Razvrstitev bakrovih zlitin in vloga zlitin
Bakrova zlitina se nanaša na zlitino, ki nastane z dodajanjem enega ali več drugih elementov čistemu bakru. Razvrstitev bakrovih zlitin je precej enostavna za razumevanje. Obstaja veliko barv bakrovih zlitin. Ne{3}}vrste bakrovih zlitin imajo različne barve. Bakrove zlitine imajo predvsem vijolično, rumeno, cian in druge barve.
1. Razvrstitev
Razvrstitev bakrovih zlitin: po barvi
1. Medenina: nanaša se na zlitino na osnovi bakra in cinka, ki jo lahko razdelimo na preprosto medenino in kompleksno medenino. Tretja komponenta kompleksne medenine se imenuje nikljeva medenina, silicijeva medenina itd.;
2. Bron: nanaša se na zlitine na osnovi bakra-razen zlitin bakra-niklja in bakra-cinka. Glavne sorte so kositrna bronasta, aluminijeva bronasta in posebna bronasta (znana tudi kot zlitina z visoko vsebnostjo bakra);
3. Beli baker: nanaša se na zlitino bakra-niklja;
4. Rdeči baker: nanaša se na čisti baker. Glavne različice vključujejo baker-brez kisika, rdeči baker, baker, deoksidiran s fosforjem, in srebrov baker.
Razvrstitev bakrovih zlitin: razdeljeno po funkciji
1. Bakrove zlitine za električno in toplotno prevodnost: predvsem ne-legirani in mikro-legirani baker.
2. Strukturne bakrove zlitine: vključno s skoraj vsemi bakrovimi zlitinami.
3. Korozijsko{1}}odporne bakrove zlitine: večinoma vključujejo kositrno medenino, aluminijasto medenino, različne ne-bele bakrene, aluminijasto bronasto, titanovo modro itd.
4. Bakrove -odporne zlitine: vključujejo predvsem kompleksno medenino, aluminijev bron itd., ki vsebujejo svinec, kositer, aluminij, mangan in druge elemente.
5. Bakrove-zlitine za enostavno rezanje: bakrov-svinec, bakrov-telur, bakrov-antimon in druge zlitine.
6. Elastična bakrova zlitina: predvsem antimonov bron, aluminijev bron, berilijev bron, titanov bron itd.
7. Dušenje bakrove zlitine: bakrene zlitine z visoko vsebnostjo mangana itd.
8. Umetniška bakrova zlitina: čisti baker, medenina, kositrni bron, aluminijev bron, beli baker itd.
Razvrstitev bakrovih zlitin: razdeljena po metodi oblikovanja materiala
1. Lita bakrova zlitina: litje se lahko uporablja tudi za deformacijsko obdelavo.
2. Deformirana bakrova zlitina: Deformirana bakrova zlitina se lahko uporablja za ulivanje.
3. Ulite bakrove zlitine in deformirane bakrove zlitine lahko razdelimo na ulitek bakra, medenino, bron in beli baker.
2. Vloga zlitin
Vstop elementov v sledovih v baker je neizogiben. Zaradi različnih lastnosti elementov se lahko zgodi, da se ne raztopijo v bakru, imajo sledove trdne raztopine, veliko količino trdne raztopine ali neskončno medsebojno topnost. Topnost trdne snovi se drastično zmanjša, ko se temperatura zniža, v trdni fazi pa pride do kompleksnih faznih sprememb. itd., zato je vpliv na lastnosti bakra zelo različen.
3. Elementi zlitin
Vpliv na prevodnost bakrovih zlitin
1. Vodik
Vodik in baker ne tvorita hidridov. Topnost vodika v tekočem in trdnem bakru se povečuje z zvišanjem temperature, zlasti v tekočem bakru, ki ima veliko topnost. Ko se baker strdi, vodik tvori pore v bakru, zaradi česar bakreni izdelki postanejo krhki. V trdnem bakru vodik obstaja v protonskem stanju in elektroni vodika zapolnijo orbitale S-plasti bakrovih atomov, da tvorijo protonsko trdno raztopino. Čeprav čisti vodik malo vpliva na delovanje bakra, je vodik škodljiv za baker in bakrove zlitine. Baker,-ki vsebuje kisik, pri žarjenju v vodiku povzroči razpoke. Različni elementi imajo različne učinke na topnost vodika v bakru. Med njimi elementi, kot sta Ni in Mn, povečajo topnost, medtem ko elementi, kot sta P in Si, zmanjšajo topnost. Vsebnost vodika v polnitvi je mogoče nadzorovati s skrajšanjem časa taljenja, prilagoditvijo sestave in uporabo prekrivanja z ogljem na površini taline in drugih metod za zmanjšanje vsebnosti vodika v bakru.
