Общеизвестно, что кислород мало растворим в меди в твердом состоянии. При затвердевании расплава меди кислород выделяется в виде эвтектики Сu-Cu2O. Кислород является вредной примесью, т.к. при большом его содержании заметно понижаются: электропроводность, пластичность и коррозийные свойства. Также ухудшаются характеристики процессов пайки, сварки и лужения.
Кислород отрицательно влияет на технологические свойства меди, в частности, медь, содержащая более 0,1 % кислорода склонна к разрушению при горячей обработке металла давлением.
Водород значительно растворим как в твердом, так и в жидком состоянии меди. Растворимость водорода в меди при плавлении резко возрастает с 4-х до 12-ти см³ на 100 г меди.
Особенно отрицательное воздействие водород оказывает на медь, содержащую кислород. Такая медь при нагреве теряет пластичность, становится хрупкой и трескается. Сущность этого явления заключается в том, что водород при повышенных температурах реагирует с кислородом закиси меди, образуя при этом водяные пары в большом количестве, давление их увеличивается, образуются трещины и медь разрушается.
Следует также отметить, что растворимость водорода в меди зависит не только от температуры, но и от содержания кислорода: чем больше в жидкой меди кислорода, тем меньше водорода.
Технологически необходимо оставлять в жидкой меди только низкое необходимое (оптимальное) количество кислорода, чтобы растворенный кислород реагировал с водородом с образованием водяных паров, выделяющихся из расплава при затвердевании металла. Окисляя водород добиваются снижения содержания растворенного в расплаве меди водорода. Затем с помощью раскислителей снижают содержание кислорода в расплаве меди, при этом, самым важным является подбор раскислителя, не ухудшающего электропроводность и теплопроводность меди.
Использование лигатуры Сu-B (2%) является традиционным способом улучшения качества медных сплавов и латуней. Бор является эффективным раскислителем для меди, при этом, не оказывает негативного влияния на удельную электропроводность. Этот элемент гораздо эффективней других раскислителей, таких как фосфор, литий, магний. Сравнительный анализ эффективности раскислителей приведен в табл. 1.
Таблица 1: Эффективность раскислителей меди
| Раскислитель | Расход, кг на кг кислорода | Соотношение |
| Бор | 0,45 | 1,0 |
| Фосфор | 0,77 | 1,7 |
| Литий | 0,86 | 1,9 |
| Магний | 1,52 | 3,4 |
| Кальций | 2,50 | 5,6 |
| Цирконий | 2,85 | 6,3 |
Использование бор-содержащих лигатур для раскисления медных сплавов также уменьшает размер зерна, сдерживает рост зерна при нагреве и, как следствие, улучшает механические свойства, в частности, пластичность.
Применение в качестве раскислителя борсодержащего таблетированного препарата (флюса), как и введение лигатуры Сu-B, эффективно снижает содержание кислорода. Препарат применяют для расплавов чистой меди, латуней и бронз. В отличие от лигатуры медь-фосфор (Cu-P), препарат не ухудшает электропроводность и теплопроводность меди. Также наблюдается измельчение зерна литого материала. Препарат поставлется в виде таблеток по 0,2 кг, рекомендуемый расход 0,05-0,1% (по массе).
Ниже приведены микроструктуры образцов медной катанки диаметром 8,0 мм, полученных непрерывной кристаллизацией из расплава чистой меди марки М1 на одном из предприятий Украины.
Фото 1
Фото 2
Фото 3
Фото 4
Анализ микроструктур показывает значительное снижение содержания кислорода в образцах после использования борсодержащего препарата, в количестве 0,05% от массы шихты. Этот результат подтвержден и прямым измерением содержания кислорода в образцах катанки до и после обработки: 0,035% до обработки и 0,022 % после обработки.
Эвтектические колонии располагаются вдоль направления теплоотвода. По заключению специалистов предприятия, использующего данную технологию, механические свойства катанки после применения борсодержащего препарата значительно лучше. В первую очередь выше пластичность, что позволяет изготавливать провода более мелкого сечения.
Таким образом, основываясь на данных металлографии структуры литого материала катанки из меди марки М1 до и после обработки жидкой меди борсодержащим препаратом, можно сделать однозначный вывод о положительном влиянии бора на свойства меди.
Эксклюзивным поставщиком как лигатуры Сu-B (2%), так и препарата борсодержащего таблетированного является ООО «Инженерная компания — САС» (г. Киев).
На основании более чем 30-летнего опыта работы с расплавами цветных металлов, наши специалисты могут предложить Заказчику оптимальную технологическую цепочку производства высококачественных медных сплавов.
Авторы
СЕЗОНЕНКО Юрий Дмитриевич — технический директор ООО «Инженерная компания САС», г. Киев; телефон: +38 (044) 424-25-03, +38 (044) 423-82-99; e-mail: info@sasua.com.ua; http:// sasua.com.ua
СЕЗОНЕНКО Антон Юрьевич — к.ф.-м.н., директор ООО «Инженерная компания САС», г. Киев; телефон: +38 (044) 424-25-03, +38 (044) 423-82-99; e-mail: info@sasua.com.ua; http:// sasua.com.ua
ОДНОСУМ Валерий Владиславович — к.ф.-м.н., ст.н.с. Института металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины, г. Киев
