Microstructure and properties of pure iron/copper composite cladding layers on carbon steel

In the present study, pure iron/copper composite metal cladding was deposited onto carbon steel by tungsten inert gas welding. The study focused on interfacial morphological, microstructural, and mechanical analyses of the composite cladding layers. Iron liquid–solid-phase zones were formed at copper/steel and iron interfaces because of the melting of the steel substrate and iron. Iron concentrated in the copper cladding layer was observed to exhibit belt, globule, and dendrite morphologies. The appearance of iron-rich globules indicated the occurrence of liquid phase separation（LPS） prior to solidification, and iron-rich dendrites crystallized without the occurrence of LPS. The maximum microhardness of the iron/steel interface was lower than that of the copper/steel interface because of the diffusion of elemental carbon. All samples fractured in the cladding layers. Because of a relatively lower strength of the copper layer, a short plateau region appeared when shear movement was from copper to iron.

低碳钢表面电弧熔覆制备铜基复合涂层组织与性能研究

为研究电弧熔覆技术在低碳钢表面制备铜基熔覆层的效果,并探讨不同合金元素(Co、Cr、Ti、Mn)对熔覆层组织和性能的影响,以提升其在工程领域的应用价值。采用MIG机器人在Q345钢表面分别熔覆硅青铜实心焊丝和四种不同成分的药芯焊丝,制备Cu-Co、Cu-Cr、Cu-Ti、Cu-Mn、Cu-Si五种铜基熔覆层。通过XRD、SEM、EDS等手段对熔覆层的物相组成、微观组织和元素分布进行分析,并测试其硬度和摩擦磨损性能。研究表明,Cu-Co熔覆层界面结合良好,未出现MUZ区域,组织过渡均匀;Cu-Cr熔覆层中出现大量片状析出相,界面不平直;Cu-Ti熔覆层顶部存在大量金属化合物(铁钛、铜钛);Cu-Mn熔覆层顶部主要由Fe基固溶体和Cu基固溶体组成;Cu-Si熔覆层主要由α-Cu和富Fe相组成。Cu-Ti合金熔覆层硬度最高,Cu-Mn合金熔覆层硬度较为平稳。在摩擦磨损试验中,Cu-Co合金熔覆层表现出优异的耐磨性,摩擦系数低且磨损量小。添加Co元素能够有效消除熔覆层与低碳钢界面处的MUZ区域,并获得良好的组织过渡;添加Mn元素能够提升铜基熔覆层的硬度并改善其耐磨性;Cu-Co合金熔覆层具有优异的综合性能,建议优先选择。

接地工程用铜覆钢在浙江典型土壤中的耐腐蚀性能研究

由于铜覆钢接地材料的腐蚀相关研究较少,导致未达标的铜层厚度严重降低降低铜覆钢使用寿命。针对连铸铜覆钢材料的腐蚀性能及铜层选型设计问题,对铜覆钢接地材料在浙江典型土壤的腐蚀性能进行了试验研究和铜层厚度的选型设计。研究结果表明,依据铜覆钢电化学腐蚀试验结果,为满足铜覆钢40年使用后仍确保电气热稳定,在浙江强腐蚀性土壤条件下,其铜层厚度宜≥0.80 mm;在中腐蚀性土壤条件下,其铜层厚度宜≥0.50 mm;在弱腐蚀性土壤条件下,其铜层厚度宜≥0.40 mm。浙江土壤多为酸性,酸性离子易破坏铜层钝化层,因此在设计铜层厚度时,应适当加大厚度。

变电站接地网引下线氧浓差腐蚀仿真计算研究

变电站接地网长期运行存在明显腐蚀问题,基于有限元法建立变电站接地网引下线腐蚀三维模型,分析不同材料、形状以及表层不同破损情况下的接地网引下线的腐蚀情况。计算结果表明:地面至地面以下20 cm区域的氧气摩尔浓度差异大,该区域电极表面电流密度比其他区域电流密度大,即发生了氧浓差腐蚀;当引下线表层镀膜完整,并且孔隙饱和度在0.20~0.35之间时,镀锌扁钢引下线比铜覆扁钢接地网引下线表面电流密度小,保护效果好;当孔隙饱和度在0.35~0.8之间时,镀锌扁钢引下线比铜覆扁钢引下线表面电流密度大,保护效果差;当引下线表层镀膜完整时,镀锌扁钢比镀锌圆钢引下线表面电流密度小,腐蚀速率小;氧浓差对表层镀膜完整的引下线的腐蚀影响较轻;当接地网引下线地下埋藏部分镀锌表层局部破损时,表层腐蚀孔周围电流密度较大,腐蚀较为严重;当接地网引下线地下埋藏部分镀锌表层腐蚀殆尽时,地面至地面以下20 cm的电流密度显著高于其他区域,氧浓差腐蚀现象显著。

