銅線桿的質(zhì)量影響因素探析

任香山

摘 要：文章對影響銅線桿質(zhì)量的雜質(zhì)、氧成分、表面質(zhì)量等因素進(jìn)行具體的分析，并對它們影響銅線桿質(zhì)量的根源進(jìn)行了詳細(xì)的討論，從而提出提高銅桿質(zhì)量的具體方法和措施，為銅線桿的生產(chǎn)提供了有效的技術(shù)支撐，并為銅線桿質(zhì)量的研究提供了有效的借鑒。

關(guān)鍵詞：銅線桿；雜質(zhì)；表面質(zhì)量；影響

引言

隨著現(xiàn)代化的快速發(fā)展，銅線桿作為生產(chǎn)電線電纜、電子線、漆包線的必備材料，需求量也越來越大，質(zhì)量要求越來越高。在電子電氣和通訊行業(yè)中，銅線桿是其最重要的基礎(chǔ)材料之一，具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和加工性能，但在實際生產(chǎn)中，銅線材的生產(chǎn)質(zhì)量直接受銅線桿的質(zhì)量影響，銅線桿的質(zhì)量又受到雜質(zhì)、表面質(zhì)量、氧成分、稀土元素的影響，而現(xiàn)代電子通訊業(yè)的發(fā)展對銅線的要求越來越高，銅線桿的質(zhì)量成為限制電子通訊行業(yè)迅速發(fā)展的主要障礙之一，所以文章通過對銅線桿的雜質(zhì)、氧成分、表面質(zhì)量等方面對銅線桿的質(zhì)量影響因素進(jìn)行了具體的探討，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)方法，以期為銅線桿的實際生產(chǎn)提供有效的技術(shù)指導(dǎo)。

1 銅線桿的質(zhì)量影響因素探討

銅線桿的質(zhì)量影響因素有很多，但對銅線質(zhì)量影響較大的主要有三個，分別是雜質(zhì)元素、表面質(zhì)量和稀土元素，下面分別對這三種因素對銅線桿的質(zhì)量影響進(jìn)行具體的分析。

1.1 雜質(zhì)因素對銅線桿的質(zhì)量影響探析

在正常情況下，銅線桿中含有一定量的微量元素是正常的，但銅線桿中的某些雜質(zhì)元素會改變銅線桿的組織，從而影響銅線桿的性能，最終妨礙銅線桿的正常使用。根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗可知：影響銅線桿的雜質(zhì)元素一般可以分為三類：固溶于銅的雜質(zhì)元素、很少固溶于銅的雜質(zhì)元素和幾乎不溶于銅的雜質(zhì)元素，下面將這三類元素對銅線桿的質(zhì)量影響進(jìn)行具體的分析和探討。

固溶于銅的雜質(zhì)元素主要有鋁、鐵、鋅、銀、磷等，這些雜質(zhì)元素在一定范圍內(nèi)對銅線桿的質(zhì)量幾乎沒有影響，然而一旦超過范圍就會大大降低銅線桿的塑性和加工性能，降低銅桿的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，甚至使銅線桿無法使用，如：過量的鋁固溶于銅后大大降低銅線桿的電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率；過量的鐵會降低銅線桿的塑性和導(dǎo)電性；過量的磷會導(dǎo)致銅線桿冷脆。

很少固溶于銅的雜質(zhì)元素有鉛、鉍、銻、碲和硒等，這些元素會與銅形成低熔點的共晶體或脆性化合物，降低銅線桿的導(dǎo)電性和塑性，是銅線桿在進(jìn)行熱加工時產(chǎn)生破裂，給銅線桿帶來巨大的質(zhì)量問題。鉛、鉍、銻三種金屬元素都是低熔點金屬，一旦含量較高就會降低銅線桿的塑性，在熱加工時會出現(xiàn)裂紋，尤其在連鑄連軋生產(chǎn)時很容易出現(xiàn)裂紋，造成產(chǎn)品不合格，而硒和碲通常是以硒化銅和碲化銅的形式存在，這樣的金屬化合物脆性很高，當(dāng)銅線桿中此類化合物含量較高時會大大降低銅線桿的延伸性和焊接性。

幾乎不溶于銅的雜質(zhì)元素通常有氧、硫、氫等，它們會與銅形成高熔點的脆性化合物，降低銅線桿的塑性。如：氧元素與銅生成氧化銅，氧化銅具有硬而脆的特點，使銅線桿冷變形困難，氧含量過高還會與氫元素生產(chǎn)水蒸氣，水蒸氣不溶于銅，又無法擴散，就會對銅造成極大的壓力，破壞內(nèi)部的銅組織，通常氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到5×10-5時就會出現(xiàn)這種現(xiàn)象，與此同時，氧與其他大部分雜質(zhì)的反應(yīng)會達(dá)到清洗雜質(zhì)的作用，所以當(dāng)銅中的含氧量低于1.0×10-6時，銅中的其它雜質(zhì)就會增多，綜合而言，銅中的氧含量需要控制在一定的范圍內(nèi)，才對銅的質(zhì)量提高有益；硫與銅生成的硫化銅脆而硬，使銅線桿變得冷脆，嚴(yán)重時會使銅線桿產(chǎn)生裂紋乃至斷裂；氫元素能夠溶于液態(tài)的銅，并且溶解度會隨溫度的升高而增大，如果在熱鑄時吸收過多的氫元素，在冷卻時會大量析出，在鑄坯上形成氣泡和微裂紋，同時還會與氧氣結(jié)合形成水蒸氣，發(fā)生氫脆現(xiàn)象，影響銅線桿的質(zhì)量。