2. Kisik
Kisik je v procesu proizvodnje bakra neizogiben, zelo pomemben pa je tudi njegov vpliv. Razen zelo majhne količine trdne raztopine v bakru obstaja v obliki Cu2O. Bakrov oksid ni trden-topen v bakru in tvori evtektično strukturo Cu+Cu2O, ki je porazdeljena na mejah zrn. Evtektična reakcija je: L vsebuje kisik 0,39 % ---- vsebuje kisik 0,01 % + Cu2O, v hipoevtektičnem bakru. Vsebnost kisika v bakru je neposredno sorazmerna s količino evtektika, vsebnost kisika v bakru pa je mogoče natančno izmeriti s primerjavo s standardnimi slikami pod mikroskopom.
Vpliv kisika na lastnosti bakra in zlitin je zapleten. Količine kisika v sledovih malo vplivajo na električno prevodnost in mehanske lastnosti bakra. Industrijski baker ima visoko električno prevodnost. Razlog je v tem, da lahko kisik kot detergent odstrani številne elemente iz bakra. Škodljive nečistoče vstopajo v žlindro v obliki oksidov, zlasti elementov, kot so arzen, antimon in bizmut. Električna prevodnost bakra, ki vsebuje majhno količino kisika, lahko doseže 100 % do 103 % IACS. Baker visoke-čistosti, kot je baker 6N, lahko preživi v kriogenih pogojih. Vrednost upora je precej nizka.
Vsebnost kisika v bakru, ki se uporablja v električnih vakuumskih komponentah, je treba strogo nadzorovati. Razlog je v tem, da morajo biti električne vakuumske naprave zaprte v vodiku. Prisotnost vodika v bakru bo povzročila vodikovo bolezen in povzročila poškodbe naprave v okolju visokega vakuuma.
Pri taljenju bakra in bakrovih zlitin je treba na splošno izvesti deoksidacijo. Deoksidanti vključujejo fosfor, bor, magnezij itd., Ki se dodajajo v obliki vmesnih zlitin. Fosfor je najučinkovitejši deoksidator, vendar je treba preostalo količino fosforja strogo nadzorovati, ker lahko močno zmanjša električno prevodnost bakra in zlitin.
3. Antimon, bizmut, žveplo, telur, selen
Trdna topnost teh elementov v bakru je izjemno majhna in so v bakru pri sobni temperaturi v bistvu netopni. Obstajajo v obliki kovinskih spojin in so razporejeni na mejah zrn. Malo vplivajo na električno in toplotno prevodnost bakra, resno pa poslabšajo plastičnost bakra in zlitin. Zmogljivost obdelave, njeno vsebino je treba strogo nadzorovati, nacionalni standardi pa določajo, da ne sme presegati 0,005%; ker ima baker, ki vsebuje te elemente, dobre rezalne lastnosti, se uporablja tudi v inženirskih in tehničnih krogih, kot je krom baker, ki se lahko uporablja kot vakuumsko stikalo in odklopnik. Kontakti stikala preprečujejo, da bi se kontakti stikala sprijeli, ko je tokokrog prekinjen. Vsebnost bizmuta v bizmutovem bakru je lahko od 0,5 % do 1,0 %; telur{8}}bakrovo zlitino, ki vsebuje od 0,15 % do 0,5 % telurja, je mogoče uporabiti kot zelo prevodno,--nerjavno jeklo, ki ga je enostavno rezati. Kisikov baker je mogoče predelati v natančne elektronske komponente. Kot bakrovi-zlitini za posebne namene je te elemente mogoče dodati, vendar je njena tehnologija obdelave posebna in se lahko uporabljajo metode, kot so ekstrudiranje plašča, hladno ekstrudiranje, litje in metalurgija prahu.
