銅鎂合金漆包線的制備及組織性能特征研究

摘 要：實際工況條件下的純銅漆包線會出現縮頸、軟化和松弛變形等現象，影響了變壓器的穩定性和使用壽命。文章首先研究了鎂元素的加入和含量提高對銅鎂合金線抗拉強度和電導率的影響規律，以此為基礎，選擇高鎂和低鎂含量的銅鎂合金成分，通過上引連續鑄造、軋制、拉拔制備了銅鎂合金裸線，并利用浙江宏磊集團的漆包機實施了絕緣漆的包覆，最后比較研究了銅鎂合金漆包線和純銅漆包線的主要機械和導電性能。

關鍵詞：銅鎂合金線；漆包線；抗拉強度；電導率

銅線材是銅加工材中最主要的品種之一，廣泛用于電線電纜、繞組線和通信電纜等行業，根據目前我國銅桿線生產現狀和發展趨勢，電線電纜行業用銅量增長大約每年平均遞增8%～10%[1]。純銅由于強度很低（軟態時僅為230-290MPa，冷加工后強度雖然可以達到400MPa，但延伸率卻下降為2%）已越來越不能滿足工業發展的需要[2]，因此，常采用固溶強化、加工強化和沉淀強化等多種方式在保證可接受水平的導電性能的前提下，以盡量提高銅材料的機械性能。

電磁線（漆包線）是一種廣泛應用于電力、電器等制造行業的產品，銅漆包線的成本在電機的材料成本中占有約50%[3]，隨著我國經濟的快速發展，電力、電器已深入日常生產、生活的每一個角落，用于這些設備制造的相關產品市場也越來越廣闊。漆包線行業正面臨著的是一個復雜多變的環境，在面臨危機和挑戰的背景下，存在著規?；c市場集中化形成的機遇和企業向差異化細分市場定位產品的條件[4]。為了滿足顧客的日益苛刻的要求，漆包線行業如美國的埃塞克斯公司、菲力浦道奇公司、法國的阿爾卡特公司等，我國的冠城大通、精達里亞、宏磊銅業等漆包線行業世界級巨頭企業，也在致力于制造技術的不斷發展和提高。

文章針對實際工況下變壓器用純銅漆包線容易出現縮頸、軟化和松弛的問題，嘗試通過通過上引-連續擠壓-軋制-拉拔制備銅鎂合金裸線，然后通過本公司的漆包機進行絕緣漆的包覆制備銅鎂合金漆包線，并與純銅漆包線的性能進行對比研究。

銅鎂合金具有優良的強度和抗高溫軟化能力以及相對較高的導電性能[5]，文章通過上引-連續擠壓法制備了含量為0-0.55wt.%Mg的銅鎂合金，鎂元素的加入和含量的提高對銅鎂合金電導率和抗拉強度均有顯著影響，隨著鎂含量的增加，銅鎂合金的電導率迅速下降，抗拉強度逐漸上升，鎂含量為0.025wt.%時，銅鎂合金的電導率較高為98%IACS，抗拉強度較低為420MPa，鎂含量為0.35wt.%時，銅鎂合金的電導率降低至73%IACS，抗拉強度升高到510MPa，鎂含量為0.55wt.%時，銅鎂合金的電導率降低至63%IACS，抗拉強度升高到580MPa。

通過鎂含量對銅鎂合金電導率和抗拉強度影響的研究，選擇高鎂合金Cu-0.4wt.%和低鎂合金Cu-0.10wt.%合金進行進一步加工。首先通過上引連鑄鑄造制備線徑為22mm的線桿，通過巨拉拉拔至16mm線徑，經過冷軋加工為線徑8mm的線材，后經過大拉和中拉最終加工為線徑0.5mm的裸線。圖1為低鎂合金上引連鑄鑄造桿材心部鑄態組織和巨拉銅鎂合金線材橫截面金相組織。上引桿材的晶粒組織粗大，具有等軸晶粒特征，上引連鑄法制備銅鎂合金邊部有發達的柱狀晶，中心為粗大的等軸晶，經過巨拉加工后，橫斷面組織明顯細化，鑄態組織特征基本消失，合金的性能也得到顯著改善。

（a）上引連續鑄造金相；（b）巨拉

圖1 上引連續鑄造和巨拉銅鎂合金金相組織特征

利用浙江宏磊集團的漆包機實施銅鎂合金裸線的絕緣漆包覆，其操作流程為：放線→退火→涂漆→烘焙→冷卻→潤滑→收線，銅銀漆包線和本廠生產的同等線徑純銅漆包線的主要性能對比見表1所示?？梢钥闯?，低鎂和高鎂銅合金漆包線尺寸和尺寸偏差均與純銅漆包線差異不大，但在性能方面差異顯著。純銅漆包線導電率高達101.0%IACS，高鎂漆包線電導率較低72.3% IACS，低鎂漆包線的電導率相對較高82.1% IACS。在抗拉強度方面，鎂元素的加入有顯著的提高作用，鎂含量越高，其抗拉強度越高，然而，鎂的加入也導致了延伸率的顯著偏低，線材的回彈角度也隨著鎂含量的加入和提高而明顯增大。

表1 純銅漆包線和銅鎂漆包線的性能對比

通過以上的分析可以得出：

（1）Mg元素的加入和含量的提高對銅鎂合金的電導率和強度均有顯著影響，隨著Mg元素含量的提高，合金的抗拉強度明顯提高，合金的電導率顯著下降。鎂含量介于0.025-0.55wt.%時，銅鎂合金抗拉強度介于420-580MPa，電導率介于98-63%IACS。

（2）采用上引-拉拔-軋制-拉拔的流程制備了0.5mm線徑的高鎂和低鎂銅鎂合金裸線，并制備了兩種線材的漆包線，與等線徑純銅漆包線相比，銅鎂漆包線的強度得到顯提高，塑性和電導率降低明顯，回彈角度也明顯高于純銅漆包線的回彈角度。

參考文獻

[1]鐘海燕，袁孚勝，田軍濤.淺談我國銅線材的現狀及發展趨勢[J].上海有色金屬，2011，32（4）：187-191.

[2]崔蘭，季小娜，陳小平，等.高強高導純銅線材及銅基材料的研究進展[J].稀有金屬，2004，28（5）：917-920.

[3]張興志，顧添其，張秉芬.鋁漆包線在電機中的應用研究[J].微特電機，2011，39（12）：44-48.

[4]魏浙強，張震宇.漆包線行業的現狀及發展[C].中國銅加工技術與應用論文集，2008：307-310.

[5]盧利平，運新兵，楊俊英，等.銅鎂合金線材連續擠壓擴展變形行為研究[J].金屬鑄鍛焊技術，2010，39（5）：93-95.