[发明专利]一种铜包铝双金属复合线材的生产设备及工艺

说明书

技术领域：

本发明提供的一种铜包铝双金属复合线材的生产设备及工艺，属于金属材料加工技术领域。

背景技术：

铜包铝双金属复合线材(Copper clad aluminum,CCA)是在铝芯线外表面同心包覆铜层，使两种金属在界面形成原子间的冶金结合形成一个整体金属线材，保证使用性能的前提下，同时具备两种金属的优点。铜包铝双金属复合线材具有导电性好、密度小，质地软、耐蚀性好、易钎焊、价格低廉等特点，是纯铜芯电缆的新型替代产品。特别在高频传输时，由于“集肤效应”的作用，电流集中在导体的表面层传输，应用铜包铝线不但可以降低使用成本，而且会保证良好的信号传输质量。如果把直径较小的铜包铝双金属复合线材作为轻型电磁线应用于航空航天、仪表线圈、计算机、电子设备和音响线圈中，则具有更高的附加值。目前铜包铝双金属复合线材的加工方法很多，大体可分为固-固相复合法和液-固相复合法两大类(见：徐高磊等，有色金属加工，Vol.37，No.4(2008)，p.6)。固-固相复合法包括轧制复合，侧向挤压复合，连续挤压复合，拉拔复合等；液-固相复合法包括充芯连铸，水平连铸直接复合成形(见：谢建新等，一种包复材料水平连铸直接复合成形设备与工艺，中国专利：ZL200610112817.3)等。固-固相复合法虽然可以保证良好的外形尺寸要求，但界面结合强度难以达到牢固的冶金给合；液-固相复合法中的充芯连铸法是采用上下两个加热设备，使芯部金属与外层金属分别在上下两个加热器中熔化，在两个加热器中的温度达到规定的温度时，在电机动力牵引的引锭杆的作用下，牵引外层金属液进入结晶器，在结晶器和导流管中形成外层金属管，芯部金属液随之进入外层金属管中，然后在一定的拉速下实现芯部金属和外层金属的复合。水平连铸直接复合成形的基本原理与充芯连铸法相似，不同的是引锭杆的引出方向由竖直变为水平，因此增加了制品的长度。由于液-固相复合法中的外层铜管是铸造铜管，其存在铸造固有的一些组织缺陷，如疏松，缩孔或收缩不均等，影响铜包铝双金属复合线材的质量，对截面外形复杂的双金属复合线材难以加工。本发明提出一种新型的铜包铝双金属复合线材的生产设备及工艺，穿孔挤压结合连铸充芯的方法克服了上述的不足，不仅使外层的铜管具有挤压组织结构，同时，外层铜管的挤出，使管内形成的负压，在形成铝芯时有效地避免了补缩不足的情况出现。通过挤压模具的设计，外层铜管截面形状不再受任何的限制。外层铜与铝芯间的界面为冶金结合，从而保证了结合的强度。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种铜包铝双金属复合线材的生产设备及工艺，可以实现铜包铝双金属线材的短流程制备，设备简单，节能，生产效率高，适用于大规格工业化生产。穿孔挤压结合连铸充芯的方法不仅使外层的铜管具有挤压组织结构，同时，外层铜管的挤出，使管内形成的负压，在形成铝芯时有效地避免了补缩不足的情况出现。通过挤压模具的设计，外层铜管截面形状不再受任何的限制。外层铜与铝芯间的界面为牢固的冶金结合，从而保证了结合的强度。

本发明的设备由加热元件1、铝液控温坩埚2、芯部金属浇注塞棒3、测温仪4、压力机构5、挤压杆7、空心穿孔针8、挤压筒10、挤压模具11、冷却装置13、水槽14、张力机构15和收卷机16组成。铝液控温坩埚2嵌入到挤压筒10内的挤压杆7中，铝液控温坩埚2流出口与穿孔针8的中心孔相接。穿孔针8与挤压杆7连接，挤压模具11安装在挤压筒10的底部，铝液控温坩埚2流出孔的中心、空心穿孔针8的中心和挤压模具11模孔的中心在同一条轴线上；挤压筒10的外部装有加热元件1，水槽14安装在冷却装置13的下部，张力机构15设置在水槽14与收卷机16之间。

本发明的工艺过程为将铜坯放入挤压筒10，铝锭放入控温坩埚2，挤压筒10外部的加热元件1升温到700-950℃，保温10-200min，在压力机构5的作用下，挤压杆7下移，对挤压筒10内的铜坯进行穿孔挤压，形成包覆层铜管，挤压速度为1～600mm/min，挤压比为5～30，管材的截面为圆形、方形、星形、扁形或复杂的异形截面；当铜管挤出模具时，拉开芯部金属铝液的浇注塞棒3，由于管内负压的作用，铝液被吸入铜管中凝固，在冷却装置13和水槽14进一步冷却后通过张力机构15，最后，在收卷机16上进行卷曲收集。卷曲收集速度与挤压管材产品的挤出速度保持一致，冷却方式可以采用水冷(喷水速度为1-2000mm/s)或风冷(风速为1-5000mm/s)。

本发明的优点在于：