專利名稱:復(fù)合電導(dǎo)體及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種復(fù)合電導(dǎo)體、特別是電車導(dǎo)線(電車架空線),并涉及 制造該復(fù)合電導(dǎo)體的方法。
為了提高復(fù)合導(dǎo)體(特別是電車導(dǎo)線)的機(jī)械強(qiáng)度而不降低其導(dǎo)電性, 已經(jīng)提出了許多建議。為了該目的,進(jìn)一步將有助于導(dǎo)電材料的機(jī)械硬化 的合金元素添加到導(dǎo)電銅材料中,并且例如在涉及銀的情況下,導(dǎo)電性未 顯著下降。
背景技術(shù):
復(fù)合導(dǎo)體以及相關(guān)的制造方法是已知的。對(duì)于與導(dǎo)電性有關(guān)的不同應(yīng) 用,已經(jīng)相應(yīng)地提出了不同的結(jié)構(gòu)。非常特殊的應(yīng)用需要超導(dǎo)性。已經(jīng)發(fā) 現(xiàn),擠壓設(shè)備在稱作順應(yīng)法(連續(xù)成形)的桿、型材和中空體的制造中具
有廣泛的應(yīng)用。早期的設(shè)備基于DE 221169 C2中所描述的發(fā)明而提出。該 方法已經(jīng)以霍爾頓順應(yīng)(Holtonconform)的名稱眾所周知,因?yàn)槠鋪碜杂?霍爾頓公司,例如EP 0494 755 Al即源自于該公司。細(xì)長(zhǎng)材料的加套被稱作 順應(yīng)包覆。例如可以在EP0125 788 A2中發(fā)現(xiàn)該制造技術(shù)的更新變化。
發(fā)明目的
本發(fā)明的目的在于提出復(fù)合電導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)以及制造該復(fù)合電導(dǎo)體的方 法,以獲得具有最大導(dǎo)電性和盡可能最佳機(jī)械強(qiáng)度的導(dǎo)體。
該目的通過獨(dú)立權(quán)利要求中的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求中提供了 進(jìn)一步的有利改進(jìn)。制造方法在并列的權(quán)利要求中限定
發(fā)明內(nèi)容
所提出的復(fù)合導(dǎo)體在機(jī)械和電氣特性方面超過了現(xiàn)有材料。同時(shí),其 可以被廣泛地改造,以滿足各種要求。因此,提高了制造過程的靈活性并 擴(kuò)展了產(chǎn)品的種類。
因此,本發(fā)明的復(fù)合導(dǎo)體包括具有0.08%至0.12%的銀(Ag)含量的銅 銀(CuAg)合金基體,并且復(fù)合導(dǎo)體的邊緣或芯部(芯子)由具有0.1%至 0.7%的鎂(Mg)含量的銅鎂(CuMg)合金構(gòu)成。
進(jìn)一步的實(shí)施例包括以下特征
銅鎂合金中的鎂含量?jī)?yōu)選為0.5%的鎂?;w合金中的銀含量?jī)?yōu)選為 0.1%的銀。
在復(fù)合導(dǎo)體的橫截面中,芯部的合金的面積比例在10%和80%之間。芯 部中的銅鎂合金的面積比例優(yōu)選為50%。
芯部的結(jié)構(gòu)可以包括單一線股或多個(gè)線股。
如果芯部中具有多個(gè)線股,則線股的直徑在一定程度上彼此相同。
可以制造具有不同橫截面的復(fù)合導(dǎo)體。所述橫截面可以是用于制造 圓導(dǎo)線的圓形、用于制造導(dǎo)電軌的大致矩形、或用于異型導(dǎo)線的異型。作 為異型導(dǎo)線的優(yōu)選應(yīng)用場(chǎng)合,電車導(dǎo)線應(yīng)當(dāng)被提及。關(guān)于該方面,可參照 標(biāo)準(zhǔn)EN 50149,其中電車導(dǎo)線被標(biāo)準(zhǔn)化。
