包覆拉拔法銅包鋁、銅包鋼雙金屬導(dǎo)線的研究.pdf

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

2、弱，不利于其質(zhì)量提高和技術(shù)改進(jìn)。因此，進(jìn)一步研究雙金屬固相結(jié)合機(jī)理，以及深入研究其顯微組織、力學(xué)性能和導(dǎo)電性能，對(duì)于開發(fā)研制雙金屬導(dǎo)線新材料新工藝具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 用量子化學(xué)從頭算方法計(jì)算Cu-Al、Cu-Fe、Cu-Cu雙原子間的平衡距離和結(jié)合能。以量子化學(xué)從頭計(jì)算方法得出不同距離時(shí)兩個(gè)原子間的相互結(jié)合能，采用勢(shì)能曲線最低點(diǎn)與從頭計(jì)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(duì)勢(shì)，得出Cu-Al、Cu

3、-Fe和Cu-Cu雙原子間相互作用勢(shì)。包覆拉拔法的雙金屬結(jié)合是在施加于兩個(gè)金屬體的外力作用下，兩個(gè)金屬體表面的異類或同類原子靠近至原子間相互作用勢(shì)較低，能夠相互交換電子、產(chǎn)生吸引力的距離，并且，兩個(gè)金屬體表面的大量原子間的共同引力作用的結(jié)果。 Cu-Al、Cu-Fe雙金屬固相結(jié)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(shì)能的斥力進(jìn)而使原子靠近，在塑性變形時(shí)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(jié)合，因此，去除金屬結(jié)合面的氧化層并保護(hù)新鮮的潔凈表面是雙金屬固相的結(jié)合的關(guān)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(duì)滑移。 包覆拉拔后在一定條件下雙金屬界面會(huì)發(fā)生原子間的相互擴(kuò)散，擴(kuò)散有利于提高結(jié)合強(qiáng)度，但不是結(jié)合

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

6、呈纖維狀，隨變形量增大纖維加長(zhǎng)，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(zhǎng)度與形變量平方成正比。同時(shí)，形變量較大時(shí)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(shí)，纖維狀晶粒經(jīng)歷回復(fù)和再結(jié)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(qiáng)度隨形變量增大而增大，與形

7、變量平方根呈直線關(guān)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(qiáng)度值，用復(fù)合材料強(qiáng)度的混合法則，能夠預(yù)測(cè)不同線徑的極限抗拉強(qiáng)度。經(jīng)650℃退火的Cu包鋼線的抗拉強(qiáng)度已經(jīng)接近原始的抗拉強(qiáng)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(duì)電子波散射增強(qiáng)，導(dǎo)致電阻率隨形變量增加而直線增加，但相對(duì)增量極小，仍有很好的導(dǎo)電性能。把Cu層和芯線看成并聯(lián)線路，可以計(jì)算其