CN113215438A - 一种用于地板电加热的微合金化铜基丝材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于地板电加热的微合金化铜基丝材及其制备方法，按照质量百分数包括以下组分：0.2‑0.4％Ni、0.4‑0.5％Sn、0.16‑0.18％Mn、0.05‑0.10％Zr，余量为Cu和其他杂质元素。将电解铜放入加热炉中熔化得到铜液，待铜液温度升至预设温度时，再将Ni、Sn、Mn、Zr依次加入铜液中，熔化得到熔融铜合金液；待熔融铜合金液温度升至预设温度后，恒温保持；然后将石墨结晶器插入熔融铜合金液中进行上引法连铸，然后进行拉拔成形与时效退火得到微合金化铜基丝材。能使电阻率和米电阻能够精准控制。

Description

一种用于地板电加热的微合金化铜基丝材及其制备方法

技术领域

本发明属于电热丝技术领域，涉及一种用于地板电加热的微合金化铜基丝材，还涉及上述微合金化铜基丝材的制备方法。

背景技术

随着经济的发展和生活质量的提高，冬季取暖已经越来越多。以前可能更多在北方会使用室内取暖，但近年来越来越多南方人也开始使用啦。除了常用的暖气片，地板下铺设热水管道的地热式取暖。暖气片是最常规的取暖加热方式，但是暖气片占用空间，而且还存在漏水隐患，热交换效率低。地热式取暖也是常用的方式，常规方法是在地板砖下铺设热水管道，由于热水管道铺设存在一定距离，呈网格式，这种加热方式可能会使地板砖的受热不均匀，局部温度过高，另外，由于水管埋在地板砖或木地板下，不仅存在漏水的风险，还给检修带来很大困难。另外，采用上述的暖气片或地热式取暖还需要专门的热力公司提供热源或专用的热交换站提供暖气热源。

近年来，在地热加热基础上，电热地板已经成为一种新的时尚，不仅节约了室内空间，而且还避免了暖气片等加热装置，还使加热效率提高，大大降低铺设成本。常规的电热地板是以碳基电热膜为发热体，结合新型PVC地板及反射膜组合而成的产品。碳基电热膜是一种低温辐射供暖方式的主体，它是一种以电力为能源，通过红外线辐射进行的新型供暖方式。电热膜在美国已经有40多年的应用历史，应用十分广泛。这种电热地板具有很对优势，(1)健康环保，电热膜像太阳一样辐射热量。使人感到非常舒服，不会造成室内燥热、皮肤失水、口舌干燥，也不会有空气污染，符合人体舒适感。(2)高效、经济，电热地板一次性投资低于其他取暖设备，在通电的几秒内，发热体表面迅速升温，地面以恒定的温度进行热辐射，运行成本低。(3)安装便捷，使用寿命长，电热膜地暖人性化、专业化的设计成为目前市场上安装、调试最为简便的产品。并且使用寿命长，维护简单。(4)可拆卸二次使用，由于不浇混凝土，所以很方便的拆卸下来再次使用。如果搬家了都可以拆卸重复使用，基本不会因拆卸损坏。

在地板采暖上我们已经走了很长一段路，地暖地板、自发热地板等都是目前很流行的地板采暖方式。电热木地板是近几年新兴的技术，就是下面放一层电热板，上面铺设木地板。上面铺设的木地板通常比一般家用木地板薄一些，这样方便导热，也可铺设普通的木地板，但导热要慢一点。另外，在高端的木地板或复合地板中埋入一定低电阻值的电热丝，既可以起到加热作用，同时又可以避免因加热丝局部过热或短路而出现安全隐患。可以复合制成不同的地板，比如电热地板、电热木地板、电地暖、地暖、多层地板、竹木地板、强化地板。

然而，作为低温精密加热元器件，采用这种电热丝，其电阻值和米电阻必须精确控制，以满足安全和高效的要求，这是首要的关键问题。因此，市场上期望廉价的低电阻丝材作为地板加热的核心，以满足安全和快速高效加热的实际生产需要，迫切需要低成本、制备工艺简单、微合金化的专用电加热铜合金丝材。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于地板电加热的微合金化铜基丝材，解决了现有技术中存在的地板用电阻丝的电阻率米和电阻无法精确控制的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种用于地板电加热的微合金化铜基丝材，按照质量百分数包括以下组分：

