燕尾型大长度高强高导强化耐磨铜钢复合接触线的制作方法

1.本实用新型涉及线材领域，尤其涉及一种燕尾型大长度高强高导强化耐磨铜钢复合接触线。


背景技术：

2.随着电子信息技术的发展，对铜合金导电材料的综合使用性能要求越来越高，要求其在保持高强度（硬度）、韧性、耐磨性的同时，仍保持较高的导电性、导热性、耐寒性、无铁磁性等特性。这些优良的特性，使铜合金逐渐成为电力、信息、交通、能源、轻工及航天航空等高科技领域中使用的重要金属材料。很多场合很少以纯铜的形式应用，这是因为纯铜的强度较低( 230～300 mpa)，冷加工后虽然可以达到400 mpa，但伸长率仅为2%，在加热或一定温度下使用时，其强化效果很容易消失。所以，纯铜仅能应用于受力不大的电力、电器、电子的导电体、散热体、装饰件等。在保持纯铜的一些优良性能的前提下，尽可能提高铜的强度(硬度)和耐磨性，随即高强度高导电性铜合金逐渐被研发出来。
3.目前高速电气化铁路采用cu
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mg、cu
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sn合金接触线，该类线材均是以丧失导电率为前提的。cu
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cr
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zr接触线还处实验室阶段或小批量试验阶段，虽在原有基础止的有一定幅度的提高，但提高幅度有限，中国专利cn110660499a，提供了一种大长度熔融渗透式铜钢复合线材，大大增强线材的抗拉强度，而且保持较高的导电率，但此类合金材料中部的复合部分强度最高，接触线的下部与受电弓长期接触后磨损较大，缩短了接触线的使用寿命，因此亟需一种强化耐磨型大长度高强高导的铜钢复合接触线，加强接触线下部的耐磨性，满足未来高速铁路线材发展要求。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种燕尾型大长度高强高导强化耐磨铜钢复合接触线，突破了导电率和抗拉强度相互矛盾，克服了铜包钢的铜、包覆层、钢芯因膨胀系不配匹等原因而相互脱离的等难题，均衡提高接触线的抗拉强度以及导电性。
5.本实用新型的目的是这样实现的：
6.一种燕尾型大长度高强高导强化耐磨铜钢复合接触线，它包括线材本体，所述线材本体包括钢层、铜层、铜钢复合层和铜镁合金耐磨层，所述钢层和铜层上下设置，两者连接处设有铜钢复合层，所述钢层和铜层通过熔融互相表面渗透结合为一体，熔融渗透的表面形成一层燕尾型的铜钢复合层；所述铜层的底部设有一层铜镁合金耐磨层。
7.一种燕尾型大长度高强高导强化耐磨铜钢复合接触线，所述铜镁合金耐磨层为0.2%~0.8%的铜镁合金。
8.一种燕尾型大长度高强高导强化耐磨铜钢复合接触线，所述钢层设有燕尾凸起，所述铜层对应燕尾凸起设有燕尾凹槽。
9.一种燕尾型大长度高强高导强化耐磨铜钢复合接触线，所述钢层和铜层之间对应铜钢复合层的两侧分别设有一个沟槽。
10.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
11.（1）本实用新型的接触线的底部采用0.4%铜镁合金连铸造，形成一层铜镁合金耐磨层，增加与受电弓的耐磨性，减少接触线的接触部分的磨损，从而增加接触线的使用寿命。
12.（2）本实用新型的铜钢复合层的铜钢通过铜铁按照1:1的原子比复合，比直接复合的方式更牢固，更能形成一个不可脱落的整体，提高了铜钢复合接触线的强度，强化复合线材的牢固度、结合度和一体性。
附图说明
13.图1为本实用新型的接触线的结构示意图。
14.图2为本实用新型的生产设备的结构示意图。
15.图3为本实用新型的第一模具的截面示意图。
16.图4为本实用新型的接触线的接线示意图。
17.图5为本实用新型的复合层微观结构对比示意图。
18.图中：