4. Arzen, bor
Arzen ima veliko trdno topnost v bakru, vsebnost v trdni raztopini pa lahko doseže 6,8% do 7,0%. Prisotnost arzena v bakru močno zmanjša njegovo električno in toplotno prevodnost. Na splošno se dodaja kot modifikator, zlasti za medenino. Kondenzatorske zlitine so še bolj dragocene. Uporaba kondenzatorskih cevi v termoelektrarnah in ladjah v zadnjih 100 letih je pokazala, da lahko medenina, ki vsebuje 0,1 % do 0,15 % arzena, prepreči korozijo medenine zaradi razcinkanja in reši problem medeninastih kondenzatorskih cevi. Zgodnje uhajanje je usoden problem, zato različni materialni standardi določajo, da je treba dodati arzen. Izkušnje kažejo, da kondenzatorske cevi HSn70-1 brez{11}}arzena pogosto puščajo v prvih 2 do 3 letih uporabe. Po dodajanju arzena se življenjska doba lahko poveča na 15 do 20 let, kar se imenuje velik tehnološki napredek pri raziskavah bakrovih zlitin. Razlog, zakaj lahko arzen prepreči dezincifikacijsko korozijo medenine, je v tem, da so številne študije pokazale, da lahko arzen zmanjša elektrodni potencial bakra in s tem zmanjša nagnjenost k elektrokemični koroziji. Ker arzenovi oksidi onesnažujejo okolje in so škodljivi za človeško telo, morajo imeti tovarne, ki talijo zlitine, posebne okoljske in zaščitne ukrepe; arzen je treba dodati v obliki glavnih zlitin, vsebnost arzena v osnovnih zlitinah arzen-baker pa lahko doseže 15% do 30%.
Bor ima nizko trdno topnost v bakru in se na splošno uporablja kot dezoksidant. Preostali bor lahko prečisti zrna. Ljudje so ugotovili, da je učinek poslabšanja zelo pomemben. Dodajanje 0,01 % do 0,04 % bora zlitinam medenine-z dodanim arzenom ima za posledico boljšo zaščito pred razcinkanjem in korozijo medenine. Borov oksid je odlično pokrivno sredstvo pri taljenju bakrovih zlitin in se pogosto uporablja. Bor se pogosto dodaja tudi bakrenim varilnim materialom, da se prepreči oksidacija varilne kovine.
5. Fosfor
Ko se temperatura zniža, se količina trdne raztopine fosforja v bakru hitro zmanjša in doseže 0,6 % pri 300 stopinjah in 0,4 % pri 200 stopinjah. Fosfor, raztopljen v bakru, bistveno zmanjša njegovo električno prevodnost. Prevodnost mehkega traku, ki vsebuje P0,014 %, je 94 % IACS. Prevodnost P0,14% je samo 45,2%. Fosfor je najučinkovitejši in najcenejši-dezoksidant. Prisotnost sledov lahko izboljša fluidnost taline, izboljša varivost in korozijsko odpornost bakra in zlitin ter poveča temperaturo proti-mehčanju. Zato je fosfor tudi glavna sestavina bakra. In dragoceni aditivni elementi v zlitinah, zlitine fosforja in bakra, ki vsebujejo P0,015 % do 0,04 %, se pogosto uporabljajo v proizvodnji gradbenih vodovodnih cevi, toplotnih cevi za hlajenje in klimatske naprave ter ladijskih cevi za morsko vodo; plošče in trakovi iz zlitine bakra z nizko vsebnostjo-fosforja se uporabljajo v bakrenih trakovih okvirja svinčenega okvirja integriranega vezja, ki se pogosto uporabljajo v elektronski in kemični industriji, uporabljajo tudi veliko število bakrovih zlitin z nizko{20}}zvestobo; fosfor bakrove zlitine z evtektično sestavo so odlični materiali za varjenje. Visok{22}}bakrove zlitine imajo superplastičnost pri 580 do 620 stopinjah in jih je mogoče segrevati. Varilna žica, ekstrudirana v 3~5 mm, je pomemben material za varjenje bakra in bakrovih zlitin, jekla in bakrenih delov.
