第12卷第3期2005年6月
塑性工程学报
J OU RNAL OF PL ASTICIT Y EN GIN EERIN G
Vol 112 No 13J un 1 2005
(江西理工大学，赣州
341000) 李明茂
摘 要：金属复合线材具有良好的综合物理力学性能，在电力、交通等行业具有广阔的应用与开发前景。开发高强、高导、轻质、耐蚀的复合线材是其发展方向；而开发低能、高效、短流程的先进工艺是复合线材制备工艺的发展方向。本文综述了金属复合线材的生产使用现状与趋势。关键词：金属复合线；电力电缆；铜包钢祛斑净
中图分类号:TM24411 文献标识码:A 文章编号:100722012(2005)0320093203
李明茂 E 2mail :lmmzy @1261com
作者简介：李明茂，男,1982年生，江西吉安人，硕士，主要从事新材料制备和材料加工新技术方面的研究工作收稿日期:2004207219
1 引 言
复合线材的结构特点是以一种金属材料作芯线,
外层包覆或镀覆一层导电性能良好的铜或铝。采用复合线材可达到综合利用芯线的高强度和包覆层的导电性，或减少短缺资源的用量、减轻单位长度线材重量的目的，降低生产成本，扩大其应用范围。 邬婧婧
2金属复合线材的种类与使用现状
目前已开发的金属复合线有铜包铝线、铜包钢线、铝包钢线以及碳纤维增强铝线等。211铝包钢线(Aluminum clad steel wire)
铝包钢线以高碳钢线作芯线，外围均匀包覆一层纯铝。其优点[1,2]是导电性好，电导率设计范围为14%～40%IACS ；耐蚀性好，使用寿命长，抗拉强度高，热稳定性好等。铝包钢线的主要用途是架空高压输电线网，能实现大跨度铺设，能承受冰雪压力，耐盐雾腐蚀，防雷击和电磁干扰等，所以在高海拔、多冰雪地区、多海岛地区应用十分广泛。212铜包钢线(Copper clad steel wire)
铜包钢线是以钢线为芯体，在其表面上覆一层铜的复合线材。铜包钢接触线在性能上兼备了钢的高强度、耐高温软化的机械性能和铜导电率高、接触电阻小的电性能，因而具有传导效率高，材料成本低，抗拉断力大，质量轻，耐磨损的特点，在电缆行业中可代替铜导体作为分配线或在通信业中用作电话用户线。另外，鉴于铜包钢优良的物理力学
性能，也是目前电气化铁路用接触线的理想产品。213铜包铝线(Copper clad aluminum wire)
铜包铝线是CA TV 同轴电缆纯铜线内导体的“更新换代”产品。铜包铝线既具有铜的高频传输性能，又具有铝的轻质、柔软等特点。而同样重量下，铜包铝线的长度是纯铜线的217倍。由于重量轻，运输安装方便，还可降低敷设成本。因此，铜包铝线是替代纯铜线作高频电缆和移动通讯电缆内导体的最佳材料。此外，铜包铝线还可用于电力线、电焊机线、汽车电池线和电机电器线圈等。214碳纤维增强铝线
目前国际常用的架空高压电缆一般为钢芯增强铝的绞合线，由于这种电缆中钢的比重大、电阻大和磁致损耗等问题，已不适应超高压电力电缆发展的需要。国际上正在研究的无机连续纤维/铝复合丝增强铝高压电缆与钢芯增强铝相比，具有高强度、低比重、
播放路
低膨胀、导电性好、无磁性、高温(200℃
自复位保险丝
)不老化，强度长时间不变等优势。将是未来替代钢芯增强铝绞线作为架空高压电缆的理想产品。
3金属复合线材的发展趋势
复合线材主要是作电线电缆用，随着铜等导电材料的日益缺乏，世界能源的紧缺，电线电缆走向轻质、高强、高导、防磁、耐蚀是其发展的必然趋势，复合线材也必然是朝这个方向发展。铜包钢、铜包铝和碳纤维增强铝线将是下一代电线电缆产品的主导。其中，铜包钢产品是近年最受关注的复合线材产品，特别在架空输电线和接触线领域受到广泛关注。
4金属复合线材制备工艺研究开发现状
复合线材的制备加工方法近年发展迅速，目前
主要有热压包覆、连续挤压、电镀、热浸涂等。411热压包覆法
该法主要用于铜包钢线的制造，是用二条无氧铜带和一根钢芯，加热到900℃左右，送入轧辊，以孔型将它们轧结成一体。因为有相当的变形量，故结合良好[3]。该方法技术成熟，但铜的损耗较大。412连续挤压包覆法[3～6]
连续挤压的基本原理是利用摩擦力作为动力进行挤压。在连续挤压工艺方法的基础上，将靴座置于挤压轮的上部。这样，可允许芯线穿过挤压型腔，从而使挤出的基体金属可直接或间接地包覆在芯线上，并与芯线同时从模口中挤出，形成包覆产品。其主要结构形式(见图1)有单轮单槽、双轮双槽、单
轮双槽3种
。
图1 连续挤压包覆的3种结构形式
a )单轮单槽;
b )双轮双槽;
c )单轮双槽
12芯线;22包覆金属杆;32复合2线材产品;42挤压腔体;52挤压轮
Fig 11 Three structure forms of con 2clad
连续挤压包覆法具有工艺简单、生产效率高、产品质量好、成本低等优点，主要应用于铝包钢的生产，目前铝包钢几乎都用此法生产。
413
热浸涂法
热浸涂法是一种液2固相复合工艺，其原理是将高熔点的固体金属(芯线)，通过低熔点的液态金属(包覆层)进行镀层[3,7,8]。调整芯线使其具有恰当的速度，以获得合适的包覆层厚度。可循环作业。此法简便易行，较容易实现。包覆层的厚度可以控制，生产灵活性大，不仅可生产铝包钢丝，还可生产铜包钢丝等包覆线材[5]。图2所示为热浸涂法生产铜包钢CS 线示意图，日本生产铜包钢线就是应用此法制备线坯，之后再进行拉制成线材。414
