廣東凱盟鈍化防銹技術(shù)有限公司
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微量元素進(jìn)入銅是不可避免的,由于元素特性的不同,可以不固溶于銅、微量固溶、大量固溶、無(wú)限互溶,固溶度隨溫度下降而激烈降低、固相下有復雜相變等,因此對銅性能的影響千差萬(wàn)別。現對各元素對銅性能的影響分別加以介紹。
第一種-——氫。
氫與銅不形成氫化物,氫在液態(tài)和固態(tài)銅中的溶解度隨著(zhù)溫度升高而增大,特別是在液態(tài)銅中有很大的溶解度,在凝固時(shí),會(huì )在銅中形成氣孔,從而導致銅制品的脆性和表面起皮;在固態(tài)銅中,氫以質(zhì)子狀態(tài)存在,氫的電子填充銅原子的S層軌道,形成質(zhì)子型固溶體,氫對銅的性能雖然影響甚微,但氫對銅及銅合金來(lái)說(shuō)是有害的,含氧銅在氫氣中退火時(shí)會(huì )產(chǎn)生裂紋,即“氫病”。可以通過(guò)減少熔煉時(shí)間,調整成分,控制爐料中氫氣含量,熔體表面采用木炭覆蓋等辦法減少銅中氫的含量。
第二種——氧。
氧對銅及合金性能的影響是復雜的,微量氧對銅的導電率和機械性能影響甚微,工業(yè)銅具有很高的導電率,其原因是氧作為清潔劑,可以從銅中清除掉許多有害雜質(zhì),以氧化物形式進(jìn)入爐渣,特別是能夠清除砷、銻、鉍等元素,含有少量氧的銅其導電率可以達到100-103%±ACS,高純銅如6N銅在深冷條件下電阻值是相當低的。
電真空構件用銅應嚴格控制其中氧的含量,其原因是電真空器件需要在氫氣中密封,銅中氧的存在會(huì )導致氫病發(fā)生,引起器件高真空環(huán)境破壞,因此電真空用銅應該是無(wú)氧銅。為控制氧含量,銅及銅合金熔煉時(shí),一般均應進(jìn)行脫氧,脫氧劑有磷、硼、鎂等,以中間合金方式加入,磷是很有效的脫氧劑,不過(guò)應嚴格控制磷的殘留量,因其能夠強烈降低銅及合金的導電率。
第三種——砷。
砷在銅中有很大的固溶度,在α固溶體中的可達6.8-7.0%,砷在銅中存在強烈的降低其導電率和導熱性能,一般作為變質(zhì)劑加入,含砷0.1-0.15%的黃銅,能夠防止黃銅脫鋅腐蝕,砷之所以能夠防止黃銅脫鋅腐蝕,許多研究表明,砷能夠降低銅的電極電位,從而降低了電化學(xué)腐蝕傾向;由于砷的氧化物污染環(huán)境,對人體有害,所以熔煉合金的工廠(chǎng)都應有專(zhuān)門(mén)的環(huán)保和防護措施;砷應以中間合金方式加入,砷銅中間合金中砷含量可達15-20%,一般由熔煉工廠(chǎng)自己制作。
第四種——硼。
硼在銅中固溶度不大,一般作為脫氧劑使用,殘余的硼可以細化晶粒,人們發(fā)現硼的變質(zhì)作用十分顯著(zhù),在加砷黃銅合金中同時(shí)加入0.01-0.04%硼,具有更好的防止黃銅脫鋅腐蝕;硼的氧化物是銅合金熔煉時(shí)優(yōu)良覆蓋劑,已經(jīng)被廣泛的使用;在銅的焊接材料中也普遍的加入硼,可防止焊接金屬的氧化。
第五種——磷。
銅磷二元相固表明,在714℃時(shí)存在著(zhù)共晶反應:L8.4%→α1.75%+Cu3P,隨著(zhù)溫度降低,磷在銅中的固溶量迅速減少,300℃時(shí)為0.6%,200℃時(shí)為0.4%;固溶于銅中的磷顯著(zhù)的降低其導電率,含P0.014%的軟帶導電率為94%IACS,含P0.14%的導電率僅為45.2%;磷是最有效、成本最低的脫氧劑,微量磷的存在,可以提高熔體的流動(dòng)性,改善銅及合金的焊接性能、耐蝕性能、提高抗軟化程度,所以磷又是銅及合金的寶貴添加元素,含P0.015-0.04%的磷銅合金,廣泛用于生產(chǎn)建筑用水道管、制冷和空調器散熱管、艦船海水管路;低磷銅合金板、帶材在電子和化工工業(yè)中廣泛應用。