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    无氧铜棒材氧含量及挤压缩尾缺陷控制

    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。


    影响无氧铜质量的主要因素


    影响无氧铜质量的主要因素主要有:


    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。


    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  


    分析了不同厂商所供的阴极铜的氧含量(见表1),结果表明:氧含量确实存在较大差异(最低3ppm,最高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 熔体覆盖与保护  


    2.1 熔体覆盖


    木炭是无氧铜熔炼最好的覆盖剂。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 气体保护


    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)或煤气进行保护。


    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。



    图1 无氧铜铸锭渗氧深度与加热温度和加热时间的关系



    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。

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