6. Svinec
Svinec ni trdno-topen v bakru, njegova trdna topnost v bakrovih zlitinah pa je zelo majhna. Z bakrom tvori taljivo evtektično strukturo. Pri bakru, ki vsebuje od 0 do 38 % svinca, se tekoči svinec ne meša s tekočim bakrom in se strdi. Nastane monokristalna struktura; v trdnem stanju je svinec v bakru porazdeljen v enostavnem stanju in se lahko porazdeli znotraj zrna in na meji zrn. Ko je bakrova zlitina, ki vsebuje svinec, podvržena fazni spremembi ali rekristalizaciji, se lahko svinec na meji zrn prenese na mejo zrn. V notranjosti. Svinec nima pomembnega vpliva na električno in toplotno prevodnost bakra in zlitin, lahko pa izboljša obdelovalnost. Delci svinca so trdna faza, ki je mehka faza, zaželena za nosilne materiale. Zato so baker in zlitine,-ki vsebujejo svinec, dragoceni materiali,-ki jih je-enostavno rezati. Ležajni materiali so bolj priljubljeni na trgu zaradi nizkih stroškov. Medenina-, ki vsebuje svinec, se pogosto uporablja. Manjši kot so delci svinca, bolj enakomerna je porazdelitev in boljša je učinkovitost. Osvinčeni baker in zlitine se lahko uporabljajo kot litine ali obdelane s stiskanjem. Svinčena medenina je eno-fazna pri visokih temperaturah (nad 500 stopinj), ima odlično vročo obdelavo in lahko prenese velike toplotne deformacije. Vendar pa je faza in faza + pri sobni temperaturi. Ima visoko deformacijsko odpornost in slabo plastičnost pri hladni deformaciji. , Prekomerna hitrost obdelave bo povzročila razpoke v materialu zlitine.
Z razvojem znanosti in tehnologije se je vsebnost svinca v običajni svinčeni medenini povečala z 0,8 % na 2,5 % na več kot 5 %, nenehno pa se razvija nov svinec,-ki vsebuje rdeči baker, medenino, bron in beli baker. Zlasti je treba poudariti, da so bakrove zlitine, ki- vsebujejo svinec, izjemno prilagodljive surovinam in jih je mogoče neposredno proizvesti z uporabo recikliranega bakra, kar je zelo pomembno za podjetja za predelavo bakra.
7. Železo, cirkonij, krom, silicij, srebro, berilij, kadmij
Skupna značilnost teh sedmih kovinskih elementov je, da imajo omejeno topnost v trdnem stanju v bakru, njihova topnost v trdnem stanju pa se drastično spreminja s temperaturnimi spremembami. Ko začne temperatura po končani kristalizaciji zlitine padati, se začne tudi njihova trdna topnost v bakru. Zmanjšajte in obarjajte iz trdne faze v obliki kovinskih spojin ali elementarnih elementov. Ko so ti elementi trdno raztopljeni v bakru, lahko znatno izboljšajo njegovo trdnost in imajo učinek krepitve trdne raztopine. Ko se izločijo iz trdne faze, pride do disperzijskega utrjevanja. Posledično so bile obnovljene lastnosti električne in toplotne prevodnosti. So značilne starajoče se termično-obdelane bakrove zlitine. S kaljenjem (950~980 stopinj, voda za kaljenje) in staranjem (450~550 stopinj, 2-4h) je mogoče pridobiti lastnosti visoke trdnosti in visoke električne prevodnosti. Količine srebra v sledovih ne zmanjšajo bistveno električne prevodnosti in toplotne prevodnosti bakra, lahko pa bistveno povečajo temperaturo rekristalizacije, odpornost proti deformacijam in odpornost proti obrabi. Veliko se uporablja v motornih komutatorjih in v zadnjem času pri izdelavi kontaktnih žic za vlake za visoke hitrosti. . Baker ima lastnost, da ob trku ne ustvarja isker, in je pomemben material za letalske instrumente. Ker je kadmij strupen in onesnažuje okolje, se njegova uporaba zmanjšuje. Berilijev baker je najbolj elastičen material. Berilij najbolj utrjuje baker. Trdnost berilijevega bakra po toplotni obdelavi lahko doseže 4- do 5-krat večjo trdnost čistega bakra.
