一种铜铝液熔合金母线的制备方法技术领域
本发明属于电工合金领域，具体涉及一种铜铝液熔合金母线的制备方法。
背景技术
母线指用高导电率的铜、铝质材料制成的，用以传输电能，具有汇集和分配电力的
产品。电厂或变电站输送电能用的总导线。通过它，把发电机、变压器或整流器输出的电能
输送给各个用户或其他变电所。
铜可以提供更强的导电效果，且不易被腐蚀，现已广泛地应用于导电和导热体的
材料中，但是其价格昂贵，我国也不是富铜国家。铝材料力学性质优异，成本相对于铜低，但
其导电性能差。
铜铝复合材料作为新型复合材料的一种，不仅具有铜的导电、导热率高、接触电阻
低和外表美观等优点，也具有铝的质轻、耐腐、经济等优点。采用固相复合技术生产的铜铝
复合板，还具有结合面过渡电阻和热阻抗低、耐蚀、耐用、延展性和成型性好等综合性能，可
广泛用于电子、电器、电力、冶金设备、机械、汽车、能源和生活用具等各个领域。现有铜铝生
产方法中，如浇注法、水平连铸法、挤压法、静液挤压法、套管拉拔法、包覆焊接法和轧制压
接法，均难以制备断面尺寸较大、包覆铜层厚度薄且均匀以及铜铝结合界面达到完全冶金
结合的高性能铜铝复合母线排。在力学性能和导电性能上，在现实中尚不能稳定体现良好
地效果，满足市场的期待。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施
例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部
分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有铜铝液熔合金母线的技术空白，提出了本发明。
因此，本发明其中的一个目的是解决现有技术中的不足，提供一种高性能的铜铝
液熔合金母线的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种铜铝液熔合金母线的制
备方法，包括，预处理，除去铝棒表面氧化层和铜管内壁氧化物，对铜管做预热处理；中间合
金制备，将铝棒高温熔化，通入惰性气体，加入稀土元素，高能超声处理，制得中间合金；制
备浆料，将铝棒高温熔化，添加中间合金，快速冷却，制备半固态浆料，保温；挤压制坯，将经
预热铜管放入到液压机的凹模型腔中，再将半固态稀土铝液浆料定量浇注至凹模型腔中，
液压机通过凹模型腔进行快速挤压成型，保温；轧制冷却，进行多道次连续轧制，放置于空
气中冷却。
作为本发明所述铜铝液熔合金母线的制备方法的一种优选方案，其中：所述预热
处理，其温度为500～600℃，时间为0.5～2h。
作为本发明所述铜铝液熔合金母线的制备方法的一种优选方案，其中：所述高温
熔化，其温度为720～750℃。
作为本发明所述铜铝液熔合金母线的制备方法的一种优选方案，其中：所述制备
浆料，其中，所述快速冷却，其冷却速度为15～25℃/min。
作为本发明所述铜铝液熔合金母线的制备方法的一种优选方案，其中：所述稀土
元素，其添加量为铝棒质量的10～12％。
作为本发明所述铜铝液熔合金母线的制备方法的一种优选方案，其中：所述稀土
元素包括镧铈合金颗粒，其粒径为50～100nm。
作为本发明所述铜铝液熔合金母线的制备方法的一种优选方案，其中：所述高能
超声处理，其功率为1300～1600W，频率为15～25kHz，温度为660～720℃，时间为15～
25min。
作为本发明所述铜铝液熔合金母线的制备方法的一种优选方案，其中：所述制备
浆料，其中，所述保温，其温度为580～600℃。
作为本发明所述铜铝液熔合金母线的制备方法的一种优选方案，其中：所述挤压
制坯，其中，所述保温，其温度为550～600℃，时间为1～2h。
作为本发明所述铜铝液熔合金母线的制备方法的一种优选方案，其中：所述多道
次连续轧制，其中，单道次轧制压下率为15～40％，总轧制压下率为50～70％。
本发明的有益效果：
(1)本发明所提供的铜铝液熔合金母线的制备方法，可制备断面尺寸较大、包覆铜
层厚度薄且均匀以及铜铝结合界面达到完全冶金结合的高性能铜铝复合母线排。
(2)本发明所制得的铜铝液熔合金母线，其力学性能相较于市售同类产品，能稳定
体现更优异的结合和拉伸性能；
(3)本发明所制得的铜铝液熔合金母线，具有优异的导电性能，测定其导电率稳定
高出同类产品10％；
(4)本发明所提供的制备铜铝液熔合金母线的的制备方法，节能环保，具有很好的
工业应用前景。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对
本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以
采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的
情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方
式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指
同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1：
预处理：除去铝棒表面氧化层和铜管内壁氧化物，对铜管做预热处理，其温度为
500℃；
中间合金制备：将铝棒置于750℃高温熔化，通入N2惰性气体，加入12wt％粒径为
＜100nm的镧铈合金颗粒，设置参数功率1300W，频率15kHz，温度720℃，高能超声处理
15min；
制备浆料：将铝棒置于750℃高温熔化，并添加上述中间合金，快速冷却，制备半固