1.2 銅線桿的表面質(zhì)量對銅線桿的質(zhì)量影響探析

在常溫條件下，銅線桿表面有一層在加工過程中殘留的氧化膜，這層殘留氧化膜通常是在銅線進(jìn)行熱桿軋制時形成的，它們對銅線桿的再次加工相當(dāng)有害，如：在拉絲過程中引發(fā)許多缺陷、使拉絲膜過度磨損、可焊性差以及搪瓷膜與裸導(dǎo)體之間的附著力變?nèi)?。在現(xiàn)代生產(chǎn)中，可以通過在銅液中通電來分析檢測殘留表面氧化膜的厚度。銅線桿的大多數(shù)缺陷都來源于連續(xù)鑄造和軋制工序，這些缺陷包括殘渣、熱裂、裂塊、銅氧化雜物以及銅桿表面氧化顆粒等。下面對這些缺陷進(jìn)行具體分析：

熱裂通常是在結(jié)晶過程中產(chǎn)生的，在加熱時沿晶界裂開，裂紋呈現(xiàn)曲折、不規(guī)則的形狀，多分布在鑄錠最后凝結(jié)的區(qū)域，影響銅線桿熱裂紋的因素包括金屬自身的熱脆性、收縮率、抗拉強度、延伸率以及雜質(zhì)含量和分布，鑄造工藝、設(shè)備、工具以及冷卻強度大小。

銅線桿中的殘渣會大大降低銅基體的連續(xù)性和塑性，在實際生產(chǎn)中殘渣大多來自易氧化生渣元素的氧化或者生產(chǎn)中的潤滑油、涂料過多，鑄造工藝不完善等因素。

在以銅線桿為原料生產(chǎn)銅絲的過程中，大多數(shù)的金屬間化合夾雜物是銅線桿在拉絲過程中裂紋發(fā)生區(qū)域。相對而言，拉絲的最大缺陷是拉模劃傷、機械損傷、弧口鑿以及裂片等，而且大多數(shù)的表面損傷是由拉絲機內(nèi)移動線未對準(zhǔn)或者爐內(nèi)銅精煉的壓制力過大造成的。

1.3 在銅線桿中加入稀土元素對銅線桿的質(zhì)量影響探析

在最近幾年的人工實驗中發(fā)現(xiàn)：在熔融銅中加入適量的稀土元素，可以有效的改善銅線桿的性能。目前發(fā)現(xiàn)稀土元素的作用主要表現(xiàn)在兩個方面：（1）對銅進(jìn)行凈化的作用。在銅線桿中含有的硫和過量的氧是主要的有害物質(zhì)之一，硫元素與銅反應(yīng)生成的硫化銅降低銅線桿的塑性，氧和銅反應(yīng)生產(chǎn)的氧化銅降低了銅線桿的韌性，使銅線桿進(jìn)行熱加工非常困難，而稀土元素與氧和硫結(jié)合的能力高于銅，所以在銅液加入稀土元素可以生產(chǎn)稀土氧化物和稀土硫化物，這些固體廢棄物部分形成渣與銅液分離，另一部分形成晶界網(wǎng)格在熔體中彌漫分布，達(dá)到有效凈化銅液的作用；（2）改變銅的性質(zhì)以及對銅進(jìn)行微合金化。稀土元素在銅中的主要作用之一是消除銅中的柱狀晶區(qū)，細(xì)化晶粒，即稀土元素與其它元素反應(yīng)生產(chǎn)高熔點的化合物，這些化合物在銅中的懸浮和彌散分布大大提高了銅的塑性和強度，同時大大減少了銅線桿的表面裂紋及其他缺陷，如：富鈰稀土可以提高銅線桿的延伸率、扭轉(zhuǎn)性能以及導(dǎo)電率等。然而，稀土元素也不能過量加入，否則對氧親和力較強的稀土元素會使其它的金屬氧化物脫氧，導(dǎo)致銅線桿的雜質(zhì)增加，降低銅線桿的性能，所以必須將稀土元素的量控制在合理范圍內(nèi)。

就目前而言，加入稀土元素改善銅線桿的性能還處于摸索階段，不同成分的稀土對銅線桿的影響也各不相同，但稀土元素加入銅中進(jìn)行晶粒細(xì)化和性能改善具有較好的市場前景，可以進(jìn)行大力推廣和研究。

綜合而言，銅線桿的質(zhì)量影響因素還有很多，無法在這里進(jìn)行一一描述。除此之外，隨著高新技術(shù)、在線監(jiān)測方法、設(shè)備的精度和質(zhì)量的完善，銅線桿的質(zhì)量也日趨提高，越來越適應(yīng)現(xiàn)代社會對銅線桿的高品質(zhì)需求。

2 結(jié)束語

文章通過具體的生產(chǎn)實踐和理論研究，對銅線桿質(zhì)量影響較大的雜質(zhì)、氧元素以及稀土元素等因素進(jìn)行了具體的分析和闡述，并對這些因素對銅線桿質(zhì)量影響的根據(jù)進(jìn)行了論述，同時提出了相應(yīng)的銅線桿質(zhì)量提高方法，為銅線桿質(zhì)量的提高提供了有效的技術(shù)支撐，同時也為銅線桿的推廣應(yīng)用提供了有力的支持。

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