[發明專利]一種Cu-Fe-Sn導電材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201310181019.6
• 申請日: 2013-05-16
• 公開（公告）號: CN103233139A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 張俊婷;王宥宏;楊雨潭;崔小朝;虞明香
• 申請（專利權）人: 太原科技大學
• 主分類號: C22C9/00
• 分類號: C22C9/00;C22C1/02;C22F1/08;H01B1/02
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 王思俊

技術領域

本發明屬于制備合金材料技術領域，具體涉及一種具有高強度高導電率Cu-Fe-Sn材料及其制備方法。

背景技術

隨著電氣化鐵路的迅速發展，列車的運行速度越來越快，這就要求在加大接觸線懸掛張力的同時還要提高其載流能力和運行中的穩定性，以改善機車受流質量。接觸線是整個電氣化列車運行體系中的關鍵部件，因此要求接觸線材料必須具備高強度、耐高溫、耐磨損、良好的導電性能和高的抗軟化溫度，理想的電車接觸線材料其性能指標為：抗拉強度在550MPa以上，導電率大于80?%IACS，使用溫度在300℃時抗拉強度下降率在15%以下。到目前為止，世界各國開發出來的接觸線材料均滿足不了時速大于350Km/h高速鐵路的發展對接觸線材料的要求。因此，新一代高速鐵路網用接觸線的研究與開發受到各方的密切關注。

目前，從使用材料來看，國內外電氣化高速鐵路使用的接觸線主要分為三大類：純銅接觸線、銅合金接觸線和復合材料接觸線。

（一）純銅接觸線的抗拉強度一般為350MPa，電導率為97.5％IACS，軟化處理(300℃保溫2h)后，其抗拉強度只有未處理前的60%。純銅接觸線是無氧銅桿拉拔成型后使用的接觸線，其強化僅僅依靠加工硬化來實現。存在的問題是：①表面和內部硬化程度不一致，隨純銅接觸線冷加工率的提高強度增加，但更容易軟化，強度衰減很大；②純銅接觸線強度低，易發生斷線，弓網故障多；③純銅接觸線抗軟化溫度低，耐熱性能差；④純銅接觸線耐磨性差，隨著牽引電力機車功率增大，電氣磨耗增大，使其壽命大大縮短。因此，在高速、繁忙、重載線路上，純銅接觸線無法滿足要求，只適合在速度低于200km/h的低速鐵路上使用。

（二）銅合金接觸線相對于純銅接觸線來講，抗拉強度較高，耐磨性好，生產時在銅中加入少量的合金元素，通過微合金化在保持接觸線一定電導率的條件下來提高接觸線的強度和高溫軟化性能。表1所示為目前國內外銅合金接觸線的主要技術指標。從表1中可以看出目前國內外使用的銅合金接觸線都有各自的優點和不足之處，突出的問題是導電性好的材料其強度不高，強度高的材料其導電性不好，即合金的綜合性能不理想。

表1目前國內外銅合金接觸線的主要技術指標

（三）以鋼作為芯材被覆金屬鋁或在鋼芯上被覆金屬銅制備復合型接觸線為解決鐵路高速化的主要手段之一。鋼鋁接觸線和銅包鋼接觸線材料的強度和耐摩性得到提高，且具有高張力性、輕量性、耐摩性等重要性能指標，但由于其材料的熱膨脹系數不同及廢線處理等問題，使得其目前在使用上還受到了比較大的限制。

為推動高速鐵路的發展，國產銅及銅合金接觸線的研制開發成為我國企業和科研單位的重要課題之一。目前研制高強度高導銅合金的方法很多，如采用自生復合材料法制備的Cu-6～24wt%Ag、Cu-Cr-Ag等合金材料，其強度可達到1GPa，且導電率達到了80%?IACS。然而由于其生產成本很高，工藝控制困難，還不能成為銅合金接觸線大規模生產的方法。在接觸線的生產和研制中，采用傳統合金冶煉方法制得強度大于500MPa、電導率大于80%IACS的高強高導接觸線仍是努力發展的方向。

發明內容

本發明的目的是提供一種抗拉強度大于550MPa，導電率大于80?%IACS的Cu-Fe-Sn合金導線材料及其制備方法，適用于時速達350Km/h以上的高速電氣化鐵路列車運行的要求。

本發明是這樣實現的，其特征在于Cu-Fe-Sn導電材料的質量百分比是：Fe為1~10?wt.%，Sn為0.3~3wt.%，余量為Cu及不可避免的雜質，其制備方法是：

（1）配料，以電解銅、工業純鐵和工業純錫為原料，其中各元素含量的質量百分比為:Fe為1~10?wt.%，Sn為0.3~3wt.%，余量為Cu及不可避免的雜質。

（2）高頻熔煉：使用非真空高頻感應爐熔煉。由于是在大氣環境下熔煉銅合金，需要往金屬液體中加入0.3~1?wt.%的石墨,起“去氣”作用。

（3）進行澆鑄：將熔煉好的合金熔液注入用黃銅制作的模具中澆鑄。由于銅模的傳熱快，使得金屬液能夠快速凝固，從而有利于獲得細晶組織，提高材料的力學性能。

（4）正火處理：為了有效的消除鑄件在凝固過程中形成的鑄造應力，在對鑄件進行冷變形之前需先對鑄件進行高溫正火，正火溫度為700°C~750°C進行，正火時間為30~60?min。

（5）進行冷軋：冷軋后棒材在直徑方向的總變形量控制為30%~50%。