发布时间：2021-12-15点击：3102
铜液是铜加工的灵魂，，， ，，，如何处理好铜水的纯净度，，， ，，，如何利用化学反应处理好铜液内部质量，，， ，，，传统的铜熔炼工艺为什么要添加各种辅助材料，，， ，，，我们只有从理论上通透，，， ，，，才能在实践中指导。。。 。 。 。
1.变质处理
对合金熔体作变质处理而达到改善铸锭结晶组织或某种性能的目的，，， ，，，称为变质处理。。。 。 。 。添加变质剂、振动下结晶等都是常见的变质处理方法。。。 。 。 。
变质处理的主要作用如下
(1)细化铸锭的结晶组织，，， ，，，变粗大柱状晶为细小等轴晶。。。 。 。 。
(2)减少晶界上某些低熔点物，，， ，，，或促使其球化。。。 。 。 。
(3)改变某些有害元素在铸锭结晶组织中的分布状况。。。 。 。 。
(4)兼有脱氧及除气作用。。。 。 。 。
(5)提高铸锭的高温塑性。。。 。 。 。
选择及使用变质剂的原则如下
(1)至少与合金中的一种组元形成化合物，，， ，，，如通过包晶反应形成大量的化合物质点。。。 。 。 。变质剂元素能与合金中的主要组元形成化合物***为理想。。。 。 。 。
(2)成为晶核或形成化合物质点，，， ，，，熔点应高于合金熔点。。。 。 。 。结晶之前应以分散的质点均匀地分布于熔体中。。。 。 。 。
(3)具有较强的变质能力，，， ，，，避免引起负面影响。。。 。 。 。
(4)加入时机和加入方法得当，，， ，，，减少烧失。。。 。 。 。
铜及铜合金熔体变质处理的应用实例
2.除气精炼
(1)氧化除气
向熔体中输入氧时，，， ，，，大量铜将被氧化，，， ，，，其反应式为:
4cu+O2=2cu2O
生成的氧化亚铜首先溶于铜液中，，， ，，，然后氧化亚铜又与铜液中的氢发生反应
Cu2O+H2=2cu+H20
结果铜被还原，，， ，，，水蒸气从熔体中逸出。。。 。 。 。反应连续不断地进行时，，， ，，，铜液中的氢将不断减少。。。 。 。 。
氧化铜液方法：用风管向熔池内输送压缩空气或氧和氮的混合气体 ；；；；；采用氧化性熔剂等。。。 。 。 。氧化过程中应不断取样检查熔体被氧化的程度，，， ，，，当认定铜液中的含氧量已达到要求时应立即停止氧化。。。 。 。 。经氧化的铜液出炉前应该对铜液进行脱氧处理，，， ，，，以除去铜液中多余的氧。。。 。 。 。
（2）沸腾除气
锌的蒸气压随着温度的升高而增高，，， ，，，在沸点即907℃时所达到的压力等于ー个大气压，，， ，，，锌的蒸发强度在还原气氛下将增大若干倍，，， ，，，此时锌的挥发不是通常的氧化性气氛所能左右的。。。 。 。 。ZnO的分解压力在1127℃时为5.4×10-21MPa。。。 。 。 。当熔融金属过热到1250℃时，，， ，，，ZnO的分解压力不超过1.4×10-17MPa。。。 。 。 。ZnO的分解压力如此小！�。 。 。 。�，， ，，，锌蒸气被迅速氧化是不可避免的。。。 。 。 。
工频有铁芯感应电炉熔炼黄铜时熔沟中温度高，，， ，，，形成锌蒸气泡上浮。。。 。 。 。随着熔池温度升高，，， ，，，锌蒸气气压逐渐增大，，， ，，，当整个熔池温度升高到接近或超过沸点时，，， ，，，大量蒸气从熔池喷出，，， ，，，即形成喷火现象。。。 。 。 。这种喷火程度越强烈，，， ，，，喷的次数越多，，， ，，，则熔体中的氢进入蒸气泡也越多，，， ，，，除气效果就越好。。。 。 。 。由于蒸气泡自下向上分布较均匀，，， ，，，沸腾除气的效果较好。。。 。 。 。含锌低于20％的黄铜不能采用沸腾除气方法。。。 。 。 。