态浆料，在580℃下，保温15min；
挤压制坯：将经预热铜管放入到液压机的凹模型腔中，再将半固态稀土铝液浆料
定量浇注至凹模型腔中，液压机通过凹模型腔进行快速挤压成型，在580℃下，保温1.5h；
轧制冷却：进行多道次连续轧制，单道次轧制压下率为15％，总轧制压下率为
60％，放置于空气中冷却5h。制得样品1。
实施例2：
预处理：除去铝棒表面氧化层和铜管内壁氧化物，对铜管做预热处理，其温度为
550℃；
中间合金制备：将铝棒置于720℃高温熔化，通入N2惰性气体，加入12wt％粒径为
＜100nm的镧铈合金颗粒，设置参数功率1500W，频率25kHz，温度660℃，高能超声处理
20min；
制备浆料：将铝棒置于750℃高温熔化，并添加上述中间合金，快速冷却，制备半固
态浆料，在550℃下，保温15min；
挤压制坯：将经预热铜管放入到液压机的凹模型腔中，再将半固态稀土铝液浆料
定量浇注至凹模型腔中，液压机通过凹模型腔进行快速挤压成型，在580℃下，保温2h；
轧制冷却：进行多道次连续轧制，单道次轧制压下率为15％，总轧制压下率为
60％，放置于空气中冷却8h。制得样品2。
实施例3：
预处理：除去铝棒表面氧化层和铜管内壁氧化物，对铜管做预热处理，其温度为
600℃；
中间合金制备：将铝棒置于740℃高温熔化，通入SF6惰性气体，加入12wt％粒径为
＜100nm的镧铈合金颗粒，设置参数功率1600W，频率20kHz，温度700℃，高能超声处理
25min；
制备浆料：将铝棒置于750℃高温熔化，并添加上述中间合金，快速冷却，制备半固
态浆料，在600℃下，保温15min；
挤压制坯：将经预热铜管放入到液压机的凹模型腔中，再将半固态稀土铝液浆料
定量浇注至凹模型腔中，液压机通过凹模型腔进行快速挤压成型，在580℃下，保温1h；
轧制冷却：进行多道次连续轧制，单道次轧制压下率为20％，总轧制压下率为
60％，放置于空气中冷却6h。制得样品3。
实施例4：
取市售铜包铝母线为样品4，取上述实施例样品1、2、3。
母线铜层剥离力测定：对样品外层铜做剥离操作。将母线固定在万能试验机上，在
万能试验机作用下对所剥离部分施加力F，且所施加的力匀速增大，当所F的着力点移动速
度稳定时，此时F近似于铜层的剥离力。
母线拉伸性能测试：将母线按GB/T16865-1997加工成标准试棒，然后以2mm/min的
拉伸速率在型号为WEW-1000D的电子万能试验机上进行拉伸性能测试。
实验结果，如下表：
由结果可见，本发明所制得的铜铝液熔合金母线，在力学性能上，相比于普通市售
铜包铝母线，体现出更加优异的效果。这是因为，液熔铝浸镀铜的超润湿现象和稀土元素的
对晶粒的净化和细化作用相互正协同。
经发明者研究发现，稀土元素作为一种表面活性物质，在高能超声作用下，降低铝
液中晶核的表面张力，继而其形核几率和形核速率大大提高，与此同时，其扩散速率因为晶
核的扩散激活能的提高而大大降低，宏观上，晶核长大即被阻止，换言说，稀土元素强力抑
制了铝液中晶粒粒径增大。而在保温过程中，这一作用被进一步巩固和增强。
基于此，在进一步浸镀铜时，在富铝且铝的晶粒因为稀土被细化的前提下，就保证
了稀土铝液同铜具有极佳的润湿性，一方面接触角接近0°，另一方面高强度的连接被构建，
也即发生了“超润湿现象”。
另外，再加上稀土元素本身的固溶强化作用与晶粒细化作用共同影响下，故而巩
固和加强了正协同效果，呈现出较佳的力学性能。
实施例5：
取上述样品1、样品2、样品3、样品4，切成试块，并进行热处理机制处理。对
试样的铜层表面进行打磨，去除表面的氧化层，然后采用FD-101型数字涡流金属电导率测
量仪进行电导率测量。采用Ms/m作为计量单位。
实验结果，如下表：
由结果可见，本发明所制得的铜铝液熔合金母线，在导电性能上，相比于普通市售
铜包铝母线，体现出更加优异的效果。这是因为，液熔铝浸镀铜的超润湿现象和稀土元素的
对晶粒的净化和细化作用相互正协同。
经发明者研究发现，稀土元素作为一种表面活性物质，在高能超声作用下，降低铝
液中晶核的表面张力，继而其形核几率和形核速率大大提高，与此同时，其扩散速率因为晶
核的扩散激活能的提高而大大降低，宏观上，晶核长大即被阻止，换言说，稀土元素强力抑
制了铝液中晶粒粒径增大。而在保温过程中，这一作用被进一步巩固和增强。基于此，在进
一步浸镀铜时，在富铝且铝的晶粒因为稀土被细化的前提下，就保证了稀土铝液同铜具有
极佳的润湿性，一方面接触角接近0°，另一方面高强度的连接被构建，也即发生了“超润湿
现象”。基于上述作用，稀土元素可在合金层均匀分布，继而其除杂作用使得固溶杂质散射
效应降低从而提高合金的导电性能。
由此可见，本发明所提供的铜铝液熔合金母线的制备方法，可制备断面尺寸较大、
包覆铜层厚度薄且均匀以及铜铝结合界面达到完全冶金结合的高性能铜铝复合母线排；本
发明所制得的铜铝液熔合金母线，其力学性能相较于市售同类产品，能稳定体现更优异的
结合和拉伸性能；本发明所制得的铜铝液熔合金母线，具有优异的导电性能，测定其导电率
稳定高出同类产品10％；本发明所提供的制备铜铝液熔合金母线的的制备方法，节能环保，
具有很好的工业应用前景。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳
实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术
方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发
明的权利要求范围当中。