本發(fā)明屬于材料加工，具體涉及一種梯度柱晶電磁線導(dǎo)體及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、電磁線是特種高端電機(jī)和變壓器的“心臟”，廣泛應(yīng)用于高壓輸變電網(wǎng)、艦船電磁彈射、武器發(fā)射、能源發(fā)電、軌道交通等領(lǐng)域。電導(dǎo)率是電磁線的核心指標(biāo)，直接影響著電磁線的性能和效率。

2、電磁線導(dǎo)體的電導(dǎo)率由材料組織決定，材料組織中垂直電流方向的橫向晶界會(huì)對(duì)電子產(chǎn)生散射，從而降低電導(dǎo)率。此外，導(dǎo)體通入交流電時(shí)存在集膚效應(yīng)，電流集中在導(dǎo)體的表面，從而增大有效電阻、惡化電導(dǎo)率。由焦耳定律可知，電導(dǎo)率越低電阻越高，熱損耗越多。因此，提高電磁線導(dǎo)體電導(dǎo)率，對(duì)降低熱損耗、提高能源利用率具有重大意義。

3、以銅導(dǎo)體為例，目前廣泛應(yīng)用是經(jīng)低氧或無(wú)氧銅桿坯料生產(chǎn)的等軸晶組織銅導(dǎo)體，電導(dǎo)率得不到突破。此外單晶組織銅導(dǎo)體電導(dǎo)率較好，然而單晶銅坯料直徑較大，須經(jīng)多次拉拔才能達(dá)到最終直徑，而拉拔會(huì)增加單晶銅中的變形孿晶等晶體缺陷，須進(jìn)行中間退火處理，但400℃以上退火就會(huì)產(chǎn)生再結(jié)晶，產(chǎn)生晶界顯著降低電導(dǎo)率，且單晶銅由于其特殊制備工藝長(zhǎng)度受限。

4、基于上述原因，亟需開(kāi)發(fā)一種新組織高電導(dǎo)率電磁線導(dǎo)體及其制備方法，以優(yōu)化電磁線設(shè)計(jì)、降低成本、減少能源損耗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種梯度柱晶電磁線導(dǎo)體及其制備方法，以降低電子散射和緩解集膚效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)高電導(dǎo)率電磁線導(dǎo)體的制造。

2、一種梯度柱晶電磁線導(dǎo)體，以導(dǎo)體圓心為起點(diǎn)，沿導(dǎo)體橫截面方向從內(nèi)至外，其晶粒大小由細(xì)晶至粗晶呈梯度變化，沿導(dǎo)體軸向?yàn)橹ЫM織。

3、較佳的，將電磁線導(dǎo)體沿其橫截面方向分為表層組織與芯部組織，所述表層組織與芯部組織的界面以圓界定，圓心為導(dǎo)體圓心，芯部組織所在的圓半徑為電磁線導(dǎo)體半徑的30～70％。

4、較佳的，表層組織的平均晶粒尺寸為20～200μm，芯部組織的平均晶粒尺寸為2～20μm，柱晶最大長(zhǎng)徑比為2～7。

5、上述梯度柱晶電磁線導(dǎo)體的制備方法，具體包括以下步驟：

6、步驟一：對(duì)電磁線坯進(jìn)行單道次拉拔；

7、步驟二：重復(fù)步驟一的單道次拉拔，直至獲得所需直徑的電磁線導(dǎo)體；

8、步驟三：對(duì)步驟二獲得的電磁線導(dǎo)體進(jìn)行連續(xù)退火，獲得梯度晶電磁線導(dǎo)體；

9、步驟四：對(duì)步驟三獲得的梯度晶電磁線導(dǎo)體進(jìn)行定向熱處理；

10、步驟五：重復(fù)步驟四，直至獲得梯度柱晶電磁線導(dǎo)體。

11、較佳的，步驟一中，電磁線坯采用銅桿或電工圓鋁桿，單道次拉拔變形量在20％～40％之間。

12、較佳的，步驟二中，重復(fù)步驟一的單道次拉拔次數(shù)為5～20次。

13、較佳的，步驟三中，進(jìn)行連續(xù)退火時(shí)，退火溫度為500～800℃，加熱時(shí)間為1～10s，保護(hù)氣體為空氣或氬氣，冷卻方式為空冷或水冷。

