□文/房 亞 劉勺華

超細合金絲熔煉技術研究

Study on Ultra-Fine Alloy Wire Melting Technology

□文/房 亞 劉勺華

本文通過對以銅金屬為基材的合金絲熔煉技術的研究，探討在合金絲的冶煉過程中的各金屬元素的配比、熔煉過程的各種準備工作和具體的工藝過程等，以達到生產(chǎn)高質量的超細合金絲的目的。

合金絲作為通訊特種電纜生產(chǎn)的關鍵原材料，是以導體材料為突破口，應用高新技術和先進適用技術研發(fā)的金屬導體材料。因此，銅合金的熔煉技術是銅合金絲制造的關鍵步驟。目前，在國外市場已大量使用多元素結合的合金材料為主，實踐證明其性能優(yōu)于單元素金屬材料。因此，在制作超細合金絲時選擇正確的配料比和工藝過程將是合金絲制作的關鍵工序之一。

以錫、銀、鎳、鋅、鎢為主要合金元素的銅基合金為例，由于主要成分變化范圍較大，因此在配料計算的過程中。應當根據(jù)其性能要求，選擇合適的配料成分。合金的化學成分應符合GB1176-1987，幾種元素用的合金熔煉配料化學成分按表1進行。

表1 常用銅合金熔煉配料化學成分 單位：

按照一般的配料慣例，新料成分占爐料總量理應≥30，回爐料≤70。但在實際生產(chǎn)中，考慮到銅合金的四爐料較多，車爐料的配比是回爐料的質量成分數(shù)≥90時，溶化質量依然很好，化學光譜分析證明鑄件的成分合格。但回爐料較多時需要符合合金中的雜質標準要求。

一、熔煉前準備工作

金屬爐料的準備：回爐料是同牌號的廢鑄件，澆冒口及重熔鑄錠需要具有明確的化學成分。入爐前吹砂清除表面污物，經(jīng)預熱后裝爐（首批冷爐溶化后可隨爐預熱）。純銅經(jīng)吹砂去除污物（必要時在1：1的NaOH溶液中加熱去除表面氧化皮），在500℃～550℃預熱去除水分后才能裝爐（首批冷爐溶化可隨爐預熱）。純金屬元素入爐前可在爐邊預熱。金屬爐料的最大塊度不應超過坩堝直徑的1/3。高度不應超過坩堝深度的4/5。

坩堝和熔煉設備及工具的準備：坩堝使用前應無裂紋和影響安全使用以及其他損傷。新坩堝必須經(jīng)過低溫緩慢加熱處理，以防產(chǎn)生裂紋。舊坩堝應將內表面的熔渣清理干凈，用新石墨坩堝及更換熔煉合金種類時，熔煉前坩堝應融化同牌號系列合金進行洗爐。用耐火材料及石墨做成攪拌棒必須徹底清理掉殘余涂料和銹跡，并涂敷一層耐火材料或刷涂料后烘干待用，錠模在使用前必須徹底清理干凈。敷涂料后預熱至100℃～150℃使用。

覆蓋劑及溶劑的準備：木炭應裝入密封的烘箱內，以不低于800℃烘烤4小時，待用時要防止吸潮。覆蓋劑由63硼砂加37%碎玻璃組成，也可用干燥木炭做覆蓋劑，但均要求干燥并去除其中的雜物。

