無(wú)氧銅棒材氧含量及擠壓縮尾缺陷控制
發(fā)布時(shí)間:2020-11-18點(diǎn)擊:2117
一、無(wú)氧銅
1.概述
1號(hào)、2號(hào)無(wú)氧銅板TU1、TU2是含氧量極少的銅,具有純度高,導(dǎo)電,導(dǎo)熱性高的特點(diǎn),無(wú)“氫病”或極少“氫病”。含磷量極低的無(wú)氧銅,與玻璃封結(jié)性好,加工性能,焊接性,耐蝕性,耐寒性均好。無(wú)氧銅主要用于電真空儀器儀表用零件,廣泛用于匯流排,導(dǎo)電條,波導(dǎo)管,同軸電纜,真空密封件,真空管,晶體管的部件等。
2.無(wú)氧銅物理化學(xué)成份
TU1,銅含量:99.97以為,雜質(zhì)總和≤0.03
TU2:銅含量:99.97以上,雜質(zhì)總和≤0.05
①無(wú)氧銅熱性能
熔點(diǎn):1082.5~1083℃。
熱導(dǎo)率:20℃時(shí)為391W/(m·℃)。
比熱容:20℃時(shí)為385J/(kg·℃)。
②TU1無(wú)氧銅質(zhì)量特性: 無(wú)氧銅20℃時(shí),凝固時(shí)的收縮率為4.92%,密度為8.94g/cm3。
③無(wú)氧銅電性能 20℃時(shí)導(dǎo)電率為g=101.4% IACS,700℃退火,30min后測(cè)定。 20℃時(shí)電阻率為ρ=0.0171μΩ·m。
④無(wú)氧銅磁性能: 無(wú)氧銅為抗磁性,室溫質(zhì)量磁化率為-0.085×10-6m3/kg。
⑤無(wú)氧銅化學(xué)性能
抗氧化性能:銅在高溫時(shí)氧化速度顯著提高,在大氣中,與室溫下即緩慢氧化。
耐腐蝕性能:無(wú)氧銅在大氣、純凈淡水、流速不大的海水中均耐腐蝕,對(duì)非氧化性酸類也有良好的抗力,但對(duì)氧化性酸類、濕氨、濕鹵素、硫化物和含銨離子溶液抗腐蝕性很低。
⒊無(wú)氧銅熱加工處理規(guī)范
無(wú)氧銅熱加工與熱處理規(guī)范為:
退火溫度:375~650℃.
熱加工溫度:750~875℃.
⒋無(wú)氧銅力學(xué)性能
⑴無(wú)氧銅技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的力學(xué)性能
根據(jù)GU/T14953-1994規(guī)定,線材反復(fù)彎曲性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為:直徑不小于0.3mm的線材在氫氣退火后反復(fù)彎曲試驗(yàn),彎曲試驗(yàn)次數(shù)不少于10次。
⑵無(wú)氧銅室溫及各種溫度下的力學(xué)性能
①硬度:室溫硬度:HBS35~45(M態(tài)),HBS85~95(Y態(tài))。
②拉伸性能:
室溫下TU2銅板材的拉伸性能為:σb=350~390MPa,δ=3%~5%(Y態(tài))
σb=220~235MPa,δ=45%~55%(M態(tài))
③沖擊性能:沖擊韌性:αKU=1560~1760kJ/㎡
④扭轉(zhuǎn)和剪切性能:剪切強(qiáng)度:τ=210MPa(Y態(tài)):τ=150MPa(M態(tài))
⑤疲勞性能:高周疲勞強(qiáng)度極限為:TU2板材,冷變形50%。循環(huán)次數(shù)108周,σD=119MPa。
⑥彈性性能:彈性模量:E=117.2GPa。切變模量:G=44.1GP
目前,隨著我國(guó)真空電子器件、電氣、微電子等高科技領(lǐng)域的發(fā)展,市場(chǎng)對(duì)無(wú)氧銅的需求量越來(lái)越大,對(duì)材質(zhì)提出的要求也越來(lái)越高。如何生產(chǎn)高品質(zhì)無(wú)氧銅(TU0、TU1)滿足市場(chǎng)需要,是銅加工企業(yè)面臨的一大課題。
二、影響無(wú)氧銅質(zhì)量的主要因素
1.主要因素
① 原材料質(zhì)量
② 氧的影響
③ 熔煉裝備的密封
無(wú)氧銅生產(chǎn)遵循“精料、密封、精煉”的工藝原則,嚴(yán)把原輔材料質(zhì)量關(guān),嚴(yán)格工藝制度和操作規(guī)程,采取有效檢測(cè)手段,提高無(wú)氧銅質(zhì)量,是目前無(wú)氧銅生產(chǎn)中可行的有效控制手段。
2.無(wú)氧銅氧含量影響因素及其控制
氧含量是無(wú)氧銅材的一項(xiàng)非常的重要指標(biāo),影響無(wú)氧銅氧含量的因素較多,以下是主要的影響因素及控制措施:
(1)原料陰極銅
氧含量確實(shí)存在較大差異(***低3ppm,***高90ppm)。高品質(zhì)(TU0、LC1011、TU1)無(wú)氧銅生產(chǎn)對(duì)原料陰極銅的要求高,一般應(yīng)選用高純陰極銅。
(2)熔體覆蓋與保護(hù)
2.1 熔體覆蓋
木炭是無(wú)氧銅熔煉***好的覆蓋劑。木炭覆蓋在熔體表面上,不僅有防氧、防吸氣的作用,還能起到很好的脫氧作用。木炭的脫氧反應(yīng)是:
