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公司新聞

一文讀懂無氧銅桿和低氧銅桿的區別

 

定義

以銅為原料,經過連鑄連軋法生產出來含氧量200(175)-400(450)ppm之間銅桿材,被稱為低氧銅桿。

經過上引法生產,氧含量在20ppm以下生產的銅桿叫做無氧銅桿。無氧銅桿是不含氧也不含任何脫氧劑殘留物的純銅,但實際上含有非常微量氧和一些雜質。按標準規定,氧含量不大于0.02%,雜質總含量不大于0.05%,銅的純度大于99.95%。根據含氧量和雜質含量,無氧銅桿又分為TU1和TU2銅桿。TU1無氧銅桿純度達到99.99%,氧含量不大于0.001%;TU2無氧銅純度達到99.95%,氧含量不大于0.002%。

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含氧量

無氧及低氧桿從含氧量上容易區別,無氧銅桿含氧量在10-20ppm以下,但目前有的廠家只能做到50ppm以下。低氧銅桿在200-400ppm,好的銅桿一般含氧量控制在250ppm左右。

生產銅桿的陰極銅含氧量一般在10-50ppm,在常溫下氧在銅中的固溶度約2ppm。低氧銅桿的含氧量一般在200(175)-400(450)ppm,因此氧是在銅液態狀態下吸入的。而上引法生產無氧銅桿則相反,氧在液態銅下保持相當時間后,被還原而脫去,通常這種桿的含氧量都在10-50ppm以下,最低可達1-2ppm。

從組織上看,低氧銅桿中的氧以氧化銅的狀態,存在于晶粒邊界附近,這對低氧銅桿來說常見,但對無氧銅桿很少見。氧化銅以夾雜形式在晶界出現,會對材料的韌性產生負面影響。而無氧銅中的氧很低,所以這種銅的組織是均勻的單相組織,對韌性有利。在無氧銅桿中多孔性是不常見的,但在低氧銅桿中則是常見的一種缺陷。

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無氧桿一般采用上引法,低氧桿是連鑄連軋。相對而言低氧桿對漆包線性能更適應些,如柔軟性、回彈角、繞線性能,但低氧桿對拉絲條件相對要苛刻些。同樣拉伸0.2的細絲,如果伸線條件不好,普通的無氧桿可拉,而好的低氧桿就斷線;但如果放在好的伸線條件,同樣的桿子,低氧桿說不定就能拉到雙零五,而普通無氧桿最多只能拉伸到0.1而已。當然做的最細的如雙零二卻非得依靠進口的無氧銅桿了。兩者都可以拉到0.015mm,但在低溫超導線中的低溫級無氧銅,其細絲間的間距只有0.001mm。

▎熔化方式對S等雜質的影響

連鑄連軋法主要通過氣體的燃燒使銅桿熔化,在燃燒過程中,通過氧化和揮發作用,可一定程度減少部分雜質進入銅液,因此對原料要求相對較低。上引連鑄法是用感應電爐熔化,電解銅表面的“銅綠”“銅豆”基本都會熔入到銅液中,其中熔入的S對無氧銅桿塑性影響極大,會增加拉絲斷線率。

▎鑄造過程中雜質的進入

在生產過程中,連鑄連軋工藝需通過保溫爐、溜槽、中間包轉運銅液,相對容易造成耐火材料的剝落,在軋制過程中需要通過軋輥,造成鐵質的脫落,會帶來外部夾雜。而過程中氧化物的軋入,對低氧桿的拉絲造成不利影響。上引連鑄法生產工藝流程較短,銅液是通過聯體爐內潛流式完成,對耐火材料的沖擊不大,結晶是通過石墨模內進行,所以過程中可能產生的污染源較少,雜質進入的機會較少。

▎氧的分布形式及其影響

氧含量對銅桿的拉線性能有著明顯的影響。當氧含量為最佳值時,銅桿斷線率最低。這是因為氧在與大部分雜質反應的過程中都起到清除器的作用。適度的氧還有利于去除銅液中的氫,生成水蒸氣溢出,減少氣孔的形成。