0.2-0.4％Ni、0.4-0.5％Sn、0.16-0.18％Mn、0.05-0.10％Zr，余量为Cu和其他杂质元素，其他杂质元素的含量均小于0.03％。

本发明的特点还在于：

微合金化铜基丝材的直径为0.28-0.32mm，电阻率为0.1-0.15Ω·m，米电阻为1.5-1.6Ω。

本发明的另一目的是提供一种用于地板电加热的微合金化铜基丝材的制备方法。

本发明所采用的另一技术方案是，一种用于地板电加热的微合金化铜基丝材的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将电解铜放入加热炉中熔化得到铜液，待铜液温度升至预设温度时，再将0.2-0.4％Ni、0.4-0.5％Sn、0.16-0.18％Mn、0.05-0.10％Zr依次加入铜液中，继续升温熔化，得到熔融铜合金液；待熔融铜合金液温度升至预设温度后，恒温保持；然后将石墨结晶器插入熔融铜合金液中进行上引法连铸，得到线材；

步骤2、对线材进行拉拔成形与时效退火得到微合金化铜基丝材。

步骤1中预设温度为1220～1250℃。

步骤2的具体过程为：对线材进行多道次的拉拔，拉拔过程中道次变形量为5-10％，每道次拉拔后丝材进入管式炉中在800-900℃的氢气保护气氛中进行中间时效退火，中间时效退火时间1-3min。

线材的直径为Φ8-10mm。

Ni、Sn、Mn、Zr元素分别以Cu-50％Ni、Cu-30％Sn、Cu-30％Mn、Cu-30％Zr中间合金的形式加入。

本发明的有益效果是：

本发明一种用于地板电加热的微合金化铜基丝材，微合金化程度低，所用合金元素价格低廉，生产成本低，工艺可控，环境友好，所生产的合金综合力学性能高，可以通过拉拔工艺而精确控制丝材直径，并使电阻率和米电阻能够精准控制；微合金化铜基丝材适用于各类地板加热，热效率高，安全可靠性高，不仅适合家庭地板，还可以应用于其他领域。本发明一种用于地板电加热的微合金化铜基丝材的制备方法，通过多道次拉拔大塑性变形，微合金化丝材强度高，电阻率可以根据生产需要精确控制；能得到具有组织均匀、电阻值精准、高韧性、塑形加工容易的超细直径丝材。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

一种用于地板电加热的微合金化铜基丝材，按照质量百分数包括以下组分：

0.2-0.4％Ni、0.4-0.5％Sn、0.16-0.18％Mn、0.05-0.10％Zr，余量为Cu和其他杂质元素，其他杂质元素的含量均小于0.03％。

微合金化铜基丝材的直径为0.28-0.32mm，电阻率为0.1-0.15Ω·m，米电阻为1.5-1.6Ω。

一种用于地板电加热的微合金化铜基丝材的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、先将质量纯度不低于99.9％的电解铜置于石墨坩埚中，再将坩埚放入真空氩气保护工频电炉中熔化得到铜液，待铜液温度升至1180～1200℃时，按照质量百分数0.2-0.4％Ni、0.4-0.5％Sn、0.16-0.18％Mn、0.05-0.10％Zr依次将Cu-50％Ni、Cu-30％Sn、Cu-30％Mn、Cu-30％Zr中间合金加入铜液中，继续升温熔化，得到熔融铜合金液，利用电炉自身电磁感应搅拌功能进行熔化和搅拌；待熔融铜合金液温度升至1220～1250℃时，降低工频电炉的功率，使铜合金液的温度保持在1220～1250℃；然后将水冷石墨结晶器插入熔融铜合金液中进行上引法连续铸造，得到直径为Φ8-10mm线材；

步骤2、对线材在室温下进行多道次的拉拔，拉拔过程中道次变形量为5-10％，每道次拉拔后丝材进入管式炉中在800-900℃的氢气保护气氛中进行中间时效退火，中间时效退火时间1-3min，得到直径为0.28-0.32mm、抗拉强度为280-400MPa的CuNiSnMnZr微合金化铜基丝材。

