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銅線的加工技術

作者:AM8亚美来源:[AM8亚美公司]访问:595时间:2019-11-19

  1. 簡介:   銅以其良好的導電和導熱能力成為電子和電力產業領域裏的首選和首要材料。為了達到所要求的性能標準,使用的幾乎都是高純度的銅。這篇文章首要討論了如許做的啟事,同時還特別關注了一些根本的冶煉原則。其目的是要針對過往十年銅線領域裏的相關發展展開進一步的討論。   2. 導體要求:   近年來在解釋珍貴金屬(即銅、銀和金)的電子屬性上已取得了巨大的進步 。這些元素顯示出了很高的導電性能,由於它們的導電電子對於電場的活動幾乎沒有什麽抵抗力。銅特別是一種良好的導體,由於最外圍的電子之間有很大的自由空間,乃至於不會發生任何碰撞。而它的電阻率則與這寬大的空間成反比。 有幾種導電金屬都比銅輕,但是輸送同樣多的電流,它們所要求的橫截麵更大,所以假如要求節約空間的話,這些金屬是不可取的。(例如:在一些小型電力馬達)。所以當超重成為題目時,人們就開始使用鋁。銅具有貿易利用所需要的最好的性能特征,是以銀就由於它昂貴的價格而不被采用 。   3. 利用:   銅是以其純淨形式而不是合金形式而具有最廣泛用處的稀有金屬之一。大約有五十多種不同的鍛壓合金中銅的最小含量是99.3%,固然隻有一小部分在產業上用作電導體。這些低合金中最常用的是電解韌銅,它由這純度的金屬構成,這類金屬可與氧在100-650ppm的範圍內結成合金 。但是在氫氣環境中人們建議不要使用ETP銅 ,由於當它暴露於這些溫度時會受到氫脆裂的影響 。在如許的環境下,要麽使用無氧銅,要麽就使用無氧電子銅 。   含銀銅中電源電壓器中的利用相當有限,由於它在溫度進步時具有較高的強度和較弱的抵抗力。   4. 銅棒和銅線的生產:   二十世紀七十年代之前,幾乎所有的銅都是通過分批法生產的 ,分批法的具體步驟是:將熔化銅澆注並凝固成為叫做“線錠”的特種鑄塊,然後在稍微受到限製的保護氛圍將棒再加熱 ,而後在通過熱壓法在空氣中將這一鑄造的樹形結構分解成棒的形式。接下來,就將其投放在10%的硫酸裏來清除上麵的氧化物,通過將一端對接在另一端而形成較長的線圈。現在,實際上所有的銅棒都是通過連續鑄造和軋製程序製成的。連續鑄造的好處是:較小的雜質微分離、減少了表麵的銅氧化物顆粒 、在與軋輥接觸的過程中鋼含量減少、幾乎避免了所有的焊縫、降低了全部加工本錢。   刻意地將氧和銅製成合金,作為溶解氫和硫磺的淨化劑,從而在熔化中形成H2O和SO2這兩種氣體。假如氧成分有一定控製的話,那麽就會形成小型汽泡,在合適的條件下,這些汽泡會抵消從液態向固態改變過程中約4%的收縮量。假如所形成的毛孔不十分大的話,它們完全可以在熱壓期間被消除掉。   大部分連續鑄造和軋製的產品都裝有非破壞性設備 ,而這些設備往往都進行在線利用來檢測表麵諸如裂縫和氧化物等缺陷。對於某種高質量的利用 ,通常要通過機械修整來將表麵好多層金屬清除掉。   大部分圓形和方形銅產品都是通過用傳統的人工多晶拉模或自然單晶拉模進行拉絲而生產的 。銅具有良好的成形性,銅棒可以很輕易地製成比較細的銅絲,而不需要任何中間的退火過程。盡管它具有這類比較理想的特性,但是磁線產業中的一般做法是在拉絲過程中將減麵率降到90%擺布,以後還要進行退火。除了減麵率以外,金相結構也可能會發生變化,從而削弱了銅線的機械特性。磁線經常是通過所謂的“在線過程”來進行生產的 ,這一過程包括:“慢速”拉絲,接著進行連續退火,同時還要上塗料 。終究的銅線產品是通過將退火之間的減麵率降低到90%而得到改善的。   5. 雜質的感化:   在高導電率形成過程中化學性質是最首要的變量之一。這些成分中最有害的東西能夠降低導電率、進步退火線的機械強度、避免再結晶、有時在生產銅棒的熱壓過程中還會導致熱脆。無數的研究調查表明:極少數目的溶解物都會一次性地進步銅的電阻率。很多雜質都會階段性地進步其半硬再結晶溫度。然而,當雜質與沉澱物或氧化物而不是溶解物混合在一起時,對導電率的有害影響就會降到最低。