本發(fā)明屬于電工合金領域，具體涉及一種銅鋁液熔合金母線的制備方法。
背景技術：
母線指用高導電率的銅、鋁質材料制成的，用以傳輸電能，具有匯集和分配電力的產品。電廠或變電站輸送電能用的總導線。通過它，把發(fā)電機、變壓器或整流器輸出的電能輸送給各個用戶或其他變電所。
銅可以提供更強的導電效果，且不易被腐蝕，現(xiàn)已廣泛地應用于導電和導熱體的材料中，但是其價格昂貴，我國也不是富銅國家。鋁材料力學性質優(yōu)異，成本相對于銅低，但其導電性能差。
銅鋁復合材料作為新型復合材料的一種，不僅具有銅的導電、導熱率高、接觸電阻低和外表美觀等優(yōu)點，也具有鋁的質輕、耐腐、經濟等優(yōu)點。采用固相復合技術生產的銅鋁復合板，還具有結合面過渡電阻和熱阻抗低、耐蝕、耐用、延展性和成型性好等綜合性能，可廣泛用于電子、電器、電力、冶金設備、機械、汽車、能源和生活用具等各個領域。現(xiàn)有銅鋁生產方法中，如澆注法、水平連鑄法、擠壓法、靜液擠壓法、套管拉拔法、包覆焊接法和軋制壓接法，均難以制備斷面尺寸較大、包覆銅層厚度薄且均勻以及銅鋁結合界面達到完全冶金結合的高性能銅鋁復合母線排。在力學性能和導電性能上，在現(xiàn)實中尚不能穩(wěn)定體現(xiàn)良好地效果，滿足市場的期待。
技術實現(xiàn)要素：
本部分的目的在于概述本發(fā)明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本申請的說明書摘要和發(fā)明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發(fā)明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發(fā)明的范圍。
鑒于上述和/或現(xiàn)有銅鋁液熔合金母線的技術空白，提出了本發(fā)明。
因此，本發(fā)明其中的一個目的是解決現(xiàn)有技術中的不足，提供一種高性能的銅鋁液熔合金母線的制備方法。
為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了如下技術方案：一種銅鋁液熔合金母線的制備方法，包括，預處理，除去鋁棒表面氧化層和銅管內壁氧化物，對銅管做預熱處理；中間合金制備，將鋁棒高溫熔化，通入惰性氣體，加入稀土元素，高能超聲處理，制得中間合金；制備漿料，將鋁棒高溫熔化，添加中間合金，快速冷卻，制備半固態(tài)漿料，保溫；擠壓制坯，將經預熱銅管放入到液壓機的凹模型腔中，再將半固態(tài)稀土鋁液漿料定量澆注至凹模型腔中，液壓機通過凹模型腔進行快速擠壓成型，保溫；軋制冷卻，進行多道次連續(xù)軋制，放置于空氣中冷卻。
作為本發(fā)明所述銅鋁液熔合金母線的制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述預熱處理，其溫度為500～600℃，時間為0.5～2h。
作為本發(fā)明所述銅鋁液熔合金母線的制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述高溫熔化，其溫度為720～750℃。
作為本發(fā)明所述銅鋁液熔合金母線的制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述制備漿料，其中，所述快速冷卻，其冷卻速度為15～25℃/min。
作為本發(fā)明所述銅鋁液熔合金母線的制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述稀土元素，其添加量為鋁棒質量的10～12％。
作為本發(fā)明所述銅鋁液熔合金母線的制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述稀土元素包括鑭鈰合金顆粒，其粒徑為50～100nm。
作為本發(fā)明所述銅鋁液熔合金母線的制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述高能超聲處理，其功率為1300～1600W，頻率為15～25kHz，溫度為660～720℃，時間為15～25min。
