15-20mm，拉拔速度控制在20-30m/min，并用乳化液喷淋冷却，总冷加工变形量＞50％，每道冷加工变形量＞15％，得二次冷却杆坯；
(8)双级时效
将步骤(7)所制得的二次冷却杆坯进行真空热处理，惰性气体保护，采用双级时效，双级时效流程为加热到时效温度400℃保温1h后升温到500℃保温4h；
(9)拉拔成型
将步骤(8)双极时效处理后的杆坯拉拔成所需截面尺寸的接触线，拉拔过程采用乳化液喷淋冷却，拉拔速度控制在10-20m/min，所得接触线的截面面积为120mm2。
实施例6
该高强耐磨铜合金接触线，按重量百分比计，组成为：Cr 0.40％、Zr 0.05％、Al2O30.06％、Re 0.20％、铜99.24％，不可避免的杂质0.05％。
上述高强耐磨铜合金接触线的制备工艺，包括如下步骤：
(1)合金产品配制
熔化温度为1150-1250℃，熔炼炉内待阴极铜完全熔化后，向熔炼炉上方通入充满N2，N2气流量为20L/min；熔炼炉表面覆盖一层鳞片石墨和木炭，然后添加合金，合金添加顺序为，先添加Cr、Zr中间合金，待Cr、Zr中间合金熔化后添加Re中间合金，最后添加Cu-Al2O3合金；保温温度为1100-1200℃，保温时间＞15min；
(2)半固态处理
待步骤(1)中液态合金产品保温结束后，引入到在线半固态处理装置内，进行半固态处理，半固态处理装置处于木炭中，半固态处理的温度为1081℃；
(3)水平连铸
将步骤(2)所得的处于半固态状态的熔体，通过水平连铸结晶器进行铸坯引铸，铸坯直径范围40-90mm；
(4)连续挤压
将步骤(3)所得的铸坯进行连续挤压，挤压杆直径范围25-35mm，铸坯进线速度控制在5-7m/min，得杆坯；
(5)第一次冷加工
使用拉拔设备将步骤(4)所制得的杆坯加工至22-30mm，总冷加工量＞40％；拉拔速度控制在15-25m/min，使用乳化液喷淋冷却，得一次冷却杆坯；
(6)固溶处理
将步骤(5)所制得的一次冷却杆坯进行固溶处理，固溶温度960℃，固溶时间2h，加热结束后立即放入水中淬火，淬火水温低于30℃，在水池中泡至室温；
(7)第二次冷加工
用拉拔设备将步骤(6)固溶、水淬处理得到的杆坯加工至15-20mm，拉拔速度控制在20-30m/min，并用乳化液喷淋冷却，总冷加工变形量＞50％，每道冷加工变形量＞15％，得二次冷却杆坯；
(8)双级时效
将步骤(7)所制得的二次冷却杆坯进行真空热处理，惰性气体保护，采用双级时效，双级时效流程为加热到时效温度300℃保温1h后升温到400℃保温3h；
(9)拉拔成型
将步骤(8)双极时效处理后的杆坯拉拔成所需截面尺寸的接触线，拉拔过程采用乳化液喷淋冷却，拉拔速度控制在10-20m/min，所得接触线的截面面积为120mm2。
实施例7
该高强耐磨铜合金接触线，按重量百分比计，组成为：Cr 0.50％、Zr 0.03％、Al2O30.03％、Re 0.25％、铜99.15％，不可避免的杂质0.04％。
上述高强耐磨铜合金接触线的制备工艺，包括如下步骤：
(1)合金产品配制
熔化温度为1150-250℃，熔炼炉内待阴极铜完全熔化后，向熔炼炉上方通入充满N2，N2气流量为20L/min；熔炼炉表面覆盖一层鳞片石墨和木炭，然后添加合金，合金添加顺序为，先添加Cr、Zr中间合金，待Cr、Zr中间合金熔化后添加Re中间合金，最后添加Cu-Al2O3合金；保温温度为1100-1200℃，保温时间＞15min；
(2)半固态处理
待步骤(1)中液态合金产品保温结束后，引入到在线半固态处理装置内，进行半固态处理，半固态处理装置处于木炭中，半固态处理的温度为1082℃；
(3)水平连铸
将步骤(2)所得的处于半固态状态的熔体，通过水平连铸结晶器进行铸坯引铸，铸坯直径范围40-90mm；
(4)连续挤压
将步骤(3)所得的铸坯进行连续挤压，挤压杆直径范围25-35mm，铸坯进线速度控制在5-7m/min，得杆坯；
(5)第一次冷加工
使用拉拔设备将步骤(4)所制得的杆坯加工至22-30mm，总冷加工量＞40％；拉拔速度控制在15-25m/min，使用乳化液喷淋冷却，得一次冷却杆坯；
(6)固溶处理
