淺談銅管金相制作缺陷與對策

嚴 靜，劉 奇，周永濤，饒錦武

（江西省銅及銅產(chǎn)品質量監(jiān)督檢驗中心，江西 鷹潭 335000）

1 銅管的優(yōu)勢

銅是人類發(fā)展史上最早接觸的金屬之一，具有悠久的歷史，也是一種重要的有色金屬，因其具有良好的導電性、導熱性和延展性，以及制成合金后優(yōu)異的機械性能，而被廣泛用于電線電纜、電子產(chǎn)品和集成電路等領域。此外，金屬銅可以再生利用，有利于環(huán)境保護，是可持續(xù)發(fā)展的綠色金屬。

銅管一般以紫銅為原料，經(jīng)壓制和拉制而成的無縫管，銅管質地堅硬，不易腐蝕，且耐高溫、耐高壓，可在多種環(huán)境中使用。在供水、制冷、海水淡化等行業(yè)發(fā)揮著不可或缺的作用。銅管具有以下特點：重量較輕、易于加工和連接、可彎曲變形。主要有2方面的應用，第一：自來水的供應，銅管在自來水管道的應用中有天然的優(yōu)勢——殺菌，且同時兼具重量較輕、易于加工和連接等特點，因而，銅管是最好的自來水供應管道，也是住宅用房中自來水管道的首選；第二：換熱設備，金屬銅有著良好導熱性，在太陽能、熱交換器、冷凝器等熱交換設備中的應用正是基于該特性。此外，銅管的質量也并非鋁管、鐵管可以媲美，例如：銅管的冰箱蒸發(fā)器和冷凝器的內銹只會發(fā)生在表面，而鐵管上的鐵銹則會慢慢脫落，導致鐵管逐漸變薄，最終形成沙眼而不能使用。

2 銅管金相的作用及現(xiàn)狀

金相顯微組織與物理性能、化學性能有很大的關聯(lián)，反映了金屬金相的形態(tài)，可用以研究金屬和合金內部的結構，也是金屬材料試驗分析的重要方法之一。金相顯微組織檢測作為分析金屬組織結構的方法，在銅及銅合金的生產(chǎn)、研究中均有應用。在銅材的生產(chǎn)中，可以通過產(chǎn)品的金相組織結構，結合其它檢測項目，了解生產(chǎn)狀況；在失效分析中，金相顯微組織檢驗結合掃描電鏡、能譜、化學、力學等檢測項目，可以分析銅產(chǎn)品的起皮、破裂和泄露等異常情況，在研究中，金相分析可以幫助研究人員獲取新材料的組織結構和相態(tài)等信息。

在GB/T 17791-2017《空調與制冷設備用銅及銅合金無縫管》標準中，對退火后管材的晶粒度有要求，根據(jù)銅管狀態(tài)，軟化退火（O60）的平均晶粒度需在0.016mm～0.060 mm之間，輕退火（O50）的平均晶粒度≤0.040 mm，而QSn0.5-0.025管材軟化退火（O60）的平均晶粒度則要求在0.010mm～0.035 mm之間[2]。GB/T 17791-2017引用YS/T 347-2004《銅及銅合金平均晶粒度測定方法》作為平均晶粒度的測定方法，而檢驗方法則采用YS/T 347-2004中引用的YS/T 449-2002《銅及銅合金鑄造和加工制品顯微組織檢驗方法》。自YS/T 449-2002實施以來，GB/T 17791已經(jīng)歷2007和2017版的2次更新，空調與制冷設備用銅管無論在品質、技術、工藝還是產(chǎn)量上均有了很大的飛躍，顯然，YS/T 449-2002的檢驗標準已不能很好的滿足現(xiàn)在生產(chǎn)需求和銅管的研究，具體表現(xiàn)在YS/T 449-2002標準中現(xiàn)有的方法可以滿足基本的檢測需求，但存在效率和質量不能兼顧的問題，從取樣到完成檢測所需時間長或不易得到高質量的金相組織結構。

