[发明专利]一种用于电机制造的铜材及其制造方法

说明书

技术领域

    本发明涉及冶金领域，尤其涉及微合金化的铜材，特别是一种用于电机制造的铜材及其制造方法。

背景技术

铜因为其优良的导电性、良好的抗氧化和耐腐蚀性、较好的机械性能及易加工成型的性能，被广泛用于电力输送、机电制造以及其他各个领域。

在以电能为动力源的设备中，电机是设备的心脏。在电机的构造中，以铜为主要用材的电机转子绕组导条便是维持其心脏正常工作的主动脉。大型电机的每次启动都会对转子导条造成巨大的能量输入。以用于城市轨道高速列车为代表的大转矩牵引电机，其工作特点是重载启动甚至是超载启动，并且启停周期短、频率高。电机在启停过程中，堵转能转化为热能使得电机转子产生高热，随着导条温度的升高，其抗拉强度会明显下降。由于发热和冷却反复进行，导条受交变应力影响，极易被拉断或因胀鼓使转子绕组与定子摩擦，影响设备的正常运转，成为电机故障失效的主要形式。

现有技术中，采用纯铜制造此类大型电机，并用加大导条截面积的方法来提高导条的强度，以完成在高负荷下的承载能力。另外，也有采用铜锰合金或铝合金来替代纯铜来制作电机转子绕组导条。

采用前一种方案，加大电机转子绕组导条的截面积，虽然其抗拉强度及刚性都有所提高，但大型电机的各零部件的尺寸都对应有所增加，导致了电机体积与重量被迫增加。由于电机转子绕组转动惯量的增加而产生的自耗能也随之增加。

铜锰合金及其他金属与铜构成的合金铜，由于这些金属中往往会含有其他金属元素，使得这些合金铜的化学性质、导电性能、机械性能极不稳定，焊接性差。用此类合金铜制作电机转子绕组导条的端部容易拉断。

铝合金因其强度与抗疲劳极限比铜低，在相同的应用场合，其工作可靠性及使用寿命不如铜材。

发明内容

本发明提供了一种用于电机制造的铜材，所述的这种用于电机制造的铜材要解决现有技术中合金铜构成的大型电机转子的导条机械和物理性能差的技术问题。

本发明的这种用于电机制造的铜材，由铜和硅组成，所述的硅在所述的铜材中的重量百分比为0.2%～2%，余量为所述的铜。

进一步的，所述的硅在所述的铜材中的重量百分比为0.2%～0.5%。

进一步的，所述的硅在所述的铜材中的重量百分比为0.5%～0.9%。

进一步的，所述的硅在所述的铜材中的重量百分比为0.9%～1.3%。

进一步的，所述的硅在所述的铜材中的重量百分比为1.3%～2%。

进一步的，所述的铜为一号阴极铜。

本发明还提供了上述铜材的制造方法，其中，按照重量百分比分别称取铜和硅，将剪切成条状的阴极铜和碎石状的硅一起投入炉膛，然后加热待熔体，待熔体成熔融状时充分搅拌并使硅均匀地熔融扩散到铜的熔体中，熔体温度达到1150℃～1170℃时，停止搅拌，静炉10～15分钟后开始浇铸并得到铸锭，然后将铸锭加热至880℃～920℃，再在挤压机上采用水封热挤压得到拉伸坯料，挤压速度为38mm/s～50mm/s，最后通过冷拉拔得到铜材。

经试验证实：硅和铜有很强的结合力，在铜处于熔融状态时，硅能容易的熔融扩散到铜的溶体中，并且能使这种合金铜比纯铜具有更好的机械性能。纯铜所制的电机转子绕组导条的抗拉强度为250～270MPa、延伸率为7%～10%，含硅合金铜所制的电机转子绕组导条的抗拉强度为270～310 MPa、延伸率大于14%。由于硅是一种半导体材料，因此它的加入可有效调整合金铜的电导率以满足电机设计参数的要求。合金铜中硅含量在0.2%～2%之中时，合金铜可达到本发明的目的。如果合金铜中硅含量在0.2%之内，其机械性能及高热维持机械性能的临界温度将明显下降；如果合金铜中硅含量在2%之上时其焊接性能将明显下降。

本发明和已有技术相比较，其效果是积极和明显的。本发明克服了现有用于电机转子绕组导条的材料在性能上的不足，提供一种新型微合金化的铜材。本发明的铜材具有较强的抗氧化、抗侵蚀能力，恰当的电导率，良好的机械性能，特别是具有在高热的条件下其机械性能指标不发生变化的特性。本发明用于大型电机的转子导条的制造时，可相对减小电机的体积及重量，提高其工作的可靠性，延长使用寿命。

具体实施方式

本发明提供了一种用于电机制造的铜材，由铜和硅组成，所述的硅占所述的铜材的重量百分比为0.2%～2%，余量为所述的铜。

进一步的，所述的铜为一号阴极铜。