為了制造本發(fā)明的復(fù)合導(dǎo)體,建議采用已知的擠壓工藝。這涉及通過 擠壓制造桿或線材。包覆材料被引入到擠壓機(jī)輪的(兩個(gè))周向凹槽中, 位于相反方向上的高摩擦力產(chǎn)生出自由流動(dòng)的管狀結(jié)構(gòu),其作為芯材的包 層從擠出口排出。芯材被插入穿過與擠壓輪相切的中空入口心軸;包覆材 料包圍芯材。隨后,產(chǎn)品被引導(dǎo)通過一個(gè)或多個(gè)模具并且被減小到成品尺 寸。如上所述,在市場(chǎng)上可購(gòu)買到適宜的擠壓裝置。
在本發(fā)明中,將CuMg合金的高可淬性和高導(dǎo)電性與CuAg合金的高導(dǎo) 電性、普通可淬性和優(yōu)良的耐磨性相結(jié)合。因此,就強(qiáng)度和導(dǎo)電性而言, 通過所提出的合金成分,僅由一種合金構(gòu)成的傳統(tǒng)電車導(dǎo)線的在物理上受 到限制的范圍可以被大大擴(kuò)展。特別是,與由包覆鋼的銅線制成的現(xiàn)有已 知復(fù)合電車導(dǎo)線相比,所提出的復(fù)合電車導(dǎo)線更耐腐蝕,并且可以被更有 利地回收利用,以及具有更好的導(dǎo)電性。
可以利用有槽電車導(dǎo)線(溝紋滑接線)制造電車導(dǎo)線,所述有槽電車
導(dǎo)線包含在芯部中由至少一個(gè)由CuMg 0.1-0.7制成并被由CuAg O.l制成的
包層包圍的導(dǎo)線。該芯線可以呈圓形或者在一定程度上與包層的外部輪廓 (有槽輪廓)相匹配。芯線在復(fù)合導(dǎo)體的橫截面中的面積比例可以在很寬 的范圍內(nèi)變化。該芯線的特點(diǎn)是,可以通過不同的冷加工程度調(diào)節(jié)到期望 的強(qiáng)度,并且以該強(qiáng)度將其引入到復(fù)合導(dǎo)體中。通過(例如)由霍爾頓順 應(yīng)擠壓施加的附加冷加工工藝,產(chǎn)生了復(fù)合電車導(dǎo)線的進(jìn)一步硬化。這允 許在可調(diào)節(jié)的產(chǎn)品性能(特別是強(qiáng)度和導(dǎo)電性)方面的可變性。此外,根 據(jù)復(fù)合電車導(dǎo)線的期望性能,可以通過降低的拉拔成本獲得與成品輪廓類 似的結(jié)構(gòu)。
然而,也可以采用呈其它形式的材料對(duì),其中至少一個(gè)由OiAg O.l制 成的導(dǎo)線嵌入于芯部中并且該芯部被由CuMg0.1-0.7制成的包層包圍。
當(dāng)通過霍爾頓順應(yīng)工藝施加較高程度的冷加工時(shí),CuAg包層的硬化已 經(jīng)處于飽和范圍(熱動(dòng)平衡),并且總的來說,包層的強(qiáng)度基本上低于芯部, 這有利于電車導(dǎo)線的鋪設(shè)性能(在纏繞電纜巻軸之后,具有降低或減少的 皺褶)。此外,比較起來,高強(qiáng)度芯線的結(jié)構(gòu)均勻性遠(yuǎn)高于由單一物質(zhì)制成 的傳統(tǒng)電車導(dǎo)線,這意味著在電車導(dǎo)線的整個(gè)長(zhǎng)度上可以獲得類似的機(jī)械 性能。
就材料性能而言,例如可以預(yù)計(jì),在由CuMg 0.5構(gòu)成的芯線的面積比 例為25%的情況下,可獲得90。/。IACS (52MSH1-1)的導(dǎo)電率和至少為435 牛頓/毫米2的拉伸強(qiáng)度,并且在由CiiMg 0.5構(gòu)成的芯線的面積比例為50%的 情況下,可獲得81% IACS (47MSm")的導(dǎo)電率和至少為490牛頓/毫米2 的拉伸強(qiáng)度。
制造方法
