Способ получения трёхслойной электропроводящей проволоки

Изобретение относится к изготовлению металлических проводников и касается способа получения трехслойной электропроводящей проволоки. Осуществляют расплавление алюминиевого сплава заявленного состава и литье сердечника из алюминиевого сплава. Затем изготавливают трехслойную сборку из алюминиевого сердечника и концентрических втулок из меди и серебра, причем отношение толщины слоя меди к слою серебра (HCu:HAg) в сборке устанавливают равным 1:(1-1,75), и одинаковым по длине проволоки. Затем осуществляют операции прессования в пруток и волочения на проволоку. Предложенное изобретение обеспечивает получение проволоки со стабильными механическими свойствами и высоким уровнем электропроводности в условиях длительной работы при температуре порядка 250°С. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр.

 

Изобретение относится к изготовлению проводников электрического тока.

Известен способ, согласно которому на алюминиевый проводник наносят два слоя: один характеризуется низкой теплопроводностью и состоит из сплава цинка, никеля, меди, золота и серебра, а второй характеризуется высокой теплопроводностью и состоит из сплава меди, золота, серебра, никеля и припоя. На алюминиевый проводник наносят с помощью гальваники слой металла, выбранный из цинка, никеля, меди, золота, серебра, никеля, припоя или сплав этих компонентов (Патенты Японии №10237673, №10237674, 1998).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения трехслойной проволоки с сердечником из сплава Al-8%Се, плакированного последовательно слоями меди и серебра. Согласно известному способу изготавливают заготовку сердечника из сплава Al-8%Се путем охлаждения жидкого сплава до температуры ниже температуры его полного затвердевания, производят нагрев до температуры литья 720±10°С, изготавливают литьем слиток диаметром 50-100 мм со скоростью 0,001-0,005 м/с, при этом создают в лунке слитка интенсивное круговое движения расплава, затем последовательно нанесят на заготовку полученного сердечника концентрические слои меди и серебра, из полученной трехслойной заготовки делают пруток, который подвергают волочению с получением проволоки диаметром 0,1-0,3 мм. (RU 2557378, 2015).

Недостатком способа является малый срок эксплуатации проводника при рабочей температуре 250°С. Механические свойства снижаются до неприемлемых величин за 500 часов его эксплуатации. Причиной ухудшения свойств, вероятно, является диффузия серебра через тонкий буферный слой меди (4-7 мкм) и образование на границе с алюминиевой матрицей хрупкого интерметаллидного слоя, утолщающегося со временем, что приводит снижению электропроводности. Кроме того, сплав Al-8%Се имеет недостаточно высокую технологичность при прессовании сборки и волочении проволоки.

Задачей и техническим результатом предлагаемого решения является разработка способа, позволяющего увеличить срок эксплуатации проволоки при температуре 250°С при сохранении ее прочности и пластичности.

Поставленная задача решается описываемым способом получения трехслойной проволоки, состоящей из сердечника, выполненного из алюминиевого сплава и плакирующих сердечник слоев из меди и серебра, который включает расплавление алюминиевого сплава, литье сердечника из алюминиевого сплава, изготовление трехслойной сборки из алюминиевого сердечника и концентрических втулок из меди и серебра, прессование в пруток и волочение на проволоку, при этом сердечник выполняют из алюминиевого сплава, содержащего (масс. %):

Марганец 1,0-1,4
Железо 0,15-0,24
Кремний 0,15-0,35
Бор 0,01-1,0
Иттрий 0,015-1,0

Алюминий - остальное, при содержании в нем примесей титана, циркония, хрома и ванадия менее 0,05 масс. % по каждому металлу,

при этом отношение толщины слоя меди в слою серебра (HCu:HAg) устанавливают равным 1: (1-1,75) и одинаковым по длине проволоки.

Предпочтительно трехслойную сборку подвергают прессованию при температуре 250-300°С со скоростью прессования 0,024-0,04 м/с из горячего контейнера, нагретого до температуры 380-420°С.

