[发明专利]一种铜基复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及金属复合材料领域，特别是一种铜基复合功能材料。

背景技术

随着高速铁路的迅猛发展，对电气化铁路接触线所用材料的要求也越来越高。接触线是所有供电类导线中工作环境最恶劣的一种，正常工作时需要承受冲击、振动、温差变化、环境腐蚀、磨耗、电火花烧蚀和极大的工作张力，其性能直接影响到高速列车的安全运行。根据高速铁路的技术要求，电气化铁路接触线应满足以下性能：①抗拉强度高，综合拉断力不小于40kN；②高电导率以减少电能损耗；③耐磨性好，使用寿命不短于20年；④耐热性好，300℃保温2h后的抗拉强度不小于初始态的90％；⑤抗大气腐蚀性能好，这在空气污染严重、温暖潮湿的沿海及工业区尤为重要；⑥线膨胀系数小以提高接触网的稳定性。

从使用材料来看，电气化铁路接触线主要有3大类，分别是：纯铜接触线、铜合金接触线、复合金属接触线。所有元素中电导率最高纯银，纯铜笫二，纯金第三，纯铝第四，其它就更低。纯铜接触线是无氧铜杆拉拔成型后使用的接触线，其强化仅仅依靠加工硬化来实现，其优点是导电性优异，耐蚀性好，但强度低，易发生断线，抗软化温度低，耐热性能差，耐磨性差；随着牵引电力机车功率增大，其寿命大大缩短。银属贵金属成本太高。当今为提高电导率采用银铜售价均超过百万元一吨。因此，纯银和纯铜接触线无法满足高速电气化铁路的要求。而其它复合金属接触线，如铝包钢、铜包钢复合接触线等，其耐腐蚀性比铜和铜合金差。

采用合金化可以明显改善纯铜接触线的耐热性能，提高软化温度以及力学强度，同时利用多元微量的原则，可使合金元素对电导率的影响降至最小，满足高速电气化铁路对接触线的要求。因此，采用多元微量的传统合金冶炼方法，仍是高强高导铜合金接触线的发展方向。由于铜合金接触线高温强度高，耐磨性好，而相对电导率下降不大，所以目前在电气化铁路接触网中占主导地位。国外高速电气化铁路几乎全部采用铜合金接触线。我国铁道部从运输、供电安全可靠、减少维修及经济方面的考虑，也提倡在高速线路上推广使用铜合金接触线。

在接触线的研制中，常用的合金元素主要有Ag、Cd、Cr、Zr、Sn、Mg、Re等。目前,铜合金接触线材料的研发主要有以下几种：

(1)银铜合金型接触线，包括银铜和铜锡银。目前，研究主要集中于添加第三元素对银铜合金接触线性能的影响。结果表明，微量稀土元素的加入可以提高银铜接触线的强度、硬度和耐热性，而对银铜接触线的导电性影响很小。

(2)锡铜合金型接触线。这一类接触线制造工艺简单，成品率高，价格相对便宜。日本运行速度300km/h的东海道新干线和山阳新干线提速工程中采用新型铜锡合金接触线。

(3)铬锆铜合金接触线。这一类接触线具有较高的高温强度，并有较好的耐磨性能。

IACS：International Annealed Copper Standard，用来表征金属或合金的导电率(参比于标准退火纯铜)，一般定义标准退火纯铜的导电率为100％IACS，即5.80E+7(1/Ω·m)或58(m/Ω·mm&sup2；)。IACS制是将纯铜的电导率作100％，其他材料与之比较得出的数据。

抗拉强度(tensile strength)：试样拉断前承受的最大标称拉应力。

抗拉强度是金属由均匀塑性变形向局部集中塑性变形过渡的临界值，也是金属在静拉伸条件下的最大承载能力。对于塑性材料，它表征材料最大均匀塑性变形的抗力，拉伸试样在承受最大拉应力之前，变形是均匀一致的，但超出之后，金属开始出现缩颈现象，即产生集中变形；对于没有(或很小)均匀塑性变形的脆性材料，它反映了材料的断裂抗力。符号为RM，单位为MPa。

商品名为“C36000”的进口高耐磨铜合金：特性：＞70％IACS～≥100％IACS，抗拉强度＞400MPa～700MPa，软化温度＞3000C，组分不明，可用在航空、航天、导弹、雷达、军工、高科技领域、高速电气化铁路的接触网线、承力索及电器配件等。目前要获得性能较好的铜合金，需要依赖进口。

发明内容

本发明的目的是针对以上对高速电气化铁路的接触网线用材料的诉求，提供一种铜基复合材料，电导率≥100％IACS，抗垃强度≥440Mpa，能解决当今高速电气化列车接触网线要求高电导率、同时必须高拉强度的难题。

为了达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种铜基复合材料，由以下重量百分比的各组分组成：

镧铈合金：0.008～0.012％；

硒碲合金：0.8～1.2％；

余量为高纯阴极铜。