通过以上方式，本发明一种用于地板电加热的微合金化铜基丝材，向铜中加入微量的Ni，Sn，Mn和Zr进行微合金化，调整铜合金的成分，以改善铜合金的力学性能，能保证电阻率和米电阻及铜合金的塑形可加工性能；本发明一种用于地板电加热的微合金化铜基丝材的制备方法，真空氩气保护+电磁搅拌熔铸工艺，能使熔体成分均匀，使微量元素均匀分布于铜基体或固溶于基体，有利于提高组织的均匀性、以改善合金的加工性能；上引法连续铸造工艺，由于在水冷石墨结晶器内冷却凝固，所以能使铜基体晶粒细小、均匀，微量的合金元素大量固溶在铜基体中，能起到固溶强化效果和调节导电率的作用；连铸过程中，结晶器入口始终埋入在铜合金液面下，熔炼坩埚相当于一个大冒口，因此尽管线材的直径较小，但补缩效果良好，组织内无收缩类孔洞和缩松等缺陷；同时，由于在水冷石墨结晶器内冷却凝固，所获得的线材组织致密，晶粒细小，并避免了微量合金化元素的析出和金属间化合物的大量析出。因此，利用微合金化、固溶合金和丝材直径的精确控制而实现精准控制电阻率和米电阻。同时，利用微合金化效果达到改善铜合金的综合力学性能的能力。另外，由于加入的合金元素含量很低，对铜合金的大塑性变形加工能力影响较小，可以保证后续拉拔加工成型。

实施例1

步骤1、先将质量纯度不低于99.9％的电解铜置于石墨坩埚中，再将坩埚放入真空氩气保护工频电炉中熔化得到铜液，待铜液温度升至1200℃时，按照质量百分数0.2％Ni、0.4％Sn、0.16％Mn、0.05％Zr将Cu-50％Ni、Cu-30％Sn、Cu-30％Mn、Cu-30％Zr中间合金加入铜液中，继续升温熔化，得到熔融铜合金液，利用电炉自身电磁感应搅拌功能进行熔化和搅拌；待熔融铜合金液温度升至1220℃时，降低工频电炉的功率，使铜合金液的温度保持在1220℃；然后将水冷石墨结晶器插入熔融铜合金液中进行上引法连铸，得到直径为8mm线材；

步骤2、对线材在室温下进行多道次的拉拔，拉拔过程中道次变形量为5％，每道次拉拔后丝材进入管式炉中在800℃的氢气保护气氛中进行中间时效退火，中间时效退火时间1min，得到微合金化铜基丝材。

本实施例中得到的微合金化铜基丝材直径为0.28mm，抗拉强度为280MPa，电阻率为0.105Ω·m，米电阻为1.52Ω。

实施例2

步骤1、先将质量纯度不低于99.9％的电解铜置于石墨坩埚中，再将坩埚放入真空氩气保护工频电炉中熔化得到铜液，待铜液温度升至1200℃时，按照质量百分数0.4％Ni、0.5％Sn、0.18％Mn、0.10％Zr依次将Cu-50％Ni、Cu-30％Sn、Cu-30％Mn、Cu-30％Zr中间合金加入铜液中，继续升温熔化，得到熔融铜合金液，利用电炉自身电磁感应搅拌功能进行熔化和搅拌；待熔融铜合金液温度升至1250℃时，降低工频电炉的功率，使铜合金液的温度保持在1250℃；然后将水冷石墨结晶器插入熔融铜合金液中进行上引法连铸，得到直径为10mm线材；

步骤2、对线材在室温下进行多道次的拉拔，拉拔过程中道次变形量为6％，每道次拉拔后丝材进入管式炉中在900℃的氢气保护气氛中进行中间时效退火，中间时效退火时间3min，得到微合金化铜基丝材。

本实施例中得到的微合金化铜基丝材直径为0.32mm，抗拉强度为400MPa，电阻率为0.15Ω·m，米电阻为1.6Ω。

实施例3

步骤1、先将质量纯度不低于99.9％的电解铜置于石墨坩埚中，再将坩埚放入真空氩气保护工频电炉中熔化得到铜液，待铜液温度升至1200℃时，按照质量百分数0.3％Ni、0.45％Sn、0.17％Mn、0.08％Zr依次将Cu-50％Ni、Cu-30％Sn、Cu-30％Mn、Cu-30％Zr中间合金加入铜液中，继续升温熔化，得到熔融铜合金液，利用电炉自身电磁感应搅拌功能进行熔化和搅拌；待熔融铜合金液温度升至1230℃时，降低工频电炉的功率，使铜合金液的温度保持在1230℃；然后将水冷石墨结晶器插入熔融铜合金液中进行上引法连铸，得到直径为9mm线材；

步骤2、对线材在室温下进行多道次的拉拔，拉拔过程中道次变形量为9％，每道次拉拔后丝材进入管式炉中在850℃的氢气保护气氛中进行中间时效退火，中间时效退火时间1.5min，得到微合金化铜基丝材。