Предпочтительно, осуществляют прессование в пруток диаметром 8-12 мм.

В объеме предложенной совокупности признаков достигается заявленный технический результат по следующим причинам.

Заявленное количество бора в сплаве необходимо для выведения из расплава возможно присутствующих примесей Ti, Zr, Cr, V путем связывания их в твердые частицы боридов, что повышает электропроводимость сплава и, соответственно, проволоки.

Присутствие в сплаве иттрия в заявленном количестве повышает коррозионную стойкость и механическую прочность целевого продукта.

Заявленные содержания марганца, железа и кремния благоприятно влияют на срок эксплуатации проволоки при высоких температурах.

Заявленное соотношение толщины слоя меди к слою серебра выбрано нами опытным путем из расчета обеспечения наилучших физико-механических характеристик проводника при минимальном расходе серебра.

Достигаемый технический результат относительно прототипа, вероятно, связан со следующими обстоятельствами.

В прототипе основную силовую нагрузку несет сердечник из сплава Al-8%Се, поэтому он должен иметь низкое значение удельного электросопротивления (≤0,034).

В предлагаемом способе с увеличением толщины слоев меди и серебра растет время диффузионного взаимодействия серебра с алюминиевым сердечником. В отличие от прототипа основную силовую нагрузку несут слои меди и серебра, следовательно, отпадает необходимость изготавливать сердечник из сплава А1-8%Се и можно использовать более дешевый сплав Al. Нами установлено, что за основу можно взять сплав марки АМцС, обладающий подходящим сочетанием прочностных, технологических и электротехнических свойств. Удельное электросопротивление его равно 0,034 (Ом мм2/м), плотность - 2,73 г/см3.

Технологическая схема изготовления проволоки состоит из трех этапов:

1. Получение слитка алюминиевого сплава способом полунепрерывного литья, обточка слитка; резка на заготовки - сердечники.

2. Изготовление трехслойной сборки путем последовательного надевания на сердечник медной втулки, а затем на двухслойную заготовку - втулки из серебра;

3. Спрессовывание сборки в глухом контейнере для плотного прилегания слоев друг к другу, и прессование на пруток диаметром 10-12 мм, волочение на проволоку диаметром от 0,1 до 0,6 мм.

Ниже приведены примеры осуществления изобретения.

Пример 1. Отливали слиток Ф 100 мм из сплава, содержащего, масс. %: марганец - 1,20; железо - 0,20; кремний - 0,25; иттрий - 0,51; бор - 0,06, алюминий - 97.78, содержание примесей титана, циркония, хрома и ванадия составляло 0,02 - Ti, 0,01 - Zr, 0,05- Cr, 0,03 - V масс. %.

Слиток резали на заготовки, обтачивали до Ф 80 мм, плотно вставляли в медную втулку Ф 89×84 мм, а полученную сборку вставляли во втулку из серебра Ф 93×98, толщина медного и серебряного слоев 2,5 мм. Трехслойную сборку обжимали (осаживали) в глухой матрице со степенью деформации 2-3%; после чего прессовали в пруток Ф 12 мм при температуре заготовки 250-300°С из горячего контейнера, нагретого до 380-420°С, при скорости прессования 0,02-0,04 м/с. Пруток волочили на Ф 0,26 мм. Металлографический анализ показал, что толщина слоев меди и серебра по длине проволоки постоянна и составляет 0,0060-0,0075 мм. Удельное электрическое сопротивление не превышает ρ=3,1 мк⋅Ом⋅см, при плотности 5,38 г/см3. После выдержки при температуре 250°С в течение 500 ч временное сопротивление разрыву и относительное удлинение проволоки равны, соответственно: σв>25 кгс/мм2 и δ>4%, а удельное электрическое сопротивление ρ=3,3 мк⋅Ом⋅см.

