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第39卷第5期
有色金属加工
Vol 39 No
2010年10月
NONFERROUS METALS PROCESSING
October 2010
铜母线表面质量的控制
张鋆
(福州市广福有色金属制品有限公司,福建福州350012
摘要:本文简述了铜母线表面质量指标,分析了影响铜母线表面质量的主要因素及顶防措施,介绍了铜母
线表面质量的自动检测方法,并对其应用前景进行了分析。
关键词:铜母线;表面质量;影响因素;防措施;自动检测
中图分类号:TG356.4
文献标识码:A
文章编号:1671-6795(2010)05-0042-04
铜母线是铜加工材中的一个主要品种。铜母线
具有较高的机械性能,良好的导电性、导热性,优良的2铜母线表面质量影响因素
抗腐蚀性、电镀性、钎焊性,美观漂亮的金属光泽及良
好的成形加工性能等,因此用它制作的各种输变电、
铜母线表面质量可分为表面光洁、表面平整和表
电器裝备等在电力领城得到了广泛的应用。近年米面缺陷三个主要方面,它与铜属性、生产工艺、生产管
随着国民经济的持续高速发展,我国铜母线产量和消理和生产环境密不可分。
费量也大幅度提高,同时对铜母线的质量要求也在不2.1铜母线表面光洁的影响因素
断提高
相对于其它金属而言,铜具有良好的耐腐蚀性,
铜坶线的质量要求,按照国家标准《GB/T5585.1但在高温、潮湿、酸雾等环境中仍会发生化学变化,导
2005》的》规定,主要包括8个方面,即化学成分、尺致表面变色。在铜母线生产和储运过程中,不同程度
寸及偏差、形状(圆角及圆边半径)、截面积、平直度、地存在这些不利环境条件,会对表面质量产生一定
机械性能(抗拉强度、伸长率、硬度、弯曲)、电性能、表影响。
面质量。由于我国现代化铜母线材生产历史较短,在2.1.1温度
生产中比较重视产品性能和尺寸公差,而对表面质量
在大气环境中,铜在室温下便会发生缓慢氧化;
往往重视不够,不少企业的产品就是因为表面质量方温度升高到100℃时,开始生成黑色CuO,氧化速度与
面的原因,满足不了下游电元件等产品的要求,大大时间的对数呈正比;当温度升高到185℃时,开始形成
降低了市场竞争能力和市场价值。因此,系统地分析Cu,O,氧化速度显著提高;温度升高到400℃以上时,
铜母线表面质量缺陷及其产生原因,研究檢测手段和氧化速度更快,呈抛物线状升高。
相应措施就显得比较重要。
2.1.2湿度
在潮湿环境屮,由于有水汽存在,导致铜母线表
1铜母线表面质量指标
面腐蚀或氧化:
2cu +H20 =Cu2 O+ H2
我国国家标准·《GB/T5585.1~-2005》对铜母线
此反应的平衡系数K(=Pa,。/P)随温度上升而减
表面质量要求是:“铜和铜合金母线表面应光洁、平
使铜更易于氧化。
整,不应有与良好工业产品不相称的任何缺陷。铜和
硏究结果表明,在温度一定时,氧化膜生长速度
铜合金母线圆角、圆边处不应有飞边、毛刺及裂口。”;随湿度增高而加大,相对湿度RH>60%时更为显著;
表面质量检验方法是“正常日力检査”。这些规定比
相对湿度不变,表面氧化膜随温度增高而增厚。
较全面;从检测方法来看,比较灵活,但可控性差。
2.].3酸雾
由于大气环境不断恶化,空气中常常含有SO2、
H2S、CO2、NO2等酸雾,这些气体会加速铜母线表面变
收稿日期:2009-09~28
色,并月与温度、湿度一起产生多重影响。
第5期
有色金属加工
2.1.4粒伸加工工艺润滑剂因素
