本发明属于接触线技术领域，具体涉及一种高强度高导电低密度铜包钛复合接触线及其制备方法。
背景技术：
接触线是指电气化铁道架空接触网中与机车受电弓滑板相接触并传输电流的导线。其截面面积范围85mm2～150mm2(截面直径10.80mm～11.40mm)。主要采用铜、铜银合金、高强度铜银合金、铜锡合金、铜镁合金、高强度铜镁合金等制造。
随着我国铁路向高速、高效、节能环保、电气化方向的发展，对接触线性能提出了更高的要求：1、更高的张力，以提高接触线网的稳定性、波动传播速度和机车受流质量；2、高的机械强度及耐软化性能；3、良好的导电性，减少电能损耗；4、高的耐腐蚀耐锈蚀性能；5、高的使用寿命；6、轻量化，易于长距离架设；7、高电阻与高导电特性共存，高电阻易于防霜冻和除冰雪；8、更低的材料成本。
目前主要有以下几种解决办法：1、通过优化铜合金的成分和组织，有可能大幅度提高现有铜合金接触线的导电性、耐磨损耐环境腐蚀性能，但抗拉强度、耐软化性能、以及使用寿命的提升空间有限，同时该思路不涉及接触线轻量化、低成本、高电阻率易于防霜冻和除冰雪等问题；2、采用铜包钢复合接触线，能够在一定程度上提高接触线的抗拉强度、实现材料的低成本，但该方法在实现接触线材料轻量化(材料的密度降低不明显)方面效果不明显，电阻率提高有限，使得接触线防霜冻和除冰雪的作用有限，同时钢的耐腐蚀耐锈蚀耐气候性能较差，不利于在极端气候环境下提高接触线的使用寿命和性能，再者，部分钢铁材料具有一定磁性，接触线在通电状态时会对电气化通讯电信号的传递造成干扰。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种高强度高导电低密度铜包钛复合接触线。该铜包钛复合接触线由铜及铜合金层包覆钛及钛合金芯丝构成，解决了现有接触线抗拉强度低、耐软化性能不高、密度高不易大跨度和大截面架空铺设、高电阻与高导电特性不能共存等问题的复合材料接触线。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高强度高导电低密度铜包钛复合接触线，其特征在于，包括钛丝线芯和包裹钛丝线芯的铜层，所述铜包钛接触线的截面形状为圆形，所述钛丝线芯的材质为纯钛或钛合金，铜层的材质为纯铜或铜合金。
上述的一种高强度高导电低密度铜包钛复合接触线，其特征在于，所述铜包钛复合接触线的直径为10mm～15mm，所述钛丝线芯的直径为所述铜包钛复合接触线的直径的10％～90％。
上述的一种高强度高导电低密度铜包钛复合接触线，其特征在于，所述钛丝线芯的长度为50m～10000m。
上述的一种高强度高导电低密度铜包钛复合接触线，其特征在于，所述铜包钛复合接触线的抗拉强度为350mpa～800mpa，杨氏模量为80gpa～150gpa，电阻率为0.01ω·m～0.03ω·m，载流量为200a～800a，导电率为10％iacs～95％iacs，密度为4.8g/cm3～8.5g/cm3。
另外，本发明还提供了一种制备上述高强度高导电低密度铜包钛复合接触线的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、沿铜棒坯的中轴线开设与钛棒坯直径相等的安装孔，再将钛棒坯装配在所述安装孔内，得到复合坯；所述铜棒坯为纯铜棒坯或者铜合金棒坯，所述钛棒坯为纯钛棒坯或钛合金棒坯；
步骤二、将步骤一中所述复合坯的两端进行封焊，然后加热至900℃～1000℃后进行挤压处理，得到复合棒；
步骤三、对步骤二中所述复合棒进行拉拔，然后经热处理得到铜包钛复合接触线。
上述的方法，其特征在于，步骤二中采用真空电子束焊对所述复合坯的两端进行封焊。
上述的方法，其特征在于，步骤三中所述热处理的温度为850℃，时间为1h。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的铜包钛复合接触线由铜及铜合金层包覆钛及钛合金芯丝构成，大大降低了接触线的密度，大幅度提高接触线整体抗拉强度，其抗拉强度为350mpa～800mpa，杨氏模量80gpa～150gpa，能够实现接触线的轻量化和大跨度架设的要求，节约接触线的使用和维护成本。