3 金相制作中存在的缺陷

金相試樣在研磨過程中，若操作不規(guī)范會產(chǎn)生各類缺陷，影響金相分析的準確性。

3.1 劃痕太多

如圖1劃痕太多但不算很深，劃痕太深主要是在磨樣過程中用力過大，劃痕過深會使得試樣組織也會發(fā)生一定變形。劃痕太多則是拋光過程中產(chǎn)生的新的劃痕或者在90°切換磨樣方向時，旋轉的角度不夠，故沒有較好的去除劃痕。

圖1 劃痕太多（200倍）

3.2 水紋

如圖2水紋主要是拋光后清洗后表面的水分未及時吹涼，導致試樣觀察時有很多印痕，試樣在顯微鏡下觀察可以看到一塊紋路，影響試樣晶粒組織評定。

圖2 水紋(50倍)

3.3 拋光麻點

在拋光過程中，拋光布的濕潤容易造成試樣局部形成微電池，造成內部腐蝕引起的小凹坑[1]，在樣品拋光面上可以看到一些麻點，隨著拋光布的旋轉形成一條條細的黑紋。如圖3。

圖3 拋光麻點（200倍）

3.4 腐蝕不足或過度腐蝕

腐蝕也是金相磨制過程中比較容易出現(xiàn)的缺陷，腐蝕劑不同腐蝕的時間也有差別，腐蝕時間不足容易造成晶界不明顯，腐蝕時間太長容易損壞結界。

圖4 腐蝕不足（200倍）

圖5 過度腐蝕（200倍）

3.5 晶相不識

同一個樣品同一放大倍數(shù)存在兩種晶相，對兩種晶相存在疑惑。以為只有其中一種是晶相，兩種皆為晶相，一種晶界清晰與另一種晶?？雌饋砀恿Ⅲw，色彩更分明。

圖6 晶界清晰（200倍）

圖7 晶相立體（200倍）

4 金相快速制作的對策

為提高銅管顯微組織檢驗的效率和質量，研究金相的快速檢驗方法既能夠提高檢驗人員的工作效率，也能夠幫助質量負責人及時、準確的了解銅管的組織結構，有利于及時發(fā)現(xiàn)銅管生產(chǎn)的異常情況。而對顯微組織檢測機理的研究則能夠加深對檢驗方法的理解，有利于改進檢驗方法、提高檢測效率。

4.1 去除劃痕

研磨時不可用力過大，加在試樣上的力要均勻。拋光時盡量旋轉90°切換磨樣方向時，切換的角度不能過大過小，可以標記其中的一個方向。同時如圖1中的劃痕可采用機械+化學拋光方式，機械拋光磨成圖1的樣子，肉眼可見的小劃痕，再采用化學拋光的方式進行拋光，對于劃痕來說，可以控制得較好。

4.2 去除水紋

拋光完的試樣清洗完成后將表面水分及時吹干凈，避免試驗產(chǎn)生水紋。

4.3 去除麻點

拋光布及時清理更新，拋光過程中拋光布不宜過濕或者過干。拋光后期，水壓放大，輕輕的扶著試樣，讓拋光機的水分清洗試樣表面上的拋光劑殘留。

4.4 合理腐蝕

為減少磨樣時間，盡量分幾次腐蝕，發(fā)現(xiàn)腐蝕不足再進行一次腐蝕，盡量不要過度腐蝕，過度腐蝕需要進行重新拋光處理再進行腐蝕。同時盡量避免腐蝕劑等污物會從樣品裂縫處浸入到裂縫深處。腐蝕完成吹干后，檢測面向下放置，浸入縫隙深處的液體污物可以滲出污染檢驗面。

5 展望

目前，已有部分技術人員有針對性的對磷銅球、銅導線等銅合金的金相浸蝕劑進行研究，但仍未涉及銅管，且研究僅限于浸蝕部分，而檢驗中浸蝕前的產(chǎn)品打磨、拋光也非常關鍵，若不能一并解決，即使有好的浸蝕劑，也不能在拋光不好的樣品表面得到理想的金相顯微組織，不利于銅加工企業(yè)的大批量檢測，或可能出現(xiàn)效率低的問題。希望不久的將來有專門針對銅管的拋光和腐蝕劑，拋光采用機械+化學的方式，減少制樣時間，盡快得到金相顯微組織。