硫的润滑剂;在铜母线堆放处或运输过程中可能遇到
工艺润滑剂的作用一是减少摩擦,二是确保和改从化学物质排出含有CO2、SO2,NH3:H12S的气体,或
善加工材的表面质量,三是防止金属粘焊在模具上,者在沿海地区遇到含食盐成份浓的潮湿海风等因素
四是冷却降温作用。铜母线拉伸加工过程中残存在2.4其它表面缺陷的影响因素
铜母线表面上的润滑剂、残酸、残水等也会直接或间
铜母线表面存在的气泡、夹杂、飞边、毛刺及裂口
接地影响铜母线表面质量。较好的润滑剂,其润滑性等缺陷。气泡、夹杂缺陷主要与熔铸过程中炉料的干
好,容量残留在铜母线表面上是铜毋线表面产生变色燥、覆盖保护及操作有关,炉料潮湿是产生气泡的主
或腐蚀斑痕的根源。
要根源之ー;扒渣不净是形成夹杂的主要原因。表面
2.2表面粗糙度的影响因素
裂纹产生的原因比较复杂,即与铸造疏松等因素有
铜母线表面粗糙度的主要影响因素是铜母线晶关,也与挤压工艺有关;表面的水迹、油迹与清洗工艺
粒度大小、拉伸模表面光滑度等。铜母线内部组织和拉伸工艺有关;飞边、毛刺主要与拉伸工艺有关;压
(晶粒度)越细密,则表面越光滑、粗糙度越小;拉伸模人物、划伤等与生产工艺及管理工作有关。这些表面
质量好,维护水平高,对改善铜线表面粗糙度有重缺陷只有通过改进生产工艺及加强生产管理来解决。
要作用。
2.3在运输中由于包装和装卸不当,产生的铜母线
改善铜毋线表面质量的措施
表面缺陷
①运输中因车辆不断的摆动和移动使相邻铜3.1确保炉料干燥,加强熔体覆盖,改进铸造工艺
母线表面不断产生相互摩擦,相邻表面间不断的摩擦
确保炉料干燥可以防止炉料中的水分与铜反应
使小磨粒刘出沟槽,随后迅速氧化并变黑,出现磨损形成氧化物夹杂和吸入氢气;加强熔体覆盖可以防止
腐蚀即“黑斑点”,导致铜母线表面磨损腐蚀缺陷
熔体吸气和氧化,从而杜绝铜母线在热处理过程中产
②运输中遇到雨雾天气,可能出现的另一种使生“氢病”或“氧病”,引起铜母线表面起皮、气泡、夹
铜母线表面产生锈蚀的缺陷,这种锈蚀是由渗人的活杂、等表面缺陷;铸造工艺合理不仅可以最大限度地
性液体与铜母线表面接触时产生的。因为空气中的提高生产效率,而且可以减少疏松、裂纹、晶粒粗大和
氧总会与铜起氧化反应,这个氧化过程是缓慢的,经,组织偏析等缺陷,从而可以减少铜母线表面裂纹、空
数月后铜表面才会变暗。然而,潮气存在时这个反应洞、表面粗糙等,政善铜母线表面质量。
会加速进行,受潮的斑点很快地发暗发黑。
3.2加强生产工艺过程控制和生产管理
引起锈蚀的常见机理是由于冷凝作用,特别是在
为了减少铜母线表面缺陷,加强工艺过程控制和
梅雨季节,在空气高湿度环境中,铜母线的一些表面生产管理很重要
会吸附凝聚上一层从几十个水分子厚至肉眼可见的3.2.1铜母线坯酸洗
水膜。由此,加工好的铜母线表面因水膜产生电化学
铜锭经加热挤压变形成铜母线坯后,因为加热使
腐蚀即湿腐蚀过程。其不同化学反应式是
铜母线坏表面存在许多氧化铜,要通过酸洗工序才能
于燥空气中纯氧化过程,2Cu+1/202→Cu2
去除。铜酸洗时的化学反应式如下
2Cu2O+02→4CuO;
CuO+H2SO4→CuSO+H20
电化学腐蚀过程,阳极反应:Cu→Cu'+e
Cu2 0+H2 504 -+Cu Cusa +H2(
阴极反应:2H20+02+4e-→4OH
铜母线氧化皮最外层为CuO,在CuO下面还有
另一方面,大气中的杂质气体CO2、S02、NH3、H2S层Cu2O,在酸洗中内层的Cu2溶解很慢,为了酸洗
等以及某些固体沉降物溶于水膜中,使