二、熔煉工藝過程

1. 先將坩堝預熱至暗紅色，并在其底部加入20～50cm厚的木炭。

2. 先加入純銅，迅速升溫融化后再加入回爐料，同時補加木炭，以保證合金液面不暴露在空氣中。

3. 回爐料融化后，加入磷銅（一般加點爐料至0.5，融化磷、錫、青銅時使用的磷銅可全部加入）。

4. 依次加入錫、鎳、銀、鎢等其他元素（按配料成分），前一種爐料完全融化后，再加入下一種，并不斷攪拌合金液。

5. 調整合金液溫度在1 100℃～1 150℃。

6. 出爐打渣，再加磷銅進行脫氧，均勻攪拌并在合金液表面上撒一層稻草灰，調整合金液至工藝要求溫度后，迅速出爐澆注。

三、熔煉注意事項

1. 熔煉時間的控制：融化時間的長短不僅會影響生產(chǎn)效率，并會直接影響澆注的鑄件質量。因為融化時間延長會使合金元素的融化損耗增加，吸氣機會增加，因此，應以最短的時間進行融化，在允許的情況之下，盡量提高爐料的預熱溫度，操作應緊湊，動作要迅速。

2. 攪拌棒的使用：銅合金中的某些元素如鐵、鉛等在融化時是以機械混合物的形式存在的，還有些元素由于密度不同，有產(chǎn)生密度偏析分層的可能。實踐證明，這些元素在熔煉和澆注的過程當中，容易引起化學成分和力學性能的不合格。要克服這種現(xiàn)象，必須借助攪拌的作用，這是熔煉澆注不可缺少的環(huán)節(jié)，但在降溫及測溫的環(huán)節(jié)一般不需要攪拌，而所用攪拌物的成分一般用石墨，這是因為如果在攪拌的過程中如果用鐵棒，則攪拌時鐵棒會融化，使合金的化學成分受到影響。同時，如果鐵棒在爐內預熱的溫度較高或攪拌的時間過長，鐵棒上的氧化物會進入合金液中成為雜質，如果鐵棒的預熱溫度較低則合金液在攪拌時容易粘貼在鐵棒上，這是在生產(chǎn)中經(jīng)常能觀察到的現(xiàn)象。

3. 熔煉中覆蓋劑的使用：對于銅合金來講，覆蓋劑的用量一般為：用玻璃和硼砂時為爐料重量的0.8～1.2，以保持覆蓋層的厚度為達到10～15cm，用木炭時用量約為爐料重量的0.5～0.7，以保障覆蓋層的厚度達到25～35cm。覆蓋劑的扒除一般在澆注前進行，太早會增加銅合金的氧化和吸氣。如果是用木炭作覆蓋劑效果較好時，也可以不扒除覆蓋劑，使其在澆注的過程當中起到檔渣的作用，效果更為理想。

圖1 合金含量與力學性能的關系

表2 超絲銅合金絲的主要性能

四、結論

1. 在銅合金的熔煉過程中我們發(fā)現(xiàn)，銅合金鑄錠在1 200℃～1 300℃進行熱加工后的所有鑄態(tài)組織的晶?；酒扑?，同時破碎的晶粒大小較為均勻一致，這種結構對銅合金的后續(xù)冷加工是非常有利的。圖1所示為合金含量與力學性能的關系。

2. 由于銅合金的加工硬化速度非?？?，冷加工過程中首次加工率應控制在5左右，并配以中間熱處理，使材料的加工性能有較明顯的改善。在銅合金的熔煉中我們還發(fā)現(xiàn)，銅合金的硬度及抗拉強度隨合金含量的增加而增加，同時電阻率隨著合金元素的增加而增大（如圖1所示）。但是，隨著硬度的增大，材料的加工難度也相應增大。不僅對拉絲模的磨損很大影響，同時在拉絲過程中絲材非常容易斷裂。因此經(jīng)過嚴格控制合金元素的配比，采用精確地控制拉絲模具的配比，直接冷加工控制超細合金絲材的方式，最終可制造出 15～50m的合金絲，其性能可達到表2的要求。

3. 后期工作應進一步在技術進行改進，提供對外生產(chǎn)，參與市場銷售，形成研發(fā)和效益之間的良性循環(huán)。設計內容可以為行業(yè)主管部門、企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)提供依據(jù)，據(jù)市場的需求，可以考慮與企業(yè)合作對現(xiàn)有產(chǎn)品進行改進或升級。