19.铜水1、铜镁合金炉水2、钢水3、第一模具4、第一循环冷却系统5、第二模具6、铜钢混合炉水7、第二循环冷却系统8、整理模具9、拉拔轮10、接触线11、钢层11.1、铜层11.2、铜钢复合层11.3、铜镁合金耐磨层11.4、沟槽11.5。
具体实施方式
20.为更好地理解本实用新型的技术方案，以下将结合相关图示作详细说明。应理解，以下具体实施例并非用以限制本实用新型的技术方案的具体实施态样，其仅为本实用新型技术方案可采用的实施态样。需先说明，本文关于各组件位置关系的表述，如a部件位于b部件上方，其系基于图示中各组件相对位置的表述，并非用以限制各组件的实际位置关系。
21.实施例1：
22.参见图1，图1绘制了本实用新型的接触线的结构示意图。如图所示，所述接触线11包括线材本体，所述线材本体包括钢层11.1、铜层11.2、铜钢复合层11.3和铜镁合金耐磨层11.4，所述钢层11.1和铜层11.2上下设置，两者连接处设有铜钢复合层11.3，所述钢层11.1和铜层11.2通过熔融互相表面渗透结合为一体，熔融渗透的表面形成一层燕尾型的铜钢复合层11.3；所述钢层11.1设有燕尾凸起，所述铜层11.2对应燕尾凸起设有燕尾凹槽。
23.所述铜层11.2的底部设有一层铜镁合金耐磨层11.4，所述铜镁合金耐磨层11.4为0.4%铜镁合金连铸造，设置在线材本体的底部以增加与受电弓的耐磨性，减少接触线的接触部分的磨损，从而增加接触线的使用寿命。
24.所述钢层11.1和铜层11.2之间对应铜钢复合层11.3的两侧分别设有一个沟槽11.5。
25.参见图1
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3，图2绘制了一种燕尾型大长度高强高导强化耐磨铜钢复合接触线的生产设备的结构示意图。如图所示，本实用新型涉及的燕尾型大长度高强高导强化耐磨铜钢复合接触线的生产设备，包括依次设置的第一模具4、第二模具6和整理模具9，所述第一模具4包括注入段和冷却段，注入段设有三个注入口，分别注入铜水1、铜镁合金炉水2和钢水
3，冷却段上设有第一循环冷却系统5，所述第二模具6包括注入段和冷却段，注入段设有一个注入口，注入铜钢混合炉水7，冷却段上设有第二循环冷却系统8。
26.所述第一模具3内设有上下分布的钢腔和铜腔，钢腔和铜腔之间为实心分隔段，实心分隔段呈燕尾型；所述钢腔与钢水熔炉连通，在注入段注入钢水3；所述铜腔在注入段通过隔板分为上下分布的铜腔和铜镁复合腔，铜水熔炉与铜腔连通，在注入段注入铜水1，铜镁合金炉与铜镁复合腔连通，在注入段注入铜镁合金炉水2；第一循环冷却系统4用于将钢水3、铜水1和铜镁合金炉水2的混合液态冷却形成固态。
27.所述第二模具6与第一模具3的连接处中部设有铜钢混合炉水通道，一端伸出注入口，连接铜钢混合炉，另一端伸向第二模具6的中部，与第一模具4的实心分隔段位置对应，将铜钢混合炉水7注入实心分隔段对应位置；铜钢混合炉水7经第二循环冷却系统12冷却形成固态的铜钢复合层。
28.最后经过整理模具9的拉拔和上下两个拉拔轮10的轧制形成接触线11。
29.所述整理模具9为大小头整理模具，整理模具腔口从最前端到最后端，逐渐收缩1
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2%左右，防止整个接触线热胀冷缩之后，接触线与模具之产生空隙，影响接触线的成型；同时，模具腔口逐渐收缩，使得接触线本向受到一定程度的挤压，使得内部晶粒更加紧密，强度会进一步增强。
30.所述第一循环冷却系统5和第二循环冷却系统8均采用伺服冷却系统，使得冷却系统均匀冷却，避免因冷却系不稳定造成接触线内部晶体产生较大的差异
31.参见图1
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3，本实用新型涉及的燕尾型大长度高强高导强化耐磨铜钢复合接触线的生产方法，包括以下内容：
32.a.将钢水、铜水、铜镁合金炉水分别注入第一模具的钢腔、铜腔和铜镁复合腔内，经循环冷却系统将钢水、铜水和铜镁合金炉水的混合液态冷却形成固态；