本实施例中得到的微合金化铜基丝材直径为0.30mm，抗拉强度为355MPa，电阻率为0.12Ω·m，米电阻为1.55Ω。

实施例4

步骤1、先将质量纯度不低于99.9％的电解铜置于石墨坩埚中，再将坩埚放入真空氩气保护工频电炉中熔化得到铜液，待铜液温度升至1200℃时，按照质量百分数0.25％Ni、0.45％Sn、0.175％Mn、0.09％Zr依次将Cu-50％Ni、Cu-30％Sn、Cu-30％Mn、Cu-30％Zr中间合金加入铜液中，继续升温熔化，得到熔融铜合金液，利用电炉自身电磁感应搅拌功能进行熔化和搅拌；待熔融铜合金液温度升至1240℃时，降低工频电炉的功率，使铜合金液的温度保持在1240℃；然后将水冷石墨结晶器插入熔融铜合金液中进行上引法连铸，得到直径为8.5mm线材；

步骤2、对线材在室温下进行多道次的拉拔，拉拔过程中道次变形量为8％，每道次拉拔后丝材进入管式炉中在875℃的氢气保护气氛中进行中间时效退火，中间时效退火时间2min，得到微合金化铜基丝材。

本实施例中得到的微合金化铜基丝材直径为0.29mm，抗拉强度为365MPa，电阻率为0.125Ω·m，米电阻为1.55Ω。

实施例5

步骤1、先将质量纯度不低于99.9％的电解铜置于石墨坩埚中，再将坩埚放入真空氩气保护工频电炉中熔化得到铜液，待铜液温度升至1200℃时，按照质量百分数0.35％Ni、0.465％Sn、0.178％Mn、0.085％Zr依次将Cu-50％Ni、Cu-30％Sn、Cu-30％Mn、Cu-30％Zr中间合金加入铜液中，继续升温熔化，得到熔融铜合金液，利用电炉自身电磁感应搅拌功能进行熔化和搅拌；待熔融铜合金液温度升至1225℃时，降低工频电炉的功率，使铜合金液的温度保持在1225℃；然后将水冷石墨结晶器插入熔融铜合金液中进行上引法连铸，得到直径为8mm线材；

步骤2、对线材在室温下进行多道次的拉拔，拉拔过程中道次变形量为10％，每道次拉拔后丝材进入管式炉中在880℃的氢气保护气氛中进行中间时效退火，中间时效退火时间1.75min，得到微合金化铜基丝材。

本实施例中得到的微合金化铜基丝材直径为0.31mm，抗拉强度为370MPa，电阻率为0.135Ω·m，米电阻为1.58Ω。

Claims (7)

1.一种用于地板电加热的微合金化铜基丝材，其特征在于，按照质量百分数包括以下组分：

0.2-0.4％Ni、0.4-0.5％Sn、0.16-0.18％Mn、0.05-0.10％Zr，余量为Cu和其他杂质元素，其所述其他杂质元素的含量均小于0.03％。

2.根据权利要求1所述的一种用于地板电加热的微合金化铜基丝材，其特征在于，所述微合金化铜基丝材的直径为0.28-0.32mm，电阻率为0.1-0.15Ω·m，米电阻为1.5-1.6Ω。

3.一种用于地板电加热的微合金化铜基丝材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将电解铜放入加热炉中熔化得到铜液，待铜液温度升至预设温度时，再将0.2-0.4％Ni、0.4-0.5％Sn、0.16-0.18％Mn、0.05-0.10％Zr依次加入铜液中，继续升温熔化，得到熔融铜合金液；待所述熔融铜合金液温度升至预设温度后，恒温保持；然后将石墨结晶器插入所述熔融铜合金液中进行上引法连铸，得到线材；

步骤2、对所述线材进行拉拔成形与时效退火得到微合金化铜基丝材。

4.根据权利要求3所述的一种用于地板电加热的微合金化铜基丝材的制备方法，其特征在于，步骤1中所述预设温度为1220～1250℃。

5.根据权利要求3所述的一种用于地板电加热的微合金化铜基丝材的制备方法，其特征在于，步骤2的具体过程为：对所述线材进行多道次的拉拔，拉拔过程中道次变形量为5-10％，每道次拉拔后丝材进入管式炉中在800-900℃的氢气保护气氛中进行中间时效退火，中间时效退火时间1-3min。

6.根据权利要求3所述的一种用于地板电加热的微合金化铜基丝材的制备方法，其特征在于，所述线材的直径为Φ8-10mm。

7.根据权利要求3所述的一种用于地板电加热的微合金化铜基丝材的制备方法，其特征在于，所述Ni、Sn、Mn、Zr元素分别以Cu-50％Ni、Cu-30％Sn、Cu-30％Mn、Cu-30％Zr中间合金的形式加入。