铜覆钢涡流检测探头优化设计与研究

为了提高涡流检测技术对铜覆钢表面及近表面的检测灵敏度,针对探头与铜覆钢的同轴度状态、激励信号频率、探头线圈的匝数及宽度探头等变量对铜覆钢涡流检测过程造成的影响,从同轴度矫正和探头参数优化的角度对铜覆钢涡流检测探头进行设计。利用数值仿真技术从理论上确认探头与铜覆钢的同轴度对涡流检测效果的影响。设计制作直径可调铜覆钢专用检测探头,可检测出铜覆钢材料中深度为0.1 mm的近表面缺陷。采用正交实验方法研究不同因素对涡流检测探头的影响程度。结果表明,铜覆钢涡流检测探头激励频率为25~35 kHz时,探头对于铜覆钢缺陷的检测灵敏度最高。因此,通过改善探头结构、优化探头参数,可提高铜覆钢涡流检测灵敏度。

连铸工艺参数对复合铜包钢线组织与性能的影响

连铸复合法是制备高性能金属复合材料的新方法,提高连铸速度对提高生产效率、降低生产成本具有重要现实意义,连铸速度的提升将显著影响连铸复合过程凝固行为和铸坯质量。本研究采用连铸复合法制备外径8.7 mm、芯材直径6 mm的纯铜包覆Q235钢线,研究较高速连铸状态下工艺参数对铜包钢线表面质量、铜包覆层组织、界面扩散层厚度和界面剪切强度的影响。结果表明:在连铸速度300~420 mm/min、复合温度1150℃、一次冷却水流量400~800 L/h、二冷水流量100 L/h的工艺条件下制备的铜包钢线表面质量较好,铜层晶粒细小,界面结合强度高。

固-液铸轧异形双金属线截面形状预测模型

为研究短流程异形截面双金属线制备工艺,本文提出了非圆孔型固-液铸轧复合异形截面双金属线制备工艺,并以铜包钢线为研究对象,利用Deform有限元软件对非圆孔型固-液铸轧复合双金属线的截面形状进行研究,建立了异形截面双金属线的截面形状预测模型。本文利用铸轧实验机成功制备了不同截面形状的双金属线,其截面形状与预测模型相符,预测模型的准确性在98%以上;基于截面形状预测模型,系统性地分析了设计参数对双金属线截面形状的影响。

铜覆钢铜层失效的快速检测方法及其应用

由于铜覆钢接地材料兼具铜和钢的优点,在变电站接地工程中的应用逐渐增多。表面铜层的完整性是决定其寿命的关键指标,一旦铜层被破坏,反而会加速内部钢的腐蚀,缩短其使用寿命。本文基于铁的化学显色检测原理,优选了一种由醋酸水溶液、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)和邻菲啰啉组成的用于现场快速检测铜覆钢覆铜层失效与否的指示剂。该指示剂灵敏度高,显色效果好,对各种类型的缺陷都具有良好的响应,通过目视就能快速判断铜层是否失效,还具有较高的环境效益。

铜包钢复合材料接地系统施工技术探讨

通过实际工程项目,总结出铜包钢复合材料接地系统施工方法,使用铜包钢复合材料,能够有效克服电镀法和套管包覆法存在的结合力差的缺陷,不仅铜层厚、耐腐蚀性能好,而且具有安装方便、电气连接性能好等优点,与传统施工方法相比,成本大幅降低,具有一定的经济效益和社会效益。

铜包钢线材及其生产工艺

介绍了铜包钢线材的类型、性能、应用领域以及生产方法。对国内外目前广泛使用的生产铜包钢线材的电镀法、包覆法、热浸镀法和水平连铸法作了详细阐述,并对各生产工艺的特性、生产成本、产品质量作了比较分析,指出了其中的关键问题,为我国的铜包钢线材的技术改进,提高产品质量,降低成本提供参考。

铜覆钢接地导体的电气性能

将铜覆钢导体应用于防雷接地工程中时,其导电特性对接地计算有重要影响。为此,基于电磁场理论推导了铜覆钢导体的内部电流密度分布和轴向阻抗,分析了其电流密度分布、阻抗–频率特性、导电能力3个方面的电气性能,并进一步研究了铜覆钢导体的接地计算方法和接地性能。研究发现:铜覆钢导体内铜层中的电流密度远大于钢层中的电流密度,轴向阻抗随频率增大而增大,导电能力在低频时小于且更接近铜而大于钢(以工频为例,钢的单位长度轴向阻抗约为(2.5+2.3i)×10-3Ω/m,镀层厚0.254 mm铜覆钢约为(8.8+0.9i)×10-4Ω/m,铜约为(5.6+1.5i)×10-5Ω/m)。在接地计算中,改变接地导体材料只改变接地体的内自阻抗(轴向阻抗),因此可在单一导体的不等电位节点电压法基础上,直接代入铜覆钢导体的内自阻抗替换,进行铜覆钢地网的接地计算。计算表明铜覆钢导体能有效降低接地阻抗和网内电位差。

