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无氧铜棒材氧含量及挤压缩尾缺陷控制

发布时间：2020-11-18点击：3156

一、无氧铜

1.概述

1号、2号无氧铜板TU1、TU2是含氧量极少的铜，，，，，，，，具有纯度高，，，，，，，，导电，，，，，，，，导热性高的特点，，，，，，，，无“氢病”或极少“氢病”。。。。。。含磷量极低的无氧铜，，，，，，，，与玻璃封结性好，，，，，，，，加工性能，，，，，，，，焊接性，，，，，，，，耐蚀性，，，，，，，，耐寒性均好。。。。。。无氧铜主要用于电真空仪器仪表用零件，，，，，，，，广泛用于汇流排，，，，，，，，导电条，，，，，，，，波导管，，，，，，，，同轴电缆，，，，，，，，真空密封件，，，，，，，，真空管，，，，，，，，晶体管的部件等。。。。。。

2.无氧铜物理化学成份

TU1，，，，，，，，铜含量：99.97以为，，，，，，，，杂质总和≤0.03

TU2：铜含量：99.97以上，，，，，，，，杂质总和≤0.05

①无氧铜热性能

熔点：1082.5～1083℃。。。。。。

热导率：20℃时为391W/(m·℃)。。。。。。

比热容：20℃时为385J/(kg·℃)。。。。。。

②TU1无氧铜质量特性：无氧铜20℃时，，，，，，，，凝固时的收缩率为4.92%，，，，，，，，密度为8.94g/cm?。。。。。。

③无氧铜电性能 20℃时导电率为g=101.4% IACS,700℃退火，，，，，，，，30min后测定。。。。。。 20℃时电阻率为ρ=0.0171μΩ·m。。。。。。

④无氧铜磁性能：无氧铜为抗磁性，，，，，，，，室温质量磁化率为-0.085×10-6m3/kg。。。。。。

⑤无氧铜化学性能

抗氧化性能：铜在高温时氧化速度显著提高，，，，，，，，在大气中，，，，，，，，与室温下即缓慢氧化。。。。。。

耐腐蚀性能：无氧铜在大气、纯净淡水、流速不大的海水中均耐腐蚀，，，，，，，，对非氧化性酸类也有良好的抗力，，，，，，，，但对氧化性酸类、湿氨、湿卤素、硫化物和含铵离子溶液抗腐蚀性很低。。。。。。

⒊无氧铜热加工处理规范

无氧铜热加工与热处理规范为：

退火温度：375～650℃.

热加工温度：750～875℃.

⒋无氧铜力学性能

⑴无氧铜技术标准规定的力学性能

根据GU/T14953-1994规定，，，，，，，，线材反复弯曲性能试验标准为：直径不小于0.3mm的线材在氢气退火后反复弯曲试验，，，，，，，，弯曲试验次数不少于10次。。。。。。

⑵无氧铜室温及各种温度下的力学性能

①硬度：室温硬度：HBS35～45(M态)，，，，，，，，HBS85～95(Y态)。。。。。。

②拉伸性能：

室温下TU2铜板材的拉伸性能为：σb=350～390MPa，，，，，，，，δ=3%～5%（Y态）

σb=220～235MPa，，，，，，，，δ=45%～55%（M态）

③冲击性能：冲击韧性：αKU=1560～1760kJ/㎡

④扭转和剪切性能：剪切强度：τ=210MPa（Y态）：τ=150MPa（M态）

⑤疲劳性能：高周疲劳强度极限为：TU2板材，，，，，，，，冷变形50%。。。。。。循环次数108周，，，，，，，，σD=119MPa。。。。。。

⑥弹性性能：弹性模量：E=117.2GPa。。。。。。切变模量：G=44.1GP

目前，，，，，，，，随着我国真空电子器件、电气、微电子等高科技领域的发展，，，，，，，，市场对无氧铜的需求量越来越大，，，，，，，，对材质提出的要求也越来越高。。。。。。如何生产高品质无氧铜（TU0、TU1）满足市场需要，，，，，，，，是铜加工企业面临的一大课题。。。。。。

二、影响无氧铜质量的主要因素

1.主要因素

① 原材料质量

② 氧的影响

③ 熔炼装备的密封

无氧铜生产遵循“精料、密封、精炼”的工艺原则，，，，，，，，严把原辅材料质量关，，，，，，，，严格工艺制度和操作规程，，，，，，，，采取有效检测手段，，，，，，，，提高无氧铜质量，，，，，，，，是目前无氧铜生产中可行的有效控制手段。。。。。。

2.无氧铜氧含量影响因素及其控制

氧含量是无氧铜材的一项非常的重要指标，，，，，，，，影响无氧铜氧含量的因素较多，，，，，，，，以下是主要的影响因素及控制措施：

(1)原料阴极铜

氧含量确实存在较大差异（***低3ppm，，，，，，，，***高90ppm）。。。。。。高品质（TU0、LC1011、TU1）无氧铜生产对原料阴极铜的要求高，，，，，，，，一般应选用高纯阴极铜。。。。。。