Železo lahko prečisti zrna in izboljša lastnosti bakra in zlitin. V okoljih, ki zahtevajo antimagnetne lastnosti, je treba vsebnost železa strogo nadzorovati, običajno pod 0,003 %.
Cirkonijeve in krom{0}}bakrove zlitine imajo visoko električno prevodnost, trdnost in dobro odpornost proti mehčanju. So najboljše elektrodne zlitine in imajo pomembno uporabo v vesoljskih motorjih.
Silikonski bron ima visoko trdnost in odpornost proti obrabi. Železov, cirkonijev in kromov bron so najnovejše bakrove zlitine z visoko-trdnostjo in-prevodnostjo in imajo pomembno vlogo pri izdelavi elektrod.
Železove, silicijeve, cirkonijeve in krom{0}}bakrove zlitine so postale osnova bakrovih zlitin za svinčene okvirje integriranih vezij, raziskave o sestavi in lastnostih njihovih zlitin pa so zelo aktivne.
8. Cink, kositer, aluminij, nikelj
Skupna značilnost teh štirih elementov je, da imajo veliko trdno topnost v bakru, ki je 39,9 %, 15,8 % oziroma 9,4 %. Nikelj je neskončno topen drug v drugem. Z bakrom tvorijo neprekinjeno trdno raztopino in imajo široko eno-fazno območje. Lahko bistveno izboljšajo mehanske lastnosti in odpornost bakra proti koroziji, vendar tudi zmanjšajo električno in toplotno prevodnost bakra. V primerjavi z drugimi kovinskimi materiali so še vedno odlični električni in toplotno prevodni materiali. Z bakrom tvorijo dragocene zlitine, ki jih lahko razdelimo na zlitine medenine, brona in belega bakra, ki tvorijo osnovo ogromnega sistema zlitin. Te zlitine imajo odlične celovite lastnosti. Na primer, medenina ima visoko trdnost, odpornost proti obrabi, odpornost proti koroziji, visoko toplotno prevodnost in nizke stroške; bron ima visoko trdnost, odpornost proti obrabi in odpornost proti koroziji; beli baker ima izjemno dobro odpornost na kakovostno vodo in korozijo v morski vodi. Vse te prednosti so druge prednosti. Kovinskih materialov ni mogoče zamenjati.
9. Elementi redkih zemelj
Elementi redkih zemelj so na splošno skoraj netopni v bakru, vendar je majhna količina redkih zemeljskih kovin, ne glede na to, ali so dodane same ali v mešani obliki, koristna za mehanske lastnosti bakra in malo vpliva na električno prevodnost bakra. Ta vrsta elementa lahko tvori spojine z visokim -tališčem- z nečistočami, kot sta svinec in bizmut v bakru. Majhni sferični delci so enakomerno porazdeljeni v zrnih, jih prečistijo in izboljšajo visoko{4}}temperaturno plastičnost jekla. Dodajanje 0,008 % mešanice redkih zemelj bakru lahko bistveno izboljša procesne lastnosti bakra; pri dodajanju manj kot 0,1% Y se izboljšajo mehanske lastnosti in procesne lastnosti bakra; mehanske lastnosti bakrovih zlitin, ki vsebujejo 0,01 % ~ 0,15 % La. Njegova zmogljivost, električna prevodnost in temperatura odpornosti na mehčanje so vse boljše kot pri zlitini Cu-0,15Ag in se uporablja v industriji.
10. Ognjevzdržne kovine in druge kovine
Elementi, kot so volfram, molibden, niobij, uran in plutonij, skorajda niso trdno topni v bakru, medtem ko so titan, cirkonij, krom, kobalt in drugi elementi v majhnih količinah trdno topni v bakru, vendar vsi do različnih stopenj prečistijo bakrova zrna in povečajo njegovo temperaturo rekristalizacije. , nevtralizira škodljive učinke nekaterih taljivih nečistoč, kar je koristno za izboljšanje plastičnosti pri visokih-temperaturah.
Bakrove zlitine, ki vsebujejo majhne količine cirkonija (Cl5000, C15100, C18100), kobalta (C17110, C17500) in kroma (C18400, C18200, C18500), so bile uporabljene v industriji in so postale dobri električni materiali.