铜/钢复合材料的研究及应用

介绍了铜/钢复合材料的种类、用途及主要生产方法的原理和特点,对近年来铜/钢复合材料生产方法的新进展及发展动向进行了评述。

铜/钢反向凝固复合实验研究

反向凝固复合技术是生产双金属复合材料的一种新方法， 具有高效、低耗、短流程特点。以包铜钢线为研究对象， 介绍了反向凝固复合工艺特点， 系统地研究了各工艺参数对包复比的影响，

电气化铁路用铜包钢接触线制造技术

介绍并分析比较电镀法、浸涂上引法以及连续挤压包覆法等几种铜包钢线生产方法。电镀法设备体积小 ,投资少 ,但只能生产薄镀层细线 ,并存在环境污染 ;浸涂上引法的产品界面结合强度高 ,长度不限 ,但工艺复杂 ,设备庞大 ,技术难度较大 ,生产效率较低 ;连续挤压包覆技术设备投资少 ,生产率高 ,铜包覆层厚度均匀、无露点、无焊缝 ,内在质量好 ,导电率高 ,成本低 。

铜/钢液固相复合界面的结合强度

用液－固相复合法制备铜包钢线，研究了铜线表面的处理方法，预热温度，铜液的温度和复合时间等工艺参数对铜包钢线中界面结合强度的影响结果表明，表面经酸洗、机械打磨并覆助镀剂的钢线，在４００℃预热复合后，钢线与铜层之间的结合效果较好，界面结合强度达到９５ＭＰａ。

接地体防腐措施研究现状及展望

接地体长期处在地下或阴暗、潮湿的环境中,极易发生腐蚀和断裂,形成严重的安全隐患,因此针对接地体防腐措施的研究刻不容缓。对锌包钢、铜包钢、不锈钢包钢、导电防腐涂料的研究现状进行了综述,并对接地体今后的防腐研究方向进行了展望。

铜包钢线生产工艺的特点及现状

本文介绍了四种铜包钢双金属线生产工艺的特点和现状 ,指出了水平连铸铜包钢工艺中的关键问题 ,以期为我国铜包钢线实现国家化 。

铜/钢反向凝固及加工变形的结合机理

介绍了铜 /钢反向凝固及加工变形复合的工艺过程 ,利用光学显微镜和扫描电镜等手段分析了铜和钢界面形态、组织结构·在Instron拉伸机上测定了铜 /钢界面的结合强度·结果表明 ,经预处理的钢丝表面呈现细微的凸凹不平状态 ,特别有利于液态铜在钢丝表面异质形核、凝固、结晶 ,使铜和钢的晶粒在界面上相互镶嵌 ,达到良好结合·此外 ,CS线再经加工变形后 ,伴随着晶粒的拉长和界面的扩展 ,导致晶粒间相互插入 ,机械咬合能力加强 ,使铜 /钢界面结合强度进一步提高·

铜包钢和锌包钢双金属复合接地极材料的组织与缺陷分析

采用金相显微分析、扫描电镜组织观察以及能谱分析等方式,对水平连铸生产的铜包钢和锌包钢两种双金属复合材料的界面组织和结构进行观察,探讨其结合机理。研究了其界面存在的缺陷,以提供工艺优化方案。结果表明,铜包钢中,Cu原子主要通过晶界深入扩散至钢基体,Cu/Fe界面已达到冶金结合;钢芯在熔炉中内部残余应力释放,发生微小形变,导致铜包钢包覆的铜层厚度不均。锌包钢中,Zn原子和Fe原子并未深入扩散至对方基体中;由于锌和钢热胀系数相差较大,Zn/Fe界面产生来了较大内应力,导致界面产生较大裂纹。

热浸镀法生产的铜包钢线性能研究

以热浸镀法生产的铜包钢线为研究对象,研究了预热温度、铜液温度和复合时间等工艺参数对铜包钢线界面结合强度的影响;测定了不同包覆比的铜包钢线的电导率。结果表明,表面经机械打磨、酸碱洗并助镀卤化物盐溶液的钢线,在400℃预热复合后,钢线与铜层之间的结合效果较好,界面结合强度达到95 MPa;铜包钢线的电导率随包覆比的增大而线性增加。