14、較佳的，步驟四中，進(jìn)行定向熱處理時(shí)，熱端區(qū)域的溫度700～800℃，冷端區(qū)域的溫度為室溫，熱區(qū)長(zhǎng)度30～50mm，電磁線導(dǎo)體抽拉速率5～20mm/s。

15、較佳的，步驟五中，重復(fù)次數(shù)為1～3次。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)：

17、通過(guò)本發(fā)明所述技術(shù)方案首次獲得梯度柱晶組織電磁線導(dǎo)體，銅導(dǎo)體電導(dǎo)率提高至103％iacs、延伸率提高至42％；制備方法能應(yīng)用在工藝流水線上并用于工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種梯度柱晶電磁線導(dǎo)體，其特征在于，以導(dǎo)體圓心為起點(diǎn)，沿導(dǎo)體橫截面方向從內(nèi)至外，其晶粒大小由細(xì)晶至粗晶呈梯度變化，沿導(dǎo)體軸向?yàn)橹ЫM織。

2.如權(quán)利要求1所述的梯度柱晶電磁線導(dǎo)體，其特征在于，將電磁線導(dǎo)體沿其橫截面方向分為表層組織與芯部組織，所述表層組織與芯部組織的界面以圓界定，圓心為導(dǎo)體圓心，芯部組織所在的圓半徑為電磁線導(dǎo)體半徑的30~70%。

3.如權(quán)利要求1所述的梯度柱晶電磁線導(dǎo)體，其特征在于，表層組織的平均晶粒尺寸為20~200μm，芯部組織的平均晶粒尺寸為2~20μm，柱晶最大長(zhǎng)徑比為2~7。

4.如權(quán)利要求1-3任一所述的梯度柱晶電磁線導(dǎo)體的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟一中，電磁線坯采用銅桿或電工圓鋁桿，單道次拉拔變形量在20%~40%之間。

6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟二中，重復(fù)步驟一的單道次拉拔次數(shù)為5~20次。

7.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟三中，進(jìn)行連續(xù)退火時(shí)，退火溫度為500~800℃，加熱時(shí)間為1~10s，保護(hù)氣體為空氣或氬氣，冷卻方式為空冷或水冷。

8.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟四中，進(jìn)行定向熱處理時(shí)，熱端區(qū)域的溫度700~800℃，冷端區(qū)域的溫度為室溫，熱區(qū)長(zhǎng)度30~50mm，電磁線導(dǎo)體抽拉速率5~20mm/s。

9.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟五中，重復(fù)次數(shù)為1~3次。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種梯度柱晶電磁線導(dǎo)體及其制備方法。本發(fā)明的梯度柱晶電磁線導(dǎo)體，沿導(dǎo)體橫截面方向表層為粗晶組織、芯部為細(xì)晶組織，沿導(dǎo)體軸向?yàn)橹ЫM織。本發(fā)明首先采用拉拔和連續(xù)退火工藝，控制拉拔變形量、退火溫度和加熱時(shí)間使表層和芯部再結(jié)晶程度不同，獲得梯度晶電磁線導(dǎo)體；然后采用定向熱處理工藝，控制抽拉速率及溫度梯度使晶界定向遷移，最終獲得梯度柱晶電磁線導(dǎo)體。本發(fā)明首次制備出梯度柱晶電磁線導(dǎo)體，特殊的梯度柱晶組織能降低電子散射、緩解集膚效應(yīng)，其中銅導(dǎo)體電導(dǎo)率提高至103%IACS、延伸率提高至42%，制備方法能生產(chǎn)出大功率低損耗電磁線導(dǎo)體并應(yīng)用在工藝流水線。

技術(shù)研發(fā)人員：相恒高,劉旭,朱德民,徐志軍,陳旸,祁志祥,陳光
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19