(3)情性气体除气
用钢管将氮气、氩气等通入金属熔体时，，， ，，，气泡内的氢气分压为零，，， ，，，而溶于气泡附近熔体中的氢气分压远大于零，，， ，，，基于氢气在气泡内外分压之差，，， ，，，使溶于熔体中的氢不断向气泡扩散，，， ，，，并随着气泡的上升和逸出而排除到大气中，，， ，，，达到除气目的。。。 。 。 。
气泡越小！�。 。 。 。�，， ，，，数量越多，，， ，，，对除气越有益。。。 。 。 。由于气泡上浮的速度快，，， ，，，通过熔体的时间短，，， ，，，且气泡不可能均匀地分布于整个熔体中，，， ，，，故用此法除气不容易彻底 ；；；；；随着熔体中含氢量的减少，，， ，，，除气效果显著降低。。。 。 。 。为提高除气精炼效果，，， ，，，应控制气体的纯度。。。 。 。 。研究表明精炼气体中氧含量不得超过0.03％(体积分数)，，， ，，，水分不得超过3.0g/L。。。 。 。 。若氮气中氧含量为0.5％和1％，，， ，，，除气效果分别下降40％和90％。。。 。 。 。
(4)真空除气
真空熔炼主要具有以下特点:①可以避免合金元素的氧化损失和吸气，，， ，，，而且为熔体中气体的析出创造了良好条件;②熔体免受污染，，， ，，，在某种程度上可以提高纯度，，， ，，，有利于获得纯度比较高的金属及合金;③有利于提高材料的某些物理或力学性能。。。 。 。 。
小型真空感应电炉通常采用石墨质材料制造的坩埚炉衬，，， ，，，可以免受其他耐火材料对熔体的污染，，， ，，，同时也可充分利用碳的良好脱氧作用。。。 。 。 。真空熔炼的主要缺点是可以造成某些沸点比较低、蒸气压力较高的合金元素的大量挥发损失。。。 。 。 。因此，，， ，，，出现了先抽真空然后向熔室中充以某种惰性气体，，， ，，，例如充氩气的熔炼方式。。。 。 。 。
真空熔炼炉的炉体多和真空铸造装置安装在同一真空室中，，， ，，，受设备能力***适合于小批量生产某些纯度比较高，，， ，，，或者某些高铜合金、铜镍合金。。。 。 。 。真空条件下熔池表面的气压极低，，， ，，，原溶于铜液中的氢等气体容易逸出。。。 。 。 。真空除气的除气速度和程度较高，，， ，，，活性难熔金属及其合金、耐热及精密合金等，，， ，，，采用真空熔铸法除气效果更好。。。 。 。 。
3、脱氧精炼
(1)扩散脱氧
表面脱氧剂的脱氧反应主要在熔池表面进行，，， ，，，内部熔体的脱氧主要是靠氧化亚铜不断向熔池表面扩散的作用实现。。。 。 。 。氧化亚铜的密度比铜小！�。 。 。 。�，， ，，，易于向熔池表面浮动。。。 。 。 。熔池表面的氧化亚铜不断被还原，，， ，，，浓度不断降低，，， ，，，浓度差作用的结果使熔池内部氧化亚铜不断上浮。。。 。 。 。铜液在木炭覆盖下，，， ，，，温度为1200℃，，， ，，，保持时间20min，，， ，，，铜液中氧化亚铜的含量可由原来的0.7％下降到0.5％。。。 。 。 。木炭的脱氧反应是 ：2Cu2O+C＝4Cu+CO2
除了木炭以外，，， ，，，还可以用某些密度远小于铜的可还原氧化亚铜的熔剂，，， ，，，例如硼化镁(Mg3B2)、碳化钙(CaC2)、硼渣(Na2B1O·MgO)等作表面脱氧剂。。。 。 。 。
(2)沉淀脱氧
铜及铜合金常用的沉淀脱氧剂有磷、硅、锰、铝、镁、钙、钛、锂等，，， ，，，脱氧结果形成气态、液态或固态生成物。。。 。 。 。主要反应式如下