2、本发明的铜包钛复合接触线的电阻率为0.01ω·m～0.03ω·m，载流量为200a～800a，导电率(20℃)为10％iacs～95％iacs，电阻温度系数0.00150～0.00500(1/k)，由于铜及铜合金的导电性能优良而钛及钛合金的导电性差电阻率大，可以实现接触线高电阻与高导电特性共存的要求，从而易于利于焦耳电热效应解决接触线除冰雪和霜冻的问题。
3、本发明的铜包钛复合接触线由铜及铜合金层包覆钛及钛合金芯丝构成，能够大幅提高接触线的耐腐蚀耐锈蚀性能和使用寿命、同时钛及钛合金无磁性不会对电气化通讯电信号的传递造成干扰。
4、本发明的铜包钛复合接触线的线膨胀系数为10×10-6～30×10-6(1/k)经软化处理后，线材的拉断力为10kn～200kn，电阻温度系数0.00150～0.00500(1/k)，并且由于钛及钛合金具备优良的高温性能，能够在保证铜及铜合金组织形貌要求的前提下保持高的强韧性。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
附图标记说明：
1—钛丝线芯；2—铜层。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本实施例包括钛丝线芯1和包裹钛丝线芯1的铜层2，所述铜包钛接触线的截面形状为圆形，所述钛丝线芯1的材质为纯钛，铜层2的材质为纯铜。
本实施例中，所述铜包钛复合接触线的直径为10mm，所述钛丝线芯1的直径为所述铜包钛复合接触线的直径的90％。
本实施例中，所述钛丝线芯1的长度为1000m。
本实施例高强度高导电低密度铜包钛复合接触线的制备方法包括以下步骤：
步骤一、沿纯铜棒坯的中轴线开设与纯钛棒坯直径相等的安装孔，再将纯钛棒坯装配在所述安装孔内，得到复合坯；
步骤二、采用真空电子束焊对步骤一中所述复合坯的两端进行封焊，时铜和钛的结合面处于真空状态，防止铜和钛在后续加热过程中产生氧化从而影响结合强度，然后加热至950℃后进行挤压处理，得到复合棒；
步骤三、对步骤二中所述复合棒进行拉拔，拉拔后在850℃的条件下热处理处理1h后，得到铜包钛复合接触线。
本实施例中制得的铜包钛复合接触线的抗拉强度为575mpa，杨氏模量为100gpa，电阻率20℃为0.01ω·m～0.03ω·m，载流量为200a～800a，密度为4.95g/cm3，
本实施例中制得的铜包钛复合接触线的反复弯曲折弯半径为30mm次数为30次。
本实施例制得的铜包钛复合接触线在惰性气氛条件下加热至300℃，并保温2h后，随炉冷却后，得到软化的铜包钛复合接触线，其拉断力为150kn。
实施例2
如图1所示，本实施例包括钛丝线芯1和包裹钛丝线芯1的铜层2，所述铜包钛接触线的截面形状为圆形，所述钛丝线芯1的材质为tc4钛合金，铜层2的材质为cu-0.08ag铜合金。
本实施例中，所述铜包钛复合接触线的直径为15mm，所述钛丝线芯1的直径为所述铜包钛复合接触线的直径的50％。
本实施例中，所述钛丝线芯1的长度为50m。
本实施例高强度高导电低密度铜包钛复合接触线的制备方法包括以下步骤：
步骤一、沿cu-0.08ag铜合金棒坯的中轴线开设与tc4钛合金棒坯直径相等的安装孔，再将tc4钛合金棒坯装配在所述安装孔内，得到复合坯；
步骤二、采用真空电子束焊对步骤一中所述复合坯的两端进行封焊，时铜和钛的结合面处于真空状态，防止铜和钛在后续加热过程中产生氧化从而影响结合强度，然后加热至900℃后进行挤压处理，得到复合棒；
步骤三、对步骤二中所述复合棒进行拉拔，拉拔后在850℃的条件下热处理处理1h后，得到铜包钛复合接触线。
本实施例中制得的铜包钛复合接触线的抗拉强度为800mpa，杨氏模量为150gpa，电阻率20℃为0.03ω·m，载流量为800a，密度为6.7g/cm3，
本实施例中制得的铜包钛复合接触线的反复弯曲折弯半径为30mm次数为30次。
本实施例制得的铜包钛复合接触线在惰性气氛条件下加热至300℃，并保温2h后，随炉冷却后，得到软化的铜包钛复合接触线，其拉断力为150kn。
实施例3
如图1所示，本实施例包括钛丝线芯1和包裹钛丝线芯1的铜层2，所述铜包钛接触线的截面形状为圆形，所述钛丝线芯1的材质为ta5钛合金，铜层2的材质为cu-0.15sn铜合金。
本实施例中，所述铜包钛复合接触线的直径为12mm，所述钛丝线芯1的直径为所述铜包钛复合接触线的直径的10％。
本实施例中，所述钛丝线芯1的长度为10000m。