表2表明了各種各樣的單一元素添加到隻含有200ppm氧的高純度ETP銅所產生的影響。一般來說,每百萬分之一雜質中的前半部分與相同劑量的後半部分相比影響力更大。然而,需要重視的是,自從建立於1913年的銅電力標準由100%IACS導電率表示以來,貿易銅的純度就得到了極大地改善 。如今,大部分貿易銅負極的導電率都超過101%IACS。   6. 氧成分的影響:   氧是為了改善鑄造銅的堅固性通過對燃汽——金屬反應的控製而采用的一種合金成分。同樣首要的是,氧在與大部分雜質反應的過程中都起到了一個清除器的感化,而這些雜質當它們溶解在銅基質中時對其特性和退火反應都有巨大的影響感化。相反,當這些雜質與不可溶解的氧化物混合在一起的時候,這些壞感化就被抵消了。從表3可以看出,ETP銅導電率的最大值是200ppm。因此,ETP銅中氧的含量大致在175和450ppm之間。由於分散雜質輕易引發熱裂,所以通常都盡量避免低氧值。相反,超於這一最好限製的氧氣值並不常見,由於這對可成形性具有附感化。實際的氧含量應是既要有較好退火過程,還要避免可能出現的可塑性題目。   7. 熱機械可調變量的首要性 :   除了由金屬雜質形成的氧化物以外,氧化物還可以通過改變熱力史從銅基質中溶解或沉澱出氧化物。這些固體反應可能會影響終究的粒子大小,由於銅氧化物成分在再結晶的過程中能幫助形成大小同一的粒子。然而,二次再結晶(不正常的粒子成長)通常都與一個雙重的顆粒結構有關,而這一顆粒結構是在高溫退火過程中由氧化物的溶解形成的。粒子粗化和孿晶的出現首要是由於溶液溫度超過了500攝氏度,且氧的濃度低於600ppm.拉絲之前形成的粗粒子在接下來的低溫退火以後並沒有被消除掉。從高溫冷卻下來的冷卻速率也會影響到高溫機械性能,特別是雜質成分相當地大時。快速淬火會導致固態溶液中高濃度、不均勻的雜質成分。從另一方麵講,慢速冷卻會加強雜質和氧之間的相互感化,這又有益於雜質從固態溶液中沉澱下來。在退火期間通過拉絲或軋製所作的冷加工對於貿易磁線來說是有限製的。在終究冷卻之前為了得到比較好的順應性(即銅線在成形或彎曲過程中以最小的回彈性保持外形的能力) ,最好要限製一下冷加工的數目。高模數和低屈服強度都是比較理想的性能 ,由於它們都是最小回彈性的標誌。   8. 退火過程:   銅的退火性是個非常複雜的特性 ,這一特性是由一係列的其他屬性構成,而這些屬性又會隨著變形、熱過程、金屬純度和氧成分的多少而發生變化。當雜質沉澱下來今後,它們對退火過程的影響是比較小的,這與固態溶液中的情形是截然不同的。退火溫度與溶劑(這裏指的是銅)和溶質(這裏指的是雜質)之間原子大小的區別有一定的關係。溶質元素的化合價也是影響退火性的一個首要參數。然而,由於多種物質之間熱動力的相互感化所形成的複雜狀況,退火性並不隻是簡單地與一些可能的參數,如:原子量或溶質的化合價有關。   9. 表麵影響 :   在外界溫度下,銅線總是有一個殘留的氧化膜,而這一氧化膜是當銅線進進熱杆軋製階段時從高溫的、連續鑄造的銅杆上形成的 。現在在銅業中通過一種電量分析控製檢測手段來丈量殘留的表麵氧化膜的厚度已成為一種比較標準的作法。氧化膜可能會相當地有害,由於它們可能會在拉絲過程中激發很多缺陷 、使拉絲膜過度磨損、可焊性變差、搪瓷膜和***導體之間的附出力變弱。   銅杆的缺陷的地方往往是源於連續鑄造過程和軋製過程,這包括:殘渣、銅氧化夾雜物、熱裂、裂塊、銅杆表麵氧化顆粒的形成。大部分金屬間化合的夾雜物都比較脆,因此都成為拉絲過程中裂紋發生和蔓延的場所。相對於缺陷而言,較細的磁線和成形線是最首要的生產產品。   唯一最大的表麵缺陷源於拉絲,往往是以拉模劃痕、機械損傷、弧口鑿或裂片的形式出現在***導體的表麵。由於拉絲題目而形成的裂片往往與所捕捉的氧化物沒有太大關係。表麵損傷通常是由於拉絲機內移動線未對準或拉絲膜爐口內銅精煉的壓製力太大則形成的。   10. 未來的挑戰:   人們對於更好表麵質量、更大包裝型號的需求在不斷地上升,而且愈來愈期看生產出一種“無疵點”並少斷折的銅杆(即有很好的可拉性)。