Пример 2. Отливали слиток Ф 100 мм из алюминиевого сплава при содержании марганца, железа, кремния, бора, иттрия при нижней границе заявленного содержания. Слиток из сплава отливали, как в примере 1. Размеры деталей сборки: сердечник Ф 78 мм, втулка медная Ф 88×82 мм, серебряная Ф 98×92 мм, толщина медного и серебряного слоев 3,0 мм. Остальные режимы обработки по примеру 1. После выдержки при температуре 250°С в течение 500 ч временное сопротивление разрыву и относительное удлинение проволоки равны: σв>26 кгс/мм2 и δ>5%, a удельное электрическое сопротивление ρ=3,2 мк⋅Ом⋅см.

Пример 3. Отливали слиток Ф 100 мм из алюминиевого сплава, содержащего марганец, железо, кремний, бор, иттрий при верхней границе заявленного содержания компонентов. Отливку проводили по аналогичному режиму. Размеры деталей сборки: сердечник Ф 78 мм, втулка медная Ф 89×82 мм, серебряная Ф 98×93 мм, толщина медного слоя 3,5 мм, серебряного слоя 2,5 мм. Остальные режимы обработки те же. После выдержки при температуре 250°С в течение 500 ч временное сопротивление разрыву и относительное удлинение проволоки равны: σв>27 кгс/мм2 и δ>6%, a удельное электрическое сопротивление р=3,0 мк⋅Ом⋅см.

Проведенные испытания показали, что проволока, полученная предлагаемым способом, обладает стабильными механическими свойствами и высоким уровнем электропроводности в условиях длительной работы при температуре порядка 250°С и имеет небольшой вес. Внедрение предлагаемого способа в промышленность позволит расширить область применения проводов для нужд специальной техники авиационно-космического и общегражданского назначения.

В таблице приведены технические характеристики сборки и проволоки

1. Способ получения трехслойной проволоки, состоящей из сердечника, выполненного из алюминиевого сплава и плакирующих сердечник слоев из меди и серебра, включающий расплавление алюминиевого сплава, литье сердечника из алюминиевого сплава, изготовление трехслойной сборки из алюминиевого сердечника и концентрических втулок из меди и серебра, прессование в пруток и волочение на проволоку, отличающийся тем, что сердечник выполняют из алюминиевого сплава, содержащего (масс.%):

Марганец 1,0-1,4
Железо 0,15-0,24
Кремний 0,15-0,35
Бор 0,01-1,0
Иттрий 0,015-1,0

Алюминий - остальное, при содержании в нем примесей титана, циркония, хрома и ванадия менее 0,05 масс.% по каждому металлу,

а изготовление трехслойной сборки осуществляют при отношении толщины слоя меди к слою серебра (HCu:HAg), равным 1:(1-1,75) и одинаковым по длине проволоки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что трехслойную сборку подвергают прессованию при температуре 250-300°С со скоростью прессования 0,024-0,04 м/с из горячего контейнера, нагретого до температуры 380-420°С.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют прессование в пруток диаметром 8-12 мм.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к получению композитного титан-ниобиевого порошка для аддитивных технологий. Способ включает механическую активацию смеси порошков титана и ниобия с добавлением противоагломерирующего компонента.

Изобретение относится к области металлургии легких сплавов и может быть использовано при производстве магниевого сплава системы магний-алюминий-цинк-марганец, содержащего примесь циркония.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению композитов на основе металлической матрицы из алюминия или его сплавов c наполнителем из частиц борсодержащего материала и вольфрама.

Изобретение относится к шихте для получения пористого проницаемого каталитического материала методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), который может быть использован для изготовления каталитических фильтров нейтрализаторов отработанных газов двигателей внутреннего сгорания, фильтрующих элементов, пламегасителей и аэраторов.

Изобретение относится к шихте для получения пористого проницаемого каталитического материала методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), который может быть использован для изготовления каталитических фильтров нейтрализаторов отработанных газов двигателей внутреннего сгорания, фильтрующих элементов, пламегасителей и аэраторов.

Изобретение относится к шихте для получения пористого проницаемого каталитического материала методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), который может быть использован для изготовления каталитических фильтров нейтрализаторов отработанных газов двигателей внутреннего сгорания, фильтрующих элементов, пламегасителей и аэраторов.

