Ogólnie przyjmuje się, że tlen jest słabo rozpuszczalny w miedzi w stanie stałym. Kiedy stop miedzi zostaje skrzepnięty, tlen uwalnia się jako eutektyk Сu-Cu2O. Tlen jest szkodliwą domieszką, ponieważ dzięki swojej dużej zawartości zostaje zmniejszona przewodność elektryczna, ciągliwość i właściwości korozyjne. Zmniejsza się również charakterystyka procesów lutowania, spawania i cynowania.
Tlen niekorzystnie wpływa na właściwości technologiczne miedzi, w szczególności miedź zawierająca ponad 0,1% tlenu jest podatna na uszkodzenia podczas obróbki gorącego metalu pod ciśnieniem.
Wodór jest dobrze rozpuszczalny zarówno w stałej, jak i ciekłej miedzi. Rozpuszczalność wodoru w miedzi podczas topienia wzrasta gwałtownie od 4 do 12 cm³ na 100 g miedzi.
Wodór ma szczególnie negatywny wpływ na tlen zawierający miedź. Taka miedź po podgrzaniu traci swoją plastyczność, staje się krucha i trzeszczy. Istota tego zjawiska polega na tym, że wodór reaguje z tlenem miedzi w podwyższonych temperaturach, para wodna powstaje w dużych ilościach, wzrasta ciśnienie, powstają pęknięcia a miedź rujnuje się.
Należy również zauważyć, że rozpuszczalność wody w miedzi zależy nie tylko od temperatury, ale także od zawartości tlenu: im więcej tlenu w ciekłej miedzi, tym mniej wodoru.
Technologicznie konieczne jest pozostawienie w ciekłej miedzi tylko niezbędnej (optymalnej) ilości tlenu, tak aby rozpuszczony tlen reagował z wodorem, tworząc parę wodną uwolnioną ze stopu podczas krzepnięcia metalu. W utlenianiu wodoru zmniejsza się zawartość miedzi rozpuszczonej w wodorze. Następnie za pomocą odtleniaczy zmniejsza się zawartość tlenu w stopionej miedzi, przy czym najważniejszym jest dobór odtleniacza, który nie pogarsza przewodnictwa elektrycznego i przewodności cieplnej miedzi.
Wykorzystanie ligatury Сu-B (2%) jest to tradycyjny sposób na poprawę jakości stopów miedzi i mosiądzu.
Bor jest skutecznym utleniaczem miedzi, i nie ma niekorzystnego wpływu na przewodnictwo elektryczne. Ten pierwiastek jest znacznie bardziej skuteczny niż inne utleniacze, takie jak fosfor, lit, magnez. Porównawcza analiza skuteczności utleniaczy została podana w tabeli 1.
Utleniacz
Bor
Fosfor
Lit
Magnez
Wapń
Cyrkon
Zużycie, kg na kg tlenu
0.45
0.77
0.86
1.52
2.50
2.85
Stosunek
1.0
1.7
1.9
3.4
5.6
6.3
W stopach miedzi wprowadzanie boru zmniejsza również rozmiar ziarna, ogranicza wzrost ziarna po podgrzaniu, w wyniku czego poprawia właściwości mechaniczne, w szczególności plastyczność.
Zastosowanie preparatu zawierającego bor (topnik) jako środka utleniającego, jak również wprowadzenie stopu Cu-B skutecznie zmniejsza zawartość tlenu. Preparat stosuje się do stopów czystej miedzi, mosiądzu i brązów.
W przeciwieństwie do ligatury preparat miedziowo-fosforowy nie pogarsza przewodnictwa elektrycznego i przewodności cieplnej miedzi. Obserwuje się także zgniatanie ziarna odlewu. Preparat jest dostarczany w postaci tabletek 0,2 kg, zalecane zużycie 0,05-0,1% wagowo.
Poniżej podane są mikrostruktury próbek prętów miedzianych o średnicy 8,0 mm, otrzymywane przez ciągłą krystalizację z roztopionego czystego gatunku miedzi M1 w jednym z przedsiębiorstw Ukrainy.
Analiza mikrostruktur wykazuje znaczny spadek zawartości tlenu w próbkach po zastosowaniu preparatu zawierającego bor w ilości 0,05% masy. Wynik ten potwierdza bezpośredni pomiar zawartości tlenu w próbkach walcówki przed i po przetwarzaniu: 0,035% przed przedwarzaniem i 0,022% po przetwarzaniu.
Kolonie eutektyczne znajdują się wzdłuż kierunku ciepło przewodu.
Zgodnie z wnioskiem specjalistów spółki wykorzystującej tę technologię, właściwości mechaniczne walcówki po zastosowaniu preparatu zawierającego bor są znacznie lepsze. Przede wszystkim plastyczność jest wyższa, co umożliwia wytwarzanie przewodów o mniejszym przekroju.
Tak więc, w oparciu o dane metalograficzne struktury odlewanego materiału miedziowego pręta M1 przed i po obróbce ciekłej miedzi preparatem zawierającym bor, możliwe jest podanie jednoznacznego wniosku o pozytywnym wpływie boru na właściwości miedzi.
Bazując na ponad 30-letnim doświadczeniu w produkcji stopów metali nieżelaznych, nasi specjaliści mogą zaoferować „Klientowi” optymalny łańcuch technologiczny do produkcji wysokiej jakości stopów miedzi.
Rys. 1.1
Rys. 1.2
Rys.1.1-1.2. Mikrostruktura miedzi marki M1, ciągły odlew, krystalizator, średnica pręta 8,0 mm przed obróbką. Zawartość tlenu wynosi 0,035% (masa). Zwiększenie 200х.
Rys. 2.1
Rys. 2.2
Rys. 2.1-2.2. Mikrostruktura miedzi marki М1, ciągły odlew, krystalizator, średnica pręta 8,0 mm po obróbce przez preparat zawierający bor. Zawartość tlenu wynosi 0,022 % (masa). Zwiększenie 200х.
Авторы: Сезоненко Ю.Д. ннж., Сезоненко А.Ю. к.ф.-м.н, Односум В.В. к.ф.-м.н.