滿足這些需求的推動力將會是: 更好的能源效率、更加激烈的全球競爭、更多的家居利用、在地價上漲的情況下所使用的小型電動機,比如汽車中使用的馬達。因此人們會愈來愈願意使用比較小的計量尺寸。 隨著電解冶金法的出現和電解精煉所取得的不斷進步,目前貿易銅負極的純度似乎已達到了大家都可以接受的水平,而且已沒有必要進一步限製雜質的數目。然而,在易切削黃銅產業中,鉍已被用來代替鉛作為一種合金元素。由於鉍對於電力銅導體具有很大的毒性感化 ,是以人們要求黃銅碎片應與銅碎片完全地分割開來。 銅線產業麵臨的一個題目是在拉絲過程中,由於研磨或分層而造成了很多表麵的疵點。為了解決這一題目 ,關健是要在以下幾個方麵有所改進 :銅杆的表麵質地、拉絲潤滑劑、固體顆粒的過濾、單一合成晶體鑽石拉絲膜的生產。   一個十分首要的未來挑戰就是開發出更多敏感的傳感器,通過用一種非接觸檢測手段來檢測銅棒、銅杆和銅線上的非破性疵點 。這些疵點中的大部分由於太小而用現在的漩渦流檢測設備是根本檢測不到的。此外,還需要開發一種在線檢測設備來輕易地檢測大孔隙和其他的內部疵點 。   影響線狀電力銅導體性能、加工和運行的身分從很大程度上講是建立在現存的冶煉原則基礎之上的。然而,雜質和退火溫度及電阻率之間的關係還需要在數目上進一步改進一下。   11.總結:   常用作電線導體的是純銅 ,而不是銅合金。與此同時,通常還要加少量的氧氣來控製雜質 ,並改進導電性。終究特性和加工過程與雜質和氧成分都有著非常密切的關係,並且用一些基本的冶煉道理是完全可以解釋的。   趨勢。ASTM B 370規格,即工程建築所使銅條和銅塊,以其多種型號和多種厚度,成為規格和購買的基礎。銅金屬的競爭性數目和對銅的信心不斷推動了這個健康市場的發展 。比來認可的規格是ASTM B882,是一種在建築中利用的預先生鏽銅。長期以來,建築師和工程師們都期看生產使用這類產品,由於他們急切地想用銅製屋頂和建築橫木來發展這類值得稱讚的綠色。   12.低鉛和無鉛鑄造和鑄造銅合金:   濾瀝到水裏的鉛對人體健康的影響引發了人們對於現有銅合金及開發一種飲用水用的新合金的從頭思考。鑄件的耐壓緊密度和由鉛附屬物提供的鑄造和鑄造部件的上等機械加工性都是必須要達到的要求。含合金的鑄造和鑄造無鉛鉍必須具有以下特性: 符合ANSI/NSF 61的健康要求和飲水係統成分健康要求。現在人們已開始用一種酸化鈉醋酸洗滌劑來清除機器上的鉛汙漬。但是這一行業的某些部分提出了對混合碎屑的顧慮,由於他們以為在這些混合碎屑中,鉍的微量會導致在加工過程中金屬的熱脆。碎屑回收產業學院(ISRI)和黃銅與青銅鑄造生產商(BBIM)正在研究一種碎屑回收嚴格的控製程序和分割程序 。   13.家用產品:   在家用產品中, 人們選擇銅是由於銅具有以下特點: 美好的外形、可靠的質量、很高的商譽、良好的設計身分、較好的物質和機械性能以較長的使用壽命。電力照明器材和火爐設備一起成為首要的家用產品範疇。     14.服務:   用來確定銅原料對於應力腐蝕破裂敏感度的傳統方法是硝酸亞汞試驗。(ASTM B154)為了響應來自ASME 鍋爐和壓力容器編碼和美國海岸巡邏隊的要求, B-5 委員會將應力腐蝕免疫的IS0 6957銅合金氨測試轉換為ASTM形式。這完全出於他們對於測試溶液和樣品處理的考慮。ASTMB858M,即在銅合金中用一種氨蒸汽來確定其對於應力腐蝕破裂的敏感度的方法現在是官方使用的一種方法。這類測試方法刺激了服務條件的發展,在這些條件下,可能會出現應力腐蝕破裂,並克服硝酸亞汞試驗的缺點 。   15.未來展看:   世界經濟變得愈來愈全球化了 。隨著二十一世紀的到來,第三世界國家正在建立電訊鏈路,變成電力的首要消費者,他們在建造家園、工廠和貿易建築,如許就需要大量的銅來滿足他們的需求。銅被用作工程原料已有一萬年的曆史了,它對人類的貢獻是呈金字塔式的,一日千裏。假如沒有銅,真不敢想象未來的世界將會是什麽樣子 。

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