Cu2O +C=2Cu+ CO
Cu2O + CO =2Cu + CO2
木炭的質(zhì)量對(duì)熔體的脫氧效果有較大的影響,對(duì)各類木炭進(jìn)行了分析,結(jié)果見(jiàn)表2。應(yīng)選用櫟木等木材燒出的白炭作為無(wú)氧銅的脫氧劑。此外,木炭應(yīng)煅燒(500℃~800℃)且不宜久放,應(yīng)即烤即用。
2.2 氣體保護(hù)
在熔煉爐和保溫爐內(nèi)(保溫爐爐頭部位也應(yīng)通入氮?dú)猓┩ㄈ攵栊詺怏w(氮?dú)猓鸬礁艚^空氣,防吸氧、吸氣以及減少木炭損耗的作用;在銅液轉(zhuǎn)注過(guò)程中,流槽內(nèi)的熔體流速快,波動(dòng)大,使用固體覆蓋劑易裸露液面,應(yīng)采用惰性氣體(氮?dú)猓┗蛎簹膺M(jìn)行保護(hù)。
(3)密封
目前國(guó)內(nèi)無(wú)氧銅熔煉設(shè)備與國(guó)外有一定差距,關(guān)鍵是在密封技術(shù)上。如采用進(jìn)口無(wú)氧銅爐組(密封好,僅用不煅燒的普通木炭)生產(chǎn)的C10200無(wú)氧銅鑄錠氧含量在10ppm以下的占99%以上,而其它國(guó)產(chǎn)設(shè)備(用煅燒木炭)生產(chǎn)的C10200無(wú)氧銅鑄錠氧含量在10ppm以下的不足90%。這一點(diǎn)說(shuō)明設(shè)備密封狀況對(duì)無(wú)氧銅鑄錠氧含量的控制是何等關(guān)鍵。
(4)精煉脫氧
一般來(lái)說(shuō),即使是高純陰極銅,其基礎(chǔ)氧含量大多在10ppm以上,要滿足部分客戶要求的氧含量在5ppm以下的無(wú)氧銅需要,必須進(jìn)行精煉脫氧處理。
除用優(yōu)質(zhì)的煅燒木炭脫氧處理外,加入適量的Cu-P合金脫氧,來(lái)保證無(wú)氧銅的氧含量要求。另外,為進(jìn)一步達(dá)到除氧效果,近幾年發(fā)展的一項(xiàng)無(wú)氧銅熔體除氧技術(shù)——通過(guò)透氣磚往爐膛內(nèi)通入一氧化碳和氮?dú)猓靡谎趸嫉倪€原作用,達(dá)到對(duì)銅液中氧的除去目的。
(5)鑄錠加熱
為滿足用戶對(duì)無(wú)氧銅氧含量的要求,無(wú)氧銅錠在后續(xù)的加工過(guò)程中,還需防止表面滲氧。在無(wú)氧銅錠的加熱過(guò)程中,需控制好加熱溫度和加熱時(shí)間。
無(wú)氧銅鑄錠的加熱滲氧與加熱溫度和加熱時(shí)間關(guān)系密切,圖1為無(wú)氧銅鑄錠在空氣條件下滲氧深度與加熱溫度和加熱時(shí)間的關(guān)系。
三、無(wú)氧銅縮尾問(wèn)題及控制
1.無(wú)氧銅縮尾問(wèn)題
高品質(zhì)無(wú)氧銅(如LC1011、TU1)棒材大多用在真空開(kāi)關(guān)及其它一些電真空器件上,如果棒材存在縮尾缺陷,勢(shì)必會(huì)影響到這些高真空器件的質(zhì)量及使用壽命,因此無(wú)氧銅材料絕對(duì)不允許存在縮尾缺陷。
2.縮尾產(chǎn)生的原因
① 鑄錠表面質(zhì)量不好;
② 擠壓速度過(guò)快;
③ 擠壓筒清理不凈;
④ 壓余厚度不夠。
3.縮尾的主要控制措施
(1)定期修磨擠壓筒,擠壓時(shí)逐根清理擠壓筒;
(2)加強(qiáng)設(shè)備的檢修和維修,確保設(shè)備和工模具的精度;
(3)留夠適當(dāng)?shù)膲河啵?/span>
(4)適當(dāng)加大擠壓的扒皮量;
(5)擠壓速度要控制適當(dāng),不宜過(guò)快;
(6)控制鑄錠表面質(zhì)量;
(7)采用探傷檢查把關(guān)。
四、結(jié)束語(yǔ)
氧含量作為無(wú)氧銅的一項(xiàng)重要的質(zhì)量指標(biāo),在生產(chǎn)過(guò)程中,要滿足用戶對(duì)這一指標(biāo)越來(lái)越高的要求,必須精選高品質(zhì)的陰極銅原料、確保設(shè)備處于良好的密封狀態(tài)、重視精煉脫氧環(huán)節(jié)的工藝控制,尋求新的工藝技術(shù)來(lái)提高脫氧效果;用于電真空器件的高品質(zhì)無(wú)氧銅棒材的縮尾缺陷,嚴(yán)重影響到用戶的產(chǎn)品質(zhì)量,應(yīng)引起相關(guān)技術(shù)質(zhì)量部門(mén)的高度重視,在相應(yīng)的縮尾檢驗(yàn)把關(guān)環(huán)節(jié),應(yīng)采用***有效的檢驗(yàn)方法,充實(shí)檢驗(yàn)人員力量,加強(qiáng)檢驗(yàn)人員的培訓(xùn)與管理,增強(qiáng)質(zhì)量意識(shí),落實(shí)責(zé)任,保證無(wú)氧銅的產(chǎn)品質(zhì)量。
來(lái)源:《理化檢驗(yàn)-物理分冊(cè)》微信公眾號(hào) 選自:《理化檢驗(yàn)-物理分冊(cè)》 Vol.52 2016.10 作者:李湘海