摘要：某公司使用ＴＵ１無氧銅棒生產(chǎn)電真空器件，封裝過程中銅棒表面起泡。采用低倍檢驗、金相檢驗、化學成分分析、掃描電鏡以及能譜分析等方法對起泡原因進行了分析

。結果表明：ＴＵ１無氧銅棒在擠制過程中尾部切除不完全，存在皮下縮尾缺陷，皮下縮尾缺陷中的氧化物夾雜是導致銅棒表面起泡的主要原因。

關鍵詞：ＴＵ１無氧銅棒；電真空器件；表面起泡；皮下縮尾；氧化物夾雜

中圖分類號：ＴＧ３７９　　　文獻標志碼：Ｂ　　　文章編號：１００１－４０１２（２０１７）０２－０１４４－０３

電真空器件主要應用于高頻和超高頻發(fā)射管、高壓和超高壓開關、波導管、磁控管等領域，要求嚴格控制材料中的氧含量，其原因是電真空器件需要在氫氣中加熱封裝，氧的存在會導致氫氣病［１］的發(fā)生，引起器件在高真空環(huán)境中的破壞，因此電真空用銅必須用高純度的無氧銅作為原材料。某公司選用ＴＵ１無氧銅棒作為生產(chǎn)電真空器件的原材料，在封裝過程中發(fā)現(xiàn)工件表面起泡，導致產(chǎn)品報廢。一段時間以來，無氧銅及其他紫銅在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生起泡現(xiàn)象一直困擾著原材料生產(chǎn)廠家。為此，筆者通過***的理化檢驗及分析探討了可能導致該批無氧銅工件表面起泡的原因，并給出了改進措施。

１.理化檢驗

１．１低倍檢驗

ＴＵ１無氧銅電真空器件表面的鼓泡形貌如圖１所示，圖中箭頭所指為鼓泡。對工件橫端面車削后用體積分數(shù)為３０％的硝酸水溶液腐蝕，肉眼可觀察到

在棒材近表面存在皮下缺陷，未發(fā)現(xiàn)其他低倍缺陷，如圖２所示，圖３為圖２中箭頭所指缺陷的放大形貌，可以清楚地看到裂口的外側向外鼓出形成起泡。

１．２金相檢驗

對工件沿橫端面和縱截面取樣，經(jīng)金相制樣并侵蝕后在金相顯微鏡下觀察。工件顯微組織為α單相再結晶組織，晶間無第二相，組織正常。在工件橫端面和縱截面金相試樣上均可觀察到皮下縮尾缺陷，如圖４和圖５所示，圖中箭頭１所指為缺陷，箭頭２所指為工件外表面。

對工件有缺陷處和無缺陷處分別取樣進行氫氣退火，按 ＹＳ／Ｔ　３３５—２００９《無氧銅含氧量金相檢驗方法》［２］進行等級評定。有缺陷處經(jīng)氫氣退火后，晶間嚴重開裂，氧含量等級為５級，見圖６；無缺陷處經(jīng)氫氣退火后，晶間無裂紋，氧含量等級為１級，見圖７。

１．３化學成分分析

對工件取樣進行化學成分分析，其中氧含量在美國力可定氧分析儀上分析，其他元素含量均在美國熱電４４６０型直讀光譜儀上分析。各元素含量分析結果和 ＧＢ／Ｔ?。担玻常?/span>—２０１２《加工銅及銅合金牌號和化學成分》［３］中 規(guī) 定的 ＴＵ１ 無 氧 銅化學成分見表１?？梢姽ぜ须s質(zhì)元素的含量均小于標準規(guī)定的含量上限要求，尤其是氧含量遠低于標準規(guī)定的含量要求。

１．４掃描電鏡分析

工件起泡處剖開后底部的掃描電鏡（ＳＥＭ）形貌如圖８所示，可見表面有明顯的附著物，對附著物進行能譜（ＥＤＳ）分析，結果顯示附著物主要為由氧、銅、鋁等元素組成的氧化物，見圖９。

２.分析與討論

工件材料為 ＴＵ１無氧銅棒，原始棒材機加工后經(jīng)真空高溫釬焊，表面出現(xiàn)較多、大小不等的起泡，起 泡 表 面 圓 滑、飽 滿，且 沿 加 工 方 向 稍 有 拉 長（圖１）。工件端面低倍腐蝕后觀察，組織較細，在距棒材近表面處存在不連續(xù)的環(huán)狀皮下縮尾缺陷，局部已張開并形成裂口（圖２），裂口的外側向外鼓出形成起泡（圖３），未發(fā)現(xiàn)其他低倍缺陷?？s尾是擠壓制品尾端的一種特殊缺陷，按其在制品上分布的位置，可分為一次縮尾、二次尾、皮下縮尾。皮下縮尾位于制品表面或近表面，嚴重的可以形成表面分層。擠制品在擠壓后期死區(qū)附近的金屬因劇烈滑移產(chǎn)生很大的剪切應力而斷裂，此時剩余錠坯表面的氧化膜、潤滑劑等污物沿著斷裂面流入擠制品包覆在表面或近表面，從而形成皮下縮尾缺陷［４］。從工件橫端面顯微組織中觀察到了這種氧化物夾雜，氣泡剖面局部張開，裂口中間有空隙（圖４），裂口處外側金屬較薄，向外鼓出形成起泡；工件縱截面顯微組織中缺陷多表現(xiàn)為沿軸向分布的一條不連續(xù)的黑色條狀夾雜物，同樣存在局部張開、中間有空隙的裂口 （圖 ５），向 外 側 鼓 出 的 特 征 也 同 樣 明 顯。將存在皮下縮尾的試樣在氫氣氣氛中加熱到８４０℃保溫２０ ｍｉｎ 退火處理，夾雜缺陷處晶界嚴重開裂（圖６），金相法檢驗得到的氧含量等級為５級，而沒有缺陷的部位未發(fā)生晶界開裂（圖７），金相法檢驗得到的氧含量等級為１級。鼓泡底部位置的電鏡掃描和能譜分析結果顯示，鼓泡底部表面有附著物，且附著物為氧化物夾雜（圖８和圖９）。工件化學成分分析結果顯示，各組成元素含量均符合標準技術要求，原材料氧含量也在正常范圍內(nèi)。低倍檢驗結果表明，工件除了皮下縮尾外無其他缺陷，低倍組織正常。工件顯微組織為 α單相再結晶組織，晶間無第二相，顯微組織也正常。

由此可見，由于工件近表面處存在不連續(xù)的皮下縮尾缺陷，皮下縮尾中的氧化物夾雜含有大量的氧元素，在氫氣氣氛中高溫封裝時與氫氣發(fā)生反應生成水蒸氣，產(chǎn)生較大的壓力，當壓力超出工件外側金屬層的強度時，外側金屬層便會發(fā)生變形向外鼓出，在工件表面形成起泡［５］。

3.結論及建議

（１）由于工件近表面處存在不連續(xù)的皮下縮尾缺陷，皮下縮尾中的氧化物夾雜含有大量的氧化亞銅或氧化銅，是導致工件在氫氣中加熱封裝時表面形成起泡的主要原因。

（２）減輕或避免縮尾的措施有：切除尾部；選擇合理的擠壓溫度和擠壓速率，并改進模具為擠壓時提供金屬均勻流動條件，減少紊流可使縮尾大大減輕；另外采用脫皮擠壓也可減 輕縮尾，提高擠制品質(zhì)量。

來源：中國知網(wǎng)    作者：李湘海