5CU2O+2P=P2O5+10cu
Cu2O+P2O5=2CUPO3
Cu2o+Mg =Mgo(S)+2cu
Cu2O+Li=Li2o(S)+2cu
脱氧反应所产生的细小固体氧化物，，， ，，，使金属的黏度增大或成为金属中分布不均匀的夹杂物。。。 。 。 。采用这类脱氧剂时，，， ，，，应控制加入量。。。 。 。 。沉淀脱氧能在整个熔池内进行，，， ，，，脱氧效果显著。。。 。 。 。缺点是脱氧剂残余可能形成夹杂。。。 。 。 。
具体分析下常用的磷铜脱氧：
除电工材料用的纯铜外，，， ，，，磷是应用***广泛的脱氧剂 ；；；；；磷以磷铜中间合金形式加入，，， ，，，P-Cu二元相图中在8.4％P处形成Cu+Cu3P共晶，，， ，，，熔点714℃，，， ，，，超过14％P后，，， ，，，磷以蒸气形式逸出，，， ，，，故常用的磷铜含磷量低于14％。。。 。 。 。磷铜加入铜液后，，， ，，，即在整个熔池内进行脱氧反应。。。 。 。 。
(3)情性气体除气
用钢管将氮气、氩气等通入金属熔体时，，， ，，，气泡内的氢气分压为零，，， ，，，而溶于气泡附近熔体中的氢气分压远大于零，，， ，，，基于氢气在气泡内外分压之差，，， ，，，使溶于熔体中的氢不断向气泡扩散，，， ，，，并随着气泡的上升和逸出而排除到大气中，，， ，，，达到除气目的。。。 。 。 。
气泡越小！�。 。 。 。�，， ，，，数量越多，，， ，，，对除气越有益。。。 。 。 。由于气泡上浮的速度快，，， ，，，通过熔体的时间短，，， ，，，且气泡不可能均匀地分布于整个熔体中，，， ，，，故用此法除气不容易彻底 ；；；；；随着熔体中含氢量的减少，，， ，，，除气效果显著降低。。。 。 。 。为提高除气精炼效果，，， ，，，应控制气体的纯度。。。 。 。 。研究表明精炼气体中氧含量不得超过0.03％(体积分数)，，， ，，，水分不得超过3.0g/L。。。 。 。 。若氮气中氧含量为0.5％和1％，，， ，，，除气效果分别下降40％和90％。。。 。 。 。
(4)真空除气
真空熔炼主要具有以下特点:①可以避免合金元素的氧化损失和吸气，，， ，，，而且为熔体中气体的析出创造了良好条件;②熔体免受污染，，， ，，，在某种程度上可以提高纯度，，， ，，，有利于获得纯度比较高的金属及合金;③有利于提高材料的某些物理或力学性能。。。 。 。 。
小型真空感应电炉通常采用石墨质材料制造的坩埚炉衬，，， ，，，可以免受其他耐火材料对熔体的污染，，， ，，，同时也可充分利用碳的良好脱氧作用。。。 。 。 。真空熔炼的主要缺点是可以造成某些沸点比较低、蒸气压力较高的合金元素的大量挥发损失。。。 。 。 。因此，，， ，，，出现了先抽真空然后向熔室中充以某种惰性气体，，， ，，，例如充氩气的熔炼方式。。。 。 。 。
真空熔炼炉的炉体多和真空铸造装置安装在同一真空室中，，， ，，，受设备能力***适合于小批量生产某些纯度比较高，，， ，，，或者某些高铜合金、铜镍合金。。。 。 。 。真空条件下熔池表面的气压极低，，， ，，，原溶于铜液中的氢等气体容易逸出。。。 。 。 。真空除气的除气速度和程度较高，，， ，，，活性难熔金属及其合金、耐热及精密合金等，，， ，，，采用真空熔铸法除气效果更好。。。 。 。 。
来源：铜合金熔铸
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