包覆拉拔法銅包鋁、銅包鋼雙金屬導線的研究.pdf

1、雙金屬復合導線是集兩種性能不同的金屬于一體的新型導線材料。銅包鋁線同時具備鋁的密度小和銅的導電性好的特點，而銅包鋼線則同時具備鋼的高強度和銅的導電性好的特點。由于高頻信號的電流“趨膚效應”，采用雙金屬復合線作為傳輸導線或作為內(nèi)導體的同軸電纜，不僅具有高的信號傳輸特性，而且具有重量輕或強度高、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，特別對節(jié)約銅資源需求上有著重大的實際意義。包覆拉拔是目前應用較廣泛生產(chǎn)方法，但所對應的雙金屬結合理論及其材料組織和性能的研究相對薄

2、弱，不利于其質(zhì)量提高和技術改進。因此，進一步研究雙金屬固相結合機理，以及深入研究其顯微組織、力學性能和導電性能，對于開發(fā)研制雙金屬導線新材料新工藝具有重要的理論意義和實際應用價值。 用量子化學從頭算方法計算Cu-Al、Cu-Fe、Cu-Cu雙原子間的平衡距離和結合能。以量子化學從頭計算方法得出不同距離時兩個原子間的相互結合能，采用勢能曲線最低點與從頭計算所得的能量最低值相重合的原則，擬合出原子間相互作用對勢，得出Cu-Al、Cu

3、-Fe和Cu-Cu雙原子間相互作用勢。包覆拉拔法的雙金屬結合是在施加于兩個金屬體的外力作用下，兩個金屬體表面的異類或同類原子靠近至原子間相互作用勢較低，能夠相互交換電子、產(chǎn)生吸引力的距離，并且，兩個金屬體表面的大量原子間的共同引力作用的結果。 Cu-Al、Cu-Fe雙金屬固相結合前處于分離表面，在外力的作用下，塑性變形使金屬表面貼近，并克服表面層電子勢能的斥力進而使原子靠近，在塑性變形時兩表面凸凹的相互摩擦生熱產(chǎn)生“熱激活”使表

4、面活化。金屬表面的氧化層極大地防礙了雙金屬固相的結合，因此，去除金屬結合面的氧化層并保護新鮮的潔凈表面是雙金屬固相的結合的關鍵。包覆拉拔前的刷洗加工形成較大的表面粗糙度，使拉拔過程中的塑性變形的第一階段的凸起處的無定向變形量加大，打碎殘留的氧化膜或新形成的薄氧化膜提供潔凈的接觸表面，而且，加大了雙金屬界面間的摩擦力，減小界面間的相對滑移。 包覆拉拔后在一定條件下雙金屬界面會發(fā)生原子間的相互擴散，擴散有利于提高結合強度，但不是結合

5、的必要條件。用Thermo-Calc軟件計算了Al-Cu和Fe-Cu二元合金相圖，計算確定了界面層的固溶度和擴散系數(shù)，形變內(nèi)應力加大了擴散激活能，因而形變量大的擴散系數(shù)也大。Cu包Al線退火時界面所形成的金屬間化合物相，不僅對繼續(xù)拉拔有害，對力學性能和電學性能也有不利影響。Cu包鋼退火時原子都是在單相區(qū)擴散，因此，其界面原子間相互擴散對提高結合強度和消除界面缺欠起到有利的作用。室溫拉拔時的Cu包Al線、Cu包鋼線的晶粒變形延拉拔方向拉長

6、呈纖維狀，隨變形量增大纖維加長，縱斷面變?yōu)槔w維狀，橫斷面晶粒變?yōu)椴灰?guī)則的形狀。纖維直徑與形變量成反比，而纖維長度與形變量平方成正比。同時，形變量較大時晶界也有局部融合現(xiàn)象。室溫拉拔后，Cu包Al線在350℃退火和Cu包鋼線在650℃退火處理時，纖維狀晶粒經(jīng)歷回復和再結晶過程，由纖維狀晶粒轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S晶，但是，Cu包鋼線中的α-Fe晶粒尺寸的幾率比正常的分布較分散。 室溫拉拔的Cu包Al線、Cu包鋼線抗拉強度隨形變量增大而增大，與形

7、變量平方根呈直線關系，而延伸率隨形變量增大逐漸降低。根據(jù)原始純銅和合金鋁或鋼的極限抗拉強度值，用復合材料強度的混合法則，能夠預測不同線徑的極限抗拉強度。經(jīng)650℃退火的Cu包鋼線的抗拉強度已經(jīng)接近原始的抗拉強度值，其延伸率也接近原始的延伸率值。 經(jīng)室溫拉拔的Cu包Al線、Cu包鋼線的晶界面積增加使靜態(tài)缺陷對電子波散射增強，導致電阻率隨形變量增加而直線增加，但相對增量極小，仍有很好的導電性能。把Cu層和芯線看成并聯(lián)線路，可以計算其