利用傳統(tǒng)的制造方法,由CuMg合金(例如CuMg 0.5)制造具有給定(高) 強(qiáng)度和導(dǎo)電率的芯線(呈圓形或異型線材的形式)。芯線的表面例如通過化 學(xué)處理被小心地除掉異物或腐蝕層。在具有無異物、活化表面的芯線中, 可以確保產(chǎn)生與包層物質(zhì)的良好材料連接。表面清理是很重要的,以便在 進(jìn)一步的成形過程中保持連接芯線與包層之間的緊密材料連接。按照該方式制造和預(yù)處理的芯線在順應(yīng)包覆工藝中包覆具有非常高的
導(dǎo)電性的物質(zhì)CuAg 0.1。在該工藝中,優(yōu)選是,應(yīng)當(dāng)優(yōu)選避免芯線在所產(chǎn) 生的熱負(fù)荷的影響下再結(jié)晶。經(jīng)過進(jìn)一步的拉拔步驟和由此進(jìn)一步的硬化, 所產(chǎn)生的復(fù)合導(dǎo)體到達(dá)其最后的輪廓形式。根據(jù)所需的橫截面比例,可以 將芯線形成為圓形導(dǎo)線或異型導(dǎo)線。制造工藝應(yīng)當(dāng)被控制,以使得沒有芯 線位于復(fù)合導(dǎo)體的表面附近的邊緣或包層區(qū)域處,因此在直徑的大約10% 的包層區(qū)域中沒有芯線。在拉拔過程中橫截面的減小影響產(chǎn)品的最終強(qiáng)度。 為了制造適用于高速導(dǎo)軌的電車導(dǎo)線,進(jìn)行了橫截面的相當(dāng)大的減小。這 種類型的電車導(dǎo)線以特別高的抗拉強(qiáng)度組裝在一起,以便它們僅僅略微屈 服于電車的壓力并且確保用于該牽引的高波動(dòng)傳播速率。因此,對(duì)于該應(yīng) 用而言,高的機(jī)械強(qiáng)度是先決條件。
如前面所提到,根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合導(dǎo)體也可用作導(dǎo)電軌。在固定于電 力分配裝置中的同時(shí),導(dǎo)電軌被使用,這意味著在該應(yīng)用中機(jī)械強(qiáng)度不太 重要。
本發(fā)明在三個(gè)圖中示出,其中,詳細(xì)地說 圖l示出了具有多個(gè)芯線的圓形導(dǎo)線的橫截面, 圖2示出了僅具有一個(gè)芯線的電車導(dǎo)線的橫截面,以及 圖3示出了具有多個(gè)嵌入導(dǎo)線的電車導(dǎo)線的橫截面。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了其中具有多個(gè)芯線22的圓形導(dǎo)線12。各芯線22在材料14中不 規(guī)則地分布,并且與圓形導(dǎo)線的表面具有一定距離,從而呈現(xiàn)出無芯線的 邊緣區(qū)域。各芯線分布的規(guī)則性取決于所采用的制造方法,并且可以相應(yīng) 地被控制。
圖2示出了根據(jù)EN 50149的電車導(dǎo)線10 (有槽電車導(dǎo)線),其包含在芯 部20中由CuMg0.1-0.7制成并且被由CuAg0.1制成的護(hù)套14包圍的導(dǎo)線。芯 線20源自于圓形導(dǎo)線,其還通過成型加工被變形,從而獲得梨形的橫截面??梢灾苯永斫?,芯線的橫截面形狀取決于變形的強(qiáng)度和擠出的初始型材的 形狀,因此也可以制造出仍具有近似圓形橫截面的電車導(dǎo)線。
芯線在復(fù)合導(dǎo)體的橫截面中的面積比例可以在很寬的范圍(10%至 80%)中變化。如果在芯部提供OiMg合金,則CiiMg合金的面積比例優(yōu)選 為50%。
圖3示出了電車導(dǎo)線ll ,其在芯部中包括多個(gè)在一定程度上規(guī)則分布的 線股22。優(yōu)選地,所述多個(gè)線股22源自于具有相同直徑的線材,因而嵌入 的線股也具有大致相同的直徑,除非它們?cè)谥圃爝^程中經(jīng)受不同的變形。 然而,所述線股也可以具有非圓形的橫截面。