(2)熔体覆盖与保唬�；；；�

2.1 熔体覆盖

木炭是无氧铜熔炼***好的覆盖剂。。。。。。木炭覆盖在熔体表面上，，，，，，，，不仅有防氧、防吸气的作用，，，，，，，，还能起到很好的脱氧作用。。。。。。木炭的脱氧反应是：

Cu₂O +C=2Cu+ CO

Cu₂O + CO =2Cu + CO₂

木炭的质量对熔体的脱氧效果有较大的影响，，，，，，，，对各类木炭进行了分析，，，，，，，，结果见表2。。。。。。应选用栎木等木材烧出的白炭作为无氧铜的脱氧剂。。。。。。此外，，，，，，，，木炭应煅烧（500℃～800℃）且不宜久放，，，，，，，，应即烤即用。。。。。。

2.2 气体保唬�；；；�

在熔炼炉和保温炉内（保温炉炉头部位也应通入氮气）通入惰性气体（氮气），，，，，，，，起到隔绝空气，，，，，，，，防吸氧、吸气以及减少木炭损耗的作用；；；；；在铜液转注过程中，，，，，，，，流槽内的熔体流速快，，，，，，，，波动大，，，，，，，，使用固体覆盖剂易裸露液面，，，，，，，，应采用惰性气体（氮气）或煤气进行保唬�；；；ぁ�。。。。。

(3)密封

目前国内无氧铜熔炼设备与国外有一定差距，，，，，，，，关键是在密封技术上。。。。。。如采用进口无氧铜炉组（密封好，，，，，，，，仅用不煅烧的普通木炭）生产的C10200无氧铜铸锭氧含量在10ppm以下的占99%以上，，，，，，，，而其它国产设备（用煅烧木炭）生产的C10200无氧铜铸锭氧含量在10ppm以下的不足90%。。。。。。这一点说明设备密封状况对无氧铜铸锭氧含量的控制是何等关键。。。。。。

(4)精炼脱氧

一般来说，，，，，，，，即使是高纯阴极铜，，，，，，，，其基础氧含量大多在10ppm以上，，，，，，，，要满足部分客户要求的氧含量在5ppm以下的无氧铜需要，，，，，，，，必须进行精炼脱氧处理。。。。。。

除用优质的煅烧木炭脱氧处理外，，，，，，，，加入适量的Cu-P合金脱氧，，，，，，，，来保证无氧铜的氧含量要求。。。。。。另外，，，，，，，，为进一步达到除氧效果，，，，，，，，近几年发展的一项无氧铜熔体除氧技术——通过透气砖往炉膛内通入一氧化碳和氮气，，，，，，，，利用一氧化碳的还原作用，，，，，，，，达到对铜液中氧的除去目的。。。。。。

(5)铸锭加热

为满足用户对无氧铜氧含量的要求，，，，，，，，无氧铜锭在后续的加工过程中，，，，，，，，还需防止表面渗氧。。。。。。在无氧铜锭的加热过程中，，，，，，，，需控制好加热温度和加热时间。。。。。。

无氧铜铸锭的加热渗氧与加热温度和加热时间关系密切，，，，，，，，图1为无氧铜铸锭在空气条件下渗氧深度与加热温度和加热时间的关系。。。。。。

三、无氧铜缩尾问题及控制

1.无氧铜缩尾问题

高品质无氧铜（如LC1011、TU1）棒材大多用在真空开关及其它一些电真空器件上，，，，，，，，如果棒材存在缩尾缺陷，，，，，，，，势必会影响到这些高真空器件的质量及使用寿命，，，，，，，，因此无氧铜材料绝对不允许存在缩尾缺陷。。。。。。

2.缩尾产生的原因

① 铸锭表面质量不好；；；；；

② 挤压速度过快；；；；；

③ 挤压筒清理不净；；；；；

④ 压余厚度不够。。。。。。

3.缩尾的主要控制措施

（1）定期修磨挤压筒，，，，，，，，挤压时逐根清理挤压筒；；；；；

（2）加强设备的检修和维修，，，，，，，，确保设备和工模具的精度；；；；；

（3）留够适当的压余；；；；；

（4）适当加大挤压的扒皮量；；；；；

（5）挤压速度要控制适当，，，，，，，，不宜过快；；；；；

（6）控制铸锭表面质量；；；；；

（7）采用探伤检查把关。。。。。。

四、结束语

氧含量作为无氧铜的一项重要的质量指标，，，，，，，，在生产过程中，，，，，，，，要满足用户对这一指标越来越高的要求，，，，，，，，必须精选高品质的阴极铜原料、确保设备处于良好的密封状态、重视精炼脱氧环节的工艺控制，，，，，，，，寻求新的工艺技术来提高脱氧效果；；；；；用于电真空器件的高品质无氧铜棒材的缩尾缺陷，，，，，，，，严重影响到用户的产品质量，，，，，，，，应引起相关技术质量部门的高度重视，，，，，，，，在相应的缩尾检验把关环节，，，，，，，，应采用***有效的检验方法，，，，，，，，充实检验人员力量，，，，，，，，加强检验人员的培训与管理，，，，，，，，增强质量意识，，，，，，，，落实责任，，，，，，，，保证无氧铜的产品质量。。。。。。

来源：《理化检验-物理分册》微信公众号选自：《理化检验-物理分册》 Vol.52 2016.10 作者：李湘海

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