作為本發(fā)明所述銅鋁液熔合金母線的制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述制備漿料，其中，所述保溫，其溫度為580～600℃。
作為本發(fā)明所述銅鋁液熔合金母線的制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述擠壓制坯，其中，所述保溫，其溫度為550～600℃，時間為1～2h。
作為本發(fā)明所述銅鋁液熔合金母線的制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述多道次連續(xù)軋制，其中，單道次軋制壓下率為15～40％，總軋制壓下率為50～70％。
本發(fā)明的有益效果：
(1)本發(fā)明所提供的銅鋁液熔合金母線的制備方法，可制備斷面尺寸較大、包覆銅層厚度薄且均勻以及銅鋁結合界面達到完全冶金結合的高性能銅鋁復合母線排。
(2)本發(fā)明所制得的銅鋁液熔合金母線，其力學性能相較于市售同類產品，能穩(wěn)定體現(xiàn)更優(yōu)異的結合和拉伸性能；
(3)本發(fā)明所制得的銅鋁液熔合金母線，具有優(yōu)異的導電性能，測定其導電率穩(wěn)定高出同類產品10％；
(4)本發(fā)明所提供的制備銅鋁液熔合金母線的的制備方法，節(jié)能環(huán)保，具有很好的工業(yè)應用前景。
具體實施方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合具體實施例對本發(fā)明的具體實施方式做詳細的說明。
在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發(fā)明內涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。
其次，此處所稱的“一個實施例”或“實施例”是指可包含于本發(fā)明至少一個實現(xiàn)方式中的特定特征、結構或特性。在本說明書中不同地方出現(xiàn)的“在一個實施例中”并非均指同一個實施例，也不是單獨的或選擇性的與其他實施例互相排斥的實施例。
實施例1：
預處理：除去鋁棒表面氧化層和銅管內壁氧化物，對銅管做預熱處理，其溫度為500℃；
中間合金制備：將鋁棒置于750℃高溫熔化，通入N2惰性氣體，加入12wt％粒徑為＜100nm的鑭鈰合金顆粒，設置參數(shù)功率1300W，頻率15kHz，溫度720℃，高能超聲處理15min；
制備漿料：將鋁棒置于750℃高溫熔化，并添加上述中間合金，快速冷卻，制備半固態(tài)漿料，在580℃下，保溫15min；
擠壓制坯：將經預熱銅管放入到液壓機的凹模型腔中，再將半固態(tài)稀土鋁液漿料定量澆注至凹模型腔中，液壓機通過凹模型腔進行快速擠壓成型，在580℃下，保溫1.5h；
軋制冷卻：進行多道次連續(xù)軋制，單道次軋制壓下率為15％，總軋制壓下率為60％，放置于空氣中冷卻5h。制得樣品1。
實施例2：
預處理：除去鋁棒表面氧化層和銅管內壁氧化物，對銅管做預熱處理，其溫度為550℃；
中間合金制備：將鋁棒置于720℃高溫熔化，通入N2惰性氣體，加入12wt％粒徑為＜100nm的鑭鈰合金顆粒，設置參數(shù)功率1500W，頻率25kHz，溫度660℃，高能超聲處理20min；
制備漿料：將鋁棒置于750℃高溫熔化，并添加上述中間合金，快速冷卻，制備半固態(tài)漿料，在550℃下，保溫15min；
擠壓制坯：將經預熱銅管放入到液壓機的凹模型腔中，再將半固態(tài)稀土鋁液漿料定量澆注至凹模型腔中，液壓機通過凹模型腔進行快速擠壓成型，在580℃下，保溫2h；
軋制冷卻：進行多道次連續(xù)軋制，單道次軋制壓下率為15％，總軋制壓下率為60％，放置于空氣中冷卻8h。制得樣品2。
實施例3：
預處理：除去鋁棒表面氧化層和銅管內壁氧化物，對銅管做預熱處理，其溫度為600℃；
中間合金制備：將鋁棒置于740℃高溫熔化，通入SF6惰性氣體，加入12wt％粒徑為＜100nm的鑭鈰合金顆粒，設置參數(shù)功率1600W，頻率20kHz，溫度700℃，高能超聲處理25min；