本实施例高强度高导电低密度铜包钛复合接触线的制备方法包括以下步骤：
步骤一、沿cu-0.15sn铜合金棒坯的中轴线开设与ta5钛合金棒坯直径相等的安装孔，再将ta5钛合金棒坯装配在所述安装孔内，得到复合坯；
步骤二、采用真空电子束焊对步骤一中所述复合坯的两端进行封焊，时铜和钛的结合面处于真空状态，防止铜和钛在后续加热过程中产生氧化从而影响结合强度，然后加热至900℃后进行挤压处理，得到复合棒；
步骤三、对步骤二中所述复合棒进行拉拔，拉拔后在850℃的条件下热处理处理1h后，得到铜包钛复合接触线。
本实施例中制得的铜包钛复合接触线的抗拉强度为200mpa，杨氏模量为80gpa，电阻率(20℃)为0.01ω·m，载流量为200a，导电率为95％iacs，密度为7.85g/cm3，
本实施例中，所述铜包钛复合接触线的线膨胀系数为15×10-6(1/k)，电阻温度系数为0.002(1/k)。
本实施例中制得的铜包钛复合接触线的反复弯曲(折弯半径为30mm)次数为15次。
本实施例制得的铜包钛复合接触线在惰性气氛条件下加热至300℃，并保温2h后，随炉冷却后，得到软化的铜包钛复合接触线，其拉断力为56kn。
实施例4
如图1所示，本实施例包括钛丝线芯1和包裹钛丝线芯1的铜层2，所述铜包钛接触线的截面形状为圆形，所述钛丝线芯1的材质为纯钛合金，铜层2的材质为cu-0.15sn铜合金。
本实施例中，所述铜包钛复合接触线的直径为12mm，所述钛丝线芯1的直径为所述铜包钛复合接触线的直径的67％。
本实施例中，所述钛丝线芯1的长度为5000m。
本实施例高强度高导电低密度铜包钛复合接触线的制备方法包括以下步骤：
步骤一、沿cu-0.15sn铜合金棒坯的中轴线开设与纯钛棒坯直径相等的安装孔，再将纯钛棒坯装配在所述安装孔内，得到复合坯；
步骤二、采用真空电子束焊对步骤一中所述复合坯的两端进行封焊，时铜和钛的结合面处于真空状态，防止铜和钛在后续加热过程中产生氧化从而影响结合强度，然后加热至900℃后进行挤压处理，得到复合棒；
步骤三、对步骤二中所述复合棒进行拉拔，拉拔后在850℃的条件下热处理处理1h后，得到铜包钛复合接触线。
本实施例中制得的铜包钛复合接触线的抗拉强度为618mpa，杨氏模量为95gpa，电阻率(20℃)为0.021ω·m，载流量为600a，导电率为70％iacs，密度为6g/cm3，
本实施例中，所述铜包钛复合接触线的线膨胀系数为15×10-6(1/k)，电阻温度系数为0.002(1/k)。
本实施例中制得的铜包钛复合接触线的反复弯曲(折弯半径为30mm)次数为20次。
本实施例制得的铜包钛复合接触线在惰性气氛条件下加热至300℃，并保温2h后，随炉冷却后，得到软化的铜包钛复合接触线，其拉断力为80kn。
实施例5
如图1所示，本实施例包括钛丝线芯1和包裹钛丝线芯1的铜层2，所述铜包钛接触线的截面形状为圆形，所述钛丝线芯1的材质为tc4钛合金，铜层2的材质为纯铜。
本实施例中，所述铜包钛复合接触线的直径为10mm，所述钛丝线芯1的直径为所述铜包钛复合接触线的直径的10％。
本实施例中，所述钛丝线芯1的长度为500m。
本实施例高强度高导电低密度铜包钛复合接触线的制备方法包括以下步骤：
步骤一、沿纯铜棒坯的中轴线开设与tc4钛合金棒坯直径相等的安装孔，再将tc4钛合金棒坯装配在所述安装孔内，得到复合坯；
步骤二、采用真空电子束焊对步骤一中所述复合坯的两端进行封焊，时铜和钛的结合面处于真空状态，防止铜和钛在后续加热过程中产生氧化从而影响结合强度，然后加热至900℃后进行挤压处理，得到复合棒；
步骤三、对步骤二中所述复合棒进行拉拔，拉拔后在850℃的条件下热处理处理1h后，得到铜包钛复合接触线。
本实施例中制得的铜包钛复合接触线的抗拉强度为600mpa，杨氏模量为90gpa，电阻率20℃为0.015ω·m，载流量为312a，密度为8.5g/cm3，
本实施例中制得的铜包钛复合接触线的反复弯曲折弯半径为30mm次数为20次。
本实施例制得的铜包钛复合接触线在惰性气氛条件下加热至300℃，并保温2h后，随炉冷却后，得到软化的铜包钛复合接触线，其拉断力为100kn。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。