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《大连海事大学》 2007年
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包覆拉拔法铜包铝、铜包钢双金属导线的研究

吴云忠  
【摘要】: 双金属复合导线是集两种性能不同的金属于一体的新型导线材料。铜包铝线同时具备铝的密度小和铜的导电性好的特点,而铜包钢线则同时具备钢的高强度和铜的导电性好的特点。由于高频信号的电流“趋肤效应”,采用双金属复合线作为传输导线或作为内导体的同轴电缆,不仅具有高的信号传输特性,而且具有重量轻或强度高、生产成本低等优点,特别对节约铜资源需求上有着重大的实际意义。包覆拉拔是目前应用较广泛生产方法,但所对应的双金属结合理论及其材料组织和性能的研究相对薄弱,不利于其质量提高和技术改进。因此,进一步研究双金属固相结合机理,以及深入研究其显微组织、力学性能和导电性能,对于开发研制双金属导线新材料新工艺具有重要的理论意义和实际应用价值。 用量子化学从头算方法计算Cu-Al、Cu-Fe、Cu-Cu双原子间的平衡距离和结合能。以量子化学从头计算方法得出不同距离时两个原子间的相互结合能,采用势能曲线最低点与从头计算所得的能量最低值相重合的原则,拟合出原子间相互作用对势,得出Cu-Al、Cu-Fe和Cu-Cu双原子间相互作用势。包覆拉拔法的双金属结合是在施加于两个金属体的外力作用下,两个金属体表面的异类或同类原子靠近至原子间相互作用势较低,能够相互交换电子、产生吸引力的距离,并且,两个金属体表面的大量原子间的共同引力作用的结果。 Cu-Al、Cu-Fe双金属固相结合前处于分离表面,在外力的作用下,塑性变形使金属表面贴近,并克服表面层电子势能的斥力进而使原子靠近,在塑性变形时两表面凸凹的相互摩擦生热产生“热激活”使表面活化。金属表面的氧化层极大地防碍了双金属固相的结合,因此,去除金属结合面的氧化层并保护新鲜的洁净表面是双金属固相的结合的关键。包覆拉拔前的刷洗加工形成较大的表面粗糙度,使拉拔过程中的塑性变形的第一阶段的凸起处的无定向变形量加大,打碎残留的氧化膜或新形成的薄氧化膜提供洁净的接触表面,而且,加大了双金属界面间的摩擦力,减小界面间的相对滑移。 包覆拉拔后在一定条件下双金属界面会发生原子间的相互扩散,扩散有利于提高结合强度,但不是结合的必要条件。用Thermo-Calc软件计算了Al-Cu和Fe-Cu二元合金相图,计算确定了界面层的固溶度和扩散系数,形变内应力加大了扩散激活能,因而形变量大的扩散系数也大。Cu包Al线退火时界面所形成的金属间化合物相,不仅对继续拉拔有害,对力学性能和电学性能也有不利影响。Cu包钢退火时原子都是在单相区扩散,因此,其界面原子间相互扩散对提高结合强度和消除界面缺欠起到有利的作用。 室温拉拔时的Cu包Al线、Cu包钢线的晶粒变形延拉拔方向拉长呈纤维状,随变形量增大纤维加长,纵断面变为纤维状,横断面晶粒变为不规则的形状。纤维直径与形变量成反比,而纤维长度与形变量平方成正比。同时,形变量较大时晶界也有局部融合现象。室温拉拔后,Cu包Al线在350℃退火和Cu包钢线在650℃退火处理时,纤维状晶粒经历回复和再结晶过程,由纤维状晶粒转变为等轴晶,但是,Cu包钢线中的α-Fe晶粒尺寸的几率比正常的分布较分散。 室温拉拔的Cu包Al线、Cu包钢线抗拉强度随形变量增大而增大,与形变量平方根呈直线关系,而延伸率随形变量增大逐渐降低。根据原始纯铜和合金铝或钢的极限抗拉强度值,用复合材料强度的混合法则,能够预测不同线径的极限抗拉强度。经650℃退火的Cu包钢线的抗拉强度已经接近原始的抗拉强度值,其延伸率也接近原始的延伸率值。 经室温拉拔的Cu包Al线、Cu包钢线的晶界面积增加使静态缺陷对电子波散射增强,导致电阻率随形变量增加而直线增加,但相对增量极小,仍有很好的导电性能。把Cu层和芯线看成并联线路,可以计算其室温拉拔的电阻和电阻率。另外,Cu包Al线替代纯Cu线的等阻直径也可以按上述方法近似地计算;Cu包钢线退火的再结晶过程消除了形变的影响,使电阻率下降至稳定状态。
【学位授予单位】:大连海事大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TG356

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1 吴云忠;包覆拉拔法铜包铝、铜包钢双金属导线的研究[D];大连海事大学;2007年
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