电镀法
该方法是应用电解电镀原理，芯线作阴极，包
覆金属作阳极，在芯线上镀上包覆层
。其生产效率
图2 铜包钢线的热浸涂法生产
12钢线;22表面预处理;32预热;42反向凝固52液态铜;62冷却装置;72加工变形;82CS 线Fig 12 Produce copper clad steel wires in hot 2immerse method
不高，但在生产细线上能够实现较快的生产速度。
目前主要用于铜包钢细线的生产。另外，镀锡铜线、镀镍铜线、镀银铜线等特种复合线材也主要采用该种工艺[3,4,8]。
415
铸拉复合工艺[9]
铸拉复合工艺的基本原理如图3所示。该工艺目前还处于试验研究阶段，可能的主要用途是制备铝包钢线。其工艺过程主要分钢丝的表面处理、钢丝的预热、铸拉和后处理4
个环节。
图3 铸拉工艺原理示意图
12钢丝;22保温炉;32铝液;42结晶器;52拉拔模;62复合导线
Fig 13 The sketch map of cast 2draw met hod
该方法工艺简单，生产率高，是有前途的生产
方法之一。目前的研究主要是如何合理确立和控制拉线速度、结晶速度、钢丝预热温度等。
416
双结晶器连铸法
采用两种金属液同时浇注复合线材线坯无疑是一种经济有效的方法，它可以实现无氧化界面复合，同时可以简化工序，降低制造成本。谢建新等开发了一种包覆材料双结晶器连铸直接成形工艺[9]。可一次直接成形包覆材料的芯材和包覆层，克服了浸49塑性工程学报第12卷
渍以及包覆成形制备工艺中芯材或包覆层预处理过程复杂、界面质量不稳定等缺陷。但该方法一般只能适用于芯材与包覆层熔点相近或者芯材熔点高于包覆材料的情形。于是在此基础上，谢建新等又开发了填芯连铸复合法[10]，能一次铸造铜2铝复合线坯，其原理如图4[9]所示
。
图4 填芯连铸复合法原理图
12热电偶;22Al 坩埚炉;32Al 浇注管;42Cu 坩埚炉
52结晶器;62复合线坯
Fig 14 The sketch map of core 2filling continues
composite casting
5 金属复合线材制备技术的发展趋势
金属复合线材目前的生产工艺大都属于固相结合法，一般需要坯料的预制成形、表面处理、预热
等工序，而且所需设备也比较复杂。采用连续铸造技术实现复合线材的直接连续成形是一种更为经济的工艺措施，如双结晶器连铸法、填充式连铸法制备复合线坯等。另外，由连续挤压包覆法发展起来的连续铸挤法更能实现无间断生产，是材料和能源利用率最高的生产工艺。尽管在工艺控制方面还需做进一步的研究，但这些方法的提出无疑为复合线
制备技术的研究与开发提供了新的思路。这些方法的共同特点是采用两种液相金属直接连续复合，可
以减少生产工序，缩短生产工艺流程；可以获得无氧化复合界面，避免因坯料表面氧化膜的存在而影响复合线材的质量，可望成为复合线材制备技术研究开发的重要方向。
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2002
Present condition and development of metallic composite
wires πforming and application
L I Ming 2mao
(Jiangxi University of Science and Technology ,Jiangxi Ganzhou ,341000 China )
Abstract :Metallic composite wires have excellent physical and mechanic capability ,which have grea
t potential for development and application in electric power and traffic field.Producing the high intension ,high electrical conductivity ,light composite wires will be its developd irection ,and the development of advanced forming technologies which offer the advantage of high efficiency.Lower energy cost and compact process will be an important line of further improvement of metallic composite wires fabrication.This paper reviews research and development of forming technologies for metallic composite wires.K ey w ords :metallic composite wires ;electrical wires ;copper wrap s steel
5
9 第3期李明茂：金属复合线材的生产使用现状与发展趋势
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