33.钢水进模腔之前，由于接触空气，并带有氧气，钢水熔炉中加入氮气保护气，并通过压力调节阀，保持钢水熔炉内的一定压强，压强为1.02个标准大气压，加入氮气保护气的目的，是隔绝空气，隔绝氧气，形成钢杆；
34.铜水进入模腔之前，由于接触空气，并带有氧气，铜水的容器中加入氮气保护气，并通过压力调节阀，保持容器内的一定压强，大概是1.02个标准大气压，加入气氮气保护气的目的，是隔绝空气，隔绝氧气，与铜镁合金炉水混合形成耐磨铜杆；
35.b.将铜钢混合炉水注入第二模具的铜钢混合炉水通道内，经循环冷却系统将钢杆、耐磨铜杆与液态的铜钢混合炉水冷却形成固态；
36.铜钢混合炉水进入模腔之前，由于接触空气，并带有氧气，炉水的容器中加入氮气保护气，并通过压力调节阀，保持容器内的一定压强，大概是1.02个标准大气压，加入气氮气保护气的目的，是隔绝空气，隔绝氧气，形成铜钢复合层；
37.铜钢混合炉水由铜钢按质量比0.8~1.5均匀混合形成，温度控制在2000℃左右；钢的熔点为1535℃，铜的熔点为1083℃，当2000℃的铜钢混合的炉水接触铜杆的表面和钢杆的表面时候，由于炉水温度高达2000℃，所以铜杆和钢杆的接触面开始熔化，经过循环冷却系统的持续作用，炉水中的铜和铜杆中的铜凝固在一起，同理炉水中的钢和钢杆中的钢凝固在一起，这样铜杆、炉水、钢杆就形成了一个牢固的、不可脱落的整体；
38.铜钢混合炉水是加压推进的，加压1.02
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1.05个标准大气压，由于在冷却系统的作
用，炉水前进行会有延滞的现象，会造成复合的空心和疏松不致密的现象；
39.循环冷却系统均采用伺服冷却系统，使得冷却系统均匀冷却，避免因冷却系不稳定造成接触线内部晶体产生较大的差异；
40.经过连续冷锻装置的连续冷锻工艺，可使铜钢复合层与铜、钢的结合部更加紧密；
41.c.最后经过整理模具和拉拔轮的拉拔产出接触线；
42.整理模具采用大小头整理模具，采用大小头整理工艺，经过连续铸造后，因复合层与铜、钢的结合部晶粒较为粗大，结构不致密，经过大小头整理模具的拉拔使得复合层与铜、钢结合更加紧密，更加牢固，形成一个铜钢复合的不可脱落的整体。
43.通过拉拔轮的作用，同样使得整个铜钢复合接触线再次经过拉拔整理，使得复合层与铜、钢结合更加紧密，更加牢固，形成一个铜钢复合的不可脱落的整体。
44.参见图4，图4绘制了本实用新型的接线示意图。如图所示，本实用新型涉及的一种燕尾型铜钢复合接触线的电压对称接线法，包括以下内容：
45.悬挂铜钢接触线，连接铜层的两端c和d通电，钢层的两端a和b、铜钢复合层的两端e和f均不通电，此时电流只在cd间流动，达到良好导电效果，此种方法可大大提高抗拉强度，提高机车运行的安全系数，同时充分发挥了铜的良导体作用。
46.利用钢良好的抗拉强度和铜的良好导电性，使两者发挥各自优势，取长补短，形成强化耐磨大长度高强高导燕尾型铜钢复合接触线，采用铜钢复合接触线替代铜合金接触线，具有极大的优势，铜是电良导体，不同于铜合金，导电率可达100%iacs，极大的减少了线损，节约资源。
47.参见图5，图5绘制了复合层微观结构对比示意图。如图所示，黑色双箭头表示铁原子之间的金属键，连接强，灰色双箭头表示铜原子之间的金属键，连接较强，空心双箭头表示铁原子和铜原子之间的金属键，连接较弱；因此，铜钢复合层通过铜铁原子比为1:1的复合方式，远比铜钢直接复合的方式更牢固，更能形成一个不可脱落的整体。铜钢复合层按照铜铁原子比为1:1复合，铜原子的相对原子质量为64，钢是对含碳量质量百分比介于0.02%至2.11%之间的铁碳合金的统称，铁原子的相对原子质量为56，加上0.02%~2.11%的碳原子，碳原子的相对原子质量为12，即铜钢混合炉水由铜钢按质量比0.8~1.5均匀混合。
48.以上仅是本实用新型的具体应用范例，对本实用新型的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本实用新型权利保护范围之内。