低氧銅桿氧化物的分布:在連續澆鑄中凝固的最初階段,散熱速率和均勻冷卻是決定銅桿氧化物分布的主要因素。不均勻冷卻會引起銅桿內部結構本質上的差異,但后續的熱加工,柱狀晶通常會遭到破壞,使氧化亞銅顆粒細微化和均勻分布。氧化物顆粒聚集產生的典型情況是中心爆裂。除氧化物顆粒分布的影響外,具有較小氧化物顆粒的銅桿顯示出較好的拉線特性,較大的氧化亞銅顆粒容易造成應力集中點而斷裂。

無氧銅桿含氧量超標,銅桿變脆、延伸率下降,拉伸式樣端口顯暗紅色,結晶組織疏松。當氧含量超出8ppm時,工藝性能變差,表現為鑄造及拉伸過程中斷桿及斷線率極具增高。這是由于氧能與銅生成氧化亞銅脆性相,形成銅-氧化亞銅共晶體,以網狀組織分布在境界上。這種脆性相硬度高,在冷變形時將會與銅機體脫離,導致銅桿的機械性能下降,在后續加工中容易造成斷裂現象。氧含量高還能導致無氧銅桿導電率下降。因此,必須嚴格控制上引連鑄工藝及產品質量。

▎氫的影響

在上引連鑄中,氧含量控制較低,氧化物副作用降低,氫的影響成為較顯著的問題。

吸氣后熔體中存在平衡反應:H?O(g)=[O]+2[H]。氣體及疏松是在結晶的過程中,氫從過飽和的溶液中析出并聚集而形成的。在結晶前析出的氫又可還原氧化亞銅而生成水氣泡。由于上引鑄造的特點是銅液自上而下的結晶,形成的液體形狀近似錐型。銅液結晶前析出的氣體在上浮過程中被堵在凝固組織內,結晶時在鑄桿內形成氣孔。上引的含氣量少時,析出的氫存在于晶界處,形成疏松;含氣量多時,則聚集成氣孔,因此,氣孔和疏松是氫氣和水蒸氣兩者形成的。

氫來源于上引生產過程中的各個工藝環節,如原料電解銅的“銅綠”、輔料木炭、氣候環境潮濕、石墨結晶器未干燥等。因此,熔化爐中的銅液表面應覆蓋經烘烤的木炭,電解銅應盡量去除“銅綠”、“銅豆”“耳朵”,對提高無氧銅桿質量非常重要。

在連鑄連軋工藝中,往往采用適度控制氧含量來控制氫(Cu?O+H?=2Cu+H?O)。由于銅液在鑄造過程中是自下而上結晶,銅液中的氧和氫所產生的水蒸氣很容易上浮跑出,銅液中的氫大部分能被有效去除,因而對銅桿的影響較小。

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應用

低氧銅桿和無氧銅桿都是電工用,不外乎就是電線電纜、漆包線、扁線、銅排,應用領域沒太大區別。

無氧銅桿一般用電解銅生產,電阻率和加工性能優于低氧銅桿,因此生產高要求的電工材料一般采用無氧桿,比如做漆包線,無氧桿做的肯定電阻更小,應用于電機時發熱情況肯定優于低氧桿。

制造無氧銅桿要求質量較高的原材料,一般拉制直徑>1mm的銅線時,低氧銅桿優點比較明顯,無氧銅桿顯得更為優越的是拉制直徑<0.5mm的銅線。6mm的無氧銅桿用于生產銅扁線,3mm的無氧銅桿用于拉絲,生產電線銅芯、漆包線,主要應用于電線電纜和電機。而低氧桿拉絲時,很難拉制低于0.5mm以下的細絲。

所以,現在基本上是大規格、電阻要求低的電工產品用低氧桿;小規格、電阻要求高的用無氧桿。而音響線一般反而喜歡用無氧桿, 這和無氧桿是單晶銅、低氧桿是多晶銅有關。

 

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