Изобретение относится к шихте для получения пористого проницаемого каталитического материала методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), который может быть использован для изготовления каталитических фильтров нейтрализаторов отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, фильтрующих элементов, пламегасителей и аэраторов.
Изобретение относится к производству слоистых композиционных материалов, содержащих слой пеноалюминия. Cпособ включает приготовление алюминиевого расплава, перегревание его выше температуры ликвидус.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения поршней двигателей внутреннего сгорания из заэвтектического силумина. В способе осуществляют расплавление шихты в печи, рафинирование расплава от водорода, внепечное модифицирование расплава лигатурой, содержащей соединения фосфора, получение поршневой заготовки и ее гомогенизацию.
1. Способ относится к получению низкомодульного сплава на основе системы титан-ниобий селективным лазерным сплавлением и может найти применение в области аддитивных технологий в медицине в качестве материалов для имплантатов.

Изобретение относится к ударопрочным композитам и касается межслойного усиления ударной прочности термопластичных материалов. Композитная структура содержит, по меньшей мере, один структурный слой армированной волокнами термопластичной смолы и, по меньшей мере, один повышающий ударную прочность слой, расположенный рядом с поверхностью структурного слоя.

Изобретение относится заготовке и способу изготовления коррозионно-стойкого изделия путем горячей обработки и коррозионно-стойкому изделию. Заготовка содержит корпус из стали и элемент плакирования, выполненный из сплава, выбранного из группы, включающей нержавеющую сталь, хромоникелевый, никелемедный и медно-никелевый сплавы, и расположенный на корпусе с образованием поверхности соприкосновения с ним, по которой элемент плакирования и корпус соединяются при горячей обработке для получения формы коррозионно-стойкого изделия.
Изобретение относится к металлургии алюминиевых сплавов, содержащих металлы, практически не растворяющиеся в твердом алюминии: железо, никель, кобальт, редкоземельные металлы, иттрий, и предназначено для изготовления проводников электрического тока в виде проволоки диаметром 0,1-0,3 мм, работающих при повышенных температурах до 250°C.

Изобретение относится к сварочным и наплавочным материалам, в частности к композиционным проволокам, применяющимся в металлургическом, нефтехимическом, атомно-энергетическом и общем машиностроении, а также при производстве летательных аппаратов и может быть использовано для электродуговой наплавки сложнолегированных жаропрочных сплавов на основе алюминида никеля Ni3Аl.

Изобретение относится к способам получения слоистых композиционных материалов с использованием взрывных технологий, а именно материалов с высокими значениями предела прочности и модуля упругости, которые могут быть использованы в машиностроении, авиа- и ракетостроении, космической технике и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области металлургии и литейного производства, а именно к композитным отливкам, предназначенным для защиты от абразивного износа рабочих поверхностей горных и строительных машин.

Изобретение относится к слоистому композиционному материалу, предназначенному для использования в строительстве, когда необходимо использовать материал повышенной прочности и долговечности.

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению функциональных композиционных материалов для использования в автоматике и приборостроении в качестве высокочувствительных сенсоров (датчиков) различного назначения.
Изобретение относится к производству слоистых композиционных материалов, содержащих слой пеноалюминия. Cпособ включает приготовление алюминиевого расплава, перегревание его выше температуры ликвидус.

Изобретение относится к изготовлению металлических проводников и касается способа получения трехслойной электропроводящей проволоки. Осуществляют расплавление алюминиевого сплава заявленного состава и литье сердечника из алюминиевого сплава. Затем изготавливают трехслойную сборку из алюминиевого сердечника и концентрических втулок из меди и серебра, причем отношение толщины слоя меди к слою серебра в сборке устанавливают равным 1:, и одинаковым по длине проволоки. Затем осуществляют операции прессования в пруток и волочения на проволоку. Предложенное изобретение обеспечивает получение проволоки со стабильными механическими свойствами и высоким уровнем электропроводности в условиях длительной работы при температуре порядка 250°С. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр.

Наверх