制備漿料：將鋁棒置于750℃高溫熔化，并添加上述中間合金，快速冷卻，制備半固態(tài)漿料，在600℃下，保溫15min；
擠壓制坯：將經預熱銅管放入到液壓機的凹模型腔中，再將半固態(tài)稀土鋁液漿料定量澆注至凹模型腔中，液壓機通過凹模型腔進行快速擠壓成型，在580℃下，保溫1h；
軋制冷卻：進行多道次連續(xù)軋制，單道次軋制壓下率為20％，總軋制壓下率為60％，放置于空氣中冷卻6h。制得樣品3。
實施例4：
取市售銅包鋁母線為樣品4，取上述實施例樣品1、2、3。
母線銅層剝離力測定：對樣品外層銅做剝離操作。將母線固定在萬能試驗機上，在萬能試驗機作用下對所剝離部分施加力F，且所施加的力勻速增大，當所F的著力點移動速度穩(wěn)定時，此時F近似于銅層的剝離力。
母線拉伸性能測試：將母線按GB/T16865-1997加工成標準試棒，然后以2mm/min的拉伸速率在型號為WEW-1000D的電子萬能試驗機上進行拉伸性能測試。
實驗結果，如下表：
由結果可見，本發(fā)明所制得的銅鋁液熔合金母線，在力學性能上，相比于普通市售銅包鋁母線，體現(xiàn)出更加優(yōu)異的效果。這是因為，液熔鋁浸鍍銅的超潤濕現(xiàn)象和稀土元素的對晶粒的凈化和細化作用相互正協(xié)同。
經發(fā)明者研究發(fā)現(xiàn)，稀土元素作為一種表面活性物質，在高能超聲作用下，降低鋁液中晶核的表面張力，繼而其形核幾率和形核速率大大提高，與此同時，其擴散速率因為晶核的擴散激活能的提高而大大降低，宏觀上，晶核長大即被阻止，換言說，稀土元素強力抑制了鋁液中晶粒粒徑增大。而在保溫過程中，這一作用被進一步鞏固和增強。
基于此，在進一步浸鍍銅時，在富鋁且鋁的晶粒因為稀土被細化的前提下，就保證了稀土鋁液同銅具有極佳的潤濕性，一方面接觸角接近0°，另一方面高強度的連接被構建，也即發(fā)生了“超潤濕現(xiàn)象”。
另外，再加上稀土元素本身的固溶強化作用與晶粒細化作用共同影響下，故而鞏固和加強了正協(xié)同效果，呈現(xiàn)出較佳的力學性能。
實施例5：
取上述樣品1、樣品2、樣品3、樣品4，切成試塊，并進行熱處理機制處理。對試樣的銅層表面進行打磨，去除表面的氧化層，然后采用FD-101型數(shù)字渦流金屬電導率測量儀進行電導率測量。采用Ms/m作為計量單位。
實驗結果，如下表：
由結果可見，本發(fā)明所制得的銅鋁液熔合金母線，在導電性能上，相比于普通市售銅包鋁母線，體現(xiàn)出更加優(yōu)異的效果。這是因為，液熔鋁浸鍍銅的超潤濕現(xiàn)象和稀土元素的對晶粒的凈化和細化作用相互正協(xié)同。
經發(fā)明者研究發(fā)現(xiàn)，稀土元素作為一種表面活性物質，在高能超聲作用下，降低鋁液中晶核的表面張力，繼而其形核幾率和形核速率大大提高，與此同時，其擴散速率因為晶核的擴散激活能的提高而大大降低，宏觀上，晶核長大即被阻止，換言說，稀土元素強力抑制了鋁液中晶粒粒徑增大。而在保溫過程中，這一作用被進一步鞏固和增強。基于此，在進一步浸鍍銅時，在富鋁且鋁的晶粒因為稀土被細化的前提下，就保證了稀土鋁液同銅具有極佳的潤濕性，一方面接觸角接近0°，另一方面高強度的連接被構建，也即發(fā)生了“超潤濕現(xiàn)象”?；谏鲜鲎饔?，稀土元素可在合金層均勻分布，繼而其除雜作用使得固溶雜質散射效應降低從而提高合金的導電性能。
由此可見，本發(fā)明所提供的銅鋁液熔合金母線的制備方法，可制備斷面尺寸較大、包覆銅層厚度薄且均勻以及銅鋁結合界面達到完全冶金結合的高性能銅鋁復合母線排；本發(fā)明所制得的銅鋁液熔合金母線，其力學性能相較于市售同類產品，能穩(wěn)定體現(xiàn)更優(yōu)異的結合和拉伸性能；本發(fā)明所制得的銅鋁液熔合金母線，具有優(yōu)異的導電性能，測定其導電率穩(wěn)定高出同類產品10％；本發(fā)明所提供的制備銅鋁液熔合金母線的的制備方法，節(jié)能環(huán)保，具有很好的工業(yè)應用前景。
應說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。