将步骤(5)所制得的一次冷却杆坯进行固溶处理，固溶温度980℃，固溶时间1.5h，加热结束后立即放入水中淬火，淬火水温低于30℃，在水池中泡至室温；
(7)第二次冷加工
用拉拔设备将步骤(6)固溶、水淬处理得到的杆坯加工至15-20mm，拉拔速度控制在20-30m/min，并用乳化液喷淋冷却，总冷加工变形量＞50％，每道冷加工变形量＞15％，得二次冷却杆坯；
(8)双级时效
将步骤(7)所制得的二次冷却杆坯进行真空热处理，惰性气体保护，采用双级时效，双级时效流程为加热到时效温度350℃保温2h后升温到450℃保温4h；
(9)拉拔成型
将步骤(8)双极时效处理后的杆坯拉拔成所需截面尺寸的接触线，拉拔过程采用乳化液喷淋冷却，拉拔速度控制在10-20m/min，所得接触线的截面面积为85mm2。
实施例8
该高强耐磨铜合金接触线，按重量百分比计，组成为：Cr 0.60％、Zr 0.01％、Al2O30.01％、Re 0.30％、铜99.05％，不可避免的杂质0.03％。
上述高强耐磨铜合金接触线的制备工艺，包括如下步骤：
(1)合金产品配制
熔化温度为1150-1250℃，熔炼炉内待阴极铜完全熔化后，向熔炼炉上方通入充满N2，N2气流量为20L/min；熔炼炉表面覆盖一层鳞片石墨和木炭，然后添加合金，合金添加顺序为，先添加Cr、Zr中间合金，待Cr、Zr中间合金熔化后添加Re中间合金，最后添加Cu-Al2O3合金；保温温度为1100-1200℃，保温时间＞15min；
(2)半固态处理
待步骤(1)中液态合金产品保温结束后，引入到在线半固态处理装置内，进行半固态处理，半固态处理装置处于木炭中，半固态处理的温度为1083℃；
(3)水平连铸
将步骤(2)所得的处于半固态状态的熔体，通过水平连铸结晶器进行铸坯引铸，铸坯直径范围40-90mm；
(4)连续挤压
将步骤(3)所得的铸坯进行连续挤压，挤压杆直径范围25-35mm，铸坯进线速度控制在5-7m/min，得杆坯；
(5)第一次冷加工
使用拉拔设备将步骤(4)所制得的杆坯加工至22-30mm，总冷加工量＞40％；拉拔速度控制在15-25m/min，使用乳化液喷淋冷却，得一次冷却杆坯；
(6)固溶处理
将步骤(5)所制得的一次冷却杆坯进行固溶处理，固溶温度1000℃，固溶时间1h，加热结束后立即放入水中淬火，淬火水温低于30℃，在水池中泡至室温；
(7)第二次冷加工
用拉拔设备将步骤(6)固溶、水淬处理得到的杆坯加工至15-20mm，拉拔速度控制在20-30m/min，并用乳化液喷淋冷却，总冷加工变形量＞50％，每道冷加工变形量＞15％，得二次冷却杆坯；
(8)双级时效
将步骤(7)所制得的二次冷却杆坯进行真空热处理，惰性气体保护，采用双级时效，双级时效流程为加热到时效温度400℃保温1h后升温到500℃保温5h；
(9)拉拔成型
将步骤(8)双极时效处理后的杆坯拉拔成所需截面尺寸的接触线，拉拔过程采用乳化液喷淋冷却，拉拔速度控制在10-20m/min，所得接触线的截面面积为110mm2。
性能测试：
对比例的接触线组分含量如下表2：
表2
序号 Cu Cr Zr Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Re 杂质含量
对比例1 99.30 0.10 0.10 0.12 0.30 0.08
对比例2 99.44 0.40 0.05 0.06 0 0.05
对比例3 99.30 0.40 0.05 0 0.20 0.05
对比例4 98.95 0.60 0.01 0.01 0.40 0.03
对比例1的铜合金接触线制备工艺如实施例1的制备工艺，不再详述。对比例2、对比例3的铜合金接触线制备工艺如实施例6的制备工艺，不再详述。对比例4的铜合金接触线制备工艺如实施例8的制备工艺，不再详述。
对本发明各实施例及对比例的铜合金接触线进行性能测试，结果如下表3：
表3接触线的性能指标
测试组 抗拉强度MPa 相对电导率％IACS 400℃退火2h后强度MPa
实施例1 615 80.5 572
实施例2 614 82.1 571
实施例3 602 80.3 560
实施例4 601 82.0 559