電車導(dǎo)線的另一實(shí)例如下芯線的橫截面為4平方毫米(mm2)。在芯 線的面積比例為50%的情況下,大約15個(gè)芯線被引入到具有大約120平方 毫米(mm2)的橫截面的有槽電車導(dǎo)線(根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn))中。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合電導(dǎo)體,其包括具有0.08%至0.12%的銀含量的銅銀合金基體,其中所述復(fù)合導(dǎo)體(10,11,12)的邊緣(14)或芯部(20,22)由具有0.1%至0.7%的鎂含量的銅鎂合金構(gòu)成。
2. 如權(quán)利要求1所述的復(fù)合導(dǎo)體,其特征在于,在所述復(fù)合導(dǎo)體(10, 11, 12)的橫截面中,導(dǎo)體芯部(20, 22)的比例在10°/。和80°/。之間。
3. 如權(quán)利要求l或2所述的復(fù)合導(dǎo)體,其特征在于,所述芯部(20、 22)由至少一個(gè)線股(20)構(gòu)成。
4. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的復(fù)合導(dǎo)體,其特征在于,多個(gè)線股 (22)布置在所述芯部中,并且所述線股(22)具有大致相同的橫截面。
5. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的復(fù)合導(dǎo)體,其特征在于,所述復(fù)合 導(dǎo)體(12)具有圓形橫截面。
6. 如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的復(fù)合導(dǎo)體,其特征在于,所述復(fù) 合導(dǎo)體被構(gòu)造成有槽導(dǎo)線(10, 11),特別是電車導(dǎo)線。
7. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的復(fù)合導(dǎo)體,其特征在于,在直徑的 大約10%的包層區(qū)域中沒有芯線。
8. —種利用合金對(duì)制造如權(quán)利要求1所述的復(fù)合導(dǎo)體的方法,其特征 在于,包括以下步驟*由第一合金制造至少一個(gè)線股(22),*將至少一個(gè)線股(22)引入到擠壓裝置中,并且為所述線股提供由 第二合金制成的包層(14),*至少一次地將所制造的復(fù)合導(dǎo)體(10, U, 12)拉拔通過拉模,從 而使所述導(dǎo)體達(dá)到其最終的輪廓形狀。
9. 如權(quán)利要求10所述的制造復(fù)合導(dǎo)體的方法,其特征在于,在被包 覆之前,所述線股(22)的表面被清除掉異物層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種復(fù)合導(dǎo)體,其由具有0.08%至0.12%的銀含量的銅銀基體合金和位于該復(fù)合導(dǎo)體的橫截面中的邊緣(14)或芯部(20,22)處的銅鎂合金構(gòu)成,所述銅鎂合金中的鎂含量為0.1%至0.7%。接觸導(dǎo)線10(有槽接觸導(dǎo)線或電車導(dǎo)線)被優(yōu)選地推薦,其包含位于芯部(20)中的由CuMg0.1-0.7制成并被由CuAg 0.1制成的包層包圍的導(dǎo)線。例如在EP 0 125 788A2中描述的霍爾頓順應(yīng)包覆法被推薦作為其制造方法。
文檔編號(hào)H01B1/02GK101340987SQ200680047913
公開日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2006年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月20日
發(fā)明者F·普普克, K·拜爾 申請(qǐng)人:Nkt電纜有限公司