实施例5 608 81.5 563
实施例6 611 81.0 570
实施例7 609 81.6 566
实施例8 616 80.2 587
对比例1 621 79.5 580
对比例2 612 78.3 570
对比例3 586 81.0 541
对比例4 616 80.2 586
上述实施例1-8制备的铜合金接触线均显示了较高的强度及较好的导电性、耐高温性及耐磨性。相比现有接触线，具有更优异的性能，可以选择作为高速铁路尤其是时速在每小时400公里以上的高速铁路接触线材料。
如上表3，对比例的铜合金接触线，在稀土元素添加量超出或低于本方案范围之外时，产品性能劣势大，抗拉强度和导电率不能同时满足高要求接触线性能；只添加稀土元素或金属氧化物，亦无法满足高时速里程高速铁路接触线性能指标的要求。
上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。
本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种高强耐磨铜合金接触线，其特征在于，按重量百分比计，包括稀土元素0.01-0.30％、金属氧化物0.01-0.10％、余量为铜合金。
2.根据权利要求1所述的高强耐磨铜合金接触线，其特征在于，所述铜合金中各成分的重量百分比组成为：Cr 0.10-0.60％，Zr 0.01-0.10％，余量为铜。
3.根据权利要求1或2所述的高强耐磨铜合金接触线，其特征在于，所述稀土元素为Re，所述金属氧化物为Al2O3、ZrO2、SiO2、Y2O3或ThO2。
4.一种制备如权利要求1-3任一项所述的高强耐磨铜合金接触线的工艺，其特征在于，包括如下操作步骤：
(1)合金产品配制：按一定顺序添加各组分，得液态合金产品，保温处理，得备用；
(2)在线熔体半固态处理：对步骤(1)制得的液态合金产品进行在线半固态处理，得熔体；
(3)水平连铸：对步骤(2)的熔体进行铸坯引铸；
(4)连续挤压：对步骤(3)的铸坯进行连续挤压处理，得杆坯；
(5)第一次冷加工：对步骤(4)的杆坯进行乳化液喷淋冷却处理，得一次冷却杆坯；
(6)固溶处理：对步骤(5)的一次冷却杆坯进行固溶、水淬处理；
(7)第二次冷加工：对步骤(6)固溶、水淬处理得到的杆坯进行乳化液喷淋冷却，得二次冷却杆坯；
(8)双级时效：对步骤(7)的二次冷却杆坯进行300-400℃的一级时效保温和400-500℃的二级时效保温；
(9)拉拔成型：将步骤(8)双极时效处理后的杆坯拉拔成所需截面尺寸的接触线，即得。
5.根据权利要求4所述的制备高强耐磨铜合金接触线的工艺，其特征在于，步骤(1)保温温度为100-1200℃，保温时间＞15min；
步骤(2)在线熔体半固态处理温度为1081-1083℃；
步骤(3)铸坯直径范围40-90mm；
步骤(4)挤压处理的杆坯进线速度控制在5-7m/min；
步骤(5)第一次冷加工的拉拔速度控制在15-25m/min；
步骤(6)的固溶温度900-1000℃，固溶时间1-3h，加热结束后立即放入水中淬火，淬火水温低于30℃，在水池中泡至室温；
步骤(7)第二次冷加工的拉拔速度控制在20-30m/min；
步骤(8)一级时效保温1-2h；二级时效保温2-5h。
6.根据权利要求4所述的制备高强耐磨铜合金接触线的工艺，其特征在于，步骤(1)合金产品配制步骤为：按照先添加Cr、Zr，溶化后添加稀土元素，最后添加Al2O3的顺序，配制得合金产品。
7.根据权利要求6所述的制备高强耐磨铜合金接触线的工艺，其特征在于，所述Al2O3为Al2O3粉末。
8.根据权利要求4所述的制备高强耐磨铜合金接触线的工艺，其特征在于，步骤(1)合金产品配制步骤为：按照先添加Cu-Cr中间合金、Cu-Zr中间合金，溶化后添加稀土元素，最后添加Cu-Al2O3合金的顺序，配制得合金产品。
9.根据权利要求4所述的制备高强耐磨铜合金接触线的工艺，其特征在于，还包括对步骤(7)二次冷却杆坯进行真空热处理，惰性气体保护的步骤。
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