铜合金熔铸熔剂的优化选择

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：铜及铜合金熔铸用覆盖熔剂见表3-11。因此，必须对铜合金液进行脱氧处理。②加入的晶核或形成的化合物质点的熔点要高于铜合金的熔点。表3-55 铜合金熔铸中使用溶剂的实例

1.覆盖保护用熔剂

铸造铜合金用覆盖剂的作用是使铜合金液与炉气隔绝，防止合金元素氧化、蒸发、吸气和散热过多。木炭是铜及铜合金应用得最普遍的覆盖剂，具有防止合金元素氧化、脱氧和保温的作用，但不适于高镍的铜合金，特别是白铜。因为在高温下，碳会溶解在镍液中，降低合金的性能。

玻璃性能稳定，与铜合金不产生化学反应，不吸收空气和炉气中的水分和气体，有很好的覆盖保护作用，但因熔点较高（1000～1100℃），粘度较大，不宜单独使用。通常多在其中加入碱性的苏打、石灰石以及硼砂、氟石或冰晶石等，形成熔点低且流动性好的复盐，以利于合金液与它和熔剂一起分离，从而降低合金元素的损耗。铜及铜合金熔铸用覆盖熔剂见表3-11。

2.精炼净化用熔剂

铸造铜合金在熔炼过程中会不可避免地产生一些酸性氧化物，如Al₂ O₃（在铝青铜、铝黄铜熔炼中）、SnO₂（在锡青铜、铅锡青铜熔炼中）、SiO₂（在硅青铜、硅黄铜熔炼中）、CrO₃（在铬青铜熔炼中）、MnO₂（在高锰铝青铜、铜锰合金、锰黄铜熔炼中）和BeO（在铍青铜熔炼中）等氧化物。这些氧化物用脱氧的方法难以还原，而较为有效的方法是在铜合金液中加入碱性熔剂，使其与氧化物作用后生成低熔点的复盐，再扩散上浮到液面凝集成渣后被排除。

铜合金精炼用熔剂种类繁多，一般由碱和碱土金属的卤盐和碳酸盐的混合物组成（见表3-13）。其中最常用的精炼用熔剂成分有冰晶石、苏打粉、碳酸钠、食盐、氟化钠、氟石（氟化钙、萤石）、硼砂、氧化钙及氟硅酸钠等。

3.氧化剂

为什么在铜合金熔炼中要加氧化剂，而其他非铁合金熔铸中都要尽量避免合金氧化而不加氧化剂？这是因为铜合金液中的氢氧浓度乘积［H］²［O］为一常数，如果氧浓度增加，就会导致氢浓度的降低。铸造上就利用这一制约关系，先往铜合金液中加入氧化剂，使铜合金液中的含氧量增大，以达到除氢的目的，然后再加脱氧剂来清除氧气。从这个意义上说，铜合金熔炼中的氧化剂也是一种起去气作用的精炼剂。

对吸氢倾向较强的纯铜、锡青铜、锡磷青铜和铅青铜等铜合金，在熔化时或因炉气内气氛难以控制为氧化性，或因炉料潮湿、带锈等宜用氧化性熔剂。

氧化性熔剂通常由氧化物和造渣剂组成。对氧化性熔剂的要求是在熔炼温度下能分解或溶于铜液中，并且易被氢原子还原；组成氧化物的金属元素在进入合金液后对合金性能不产生有害影响；造渣剂应易于吸附反应产物并上浮和排出反应时生成的水蒸气。铜及铜合金液常用的氧化性熔剂见表3-12。

4.脱氧剂

铜和铜合金在氧化性气氛下熔炼和为了除氢而有意添加氧化性熔剂时，都会使铜和铜合金液中的氧浓度显著增大，并以Cu₂O形式溶解在铜液中。Cu₂O能引起铜合金的氢脆，并显著降低铜和铜合金的力学性能。因此，必须对铜合金液进行脱氧处理。

脱氧处理就是往铜或铜合金液中添加一种或几种与氧亲和力比铜更大的元素，将Cu₂O中的Cu还原出来，使所生成脱氧产物上浮到液面被排除。为此，就要了解金属元素与氧的亲和力的大小。金属元素与氧的亲和力由大到小的顺序是：Ca、Be、Mg、Li、Al、V、Ti、Na、Si、B、Mn、Zr、Zn、P、Sn、Fe、Ni、Sb、As、Pb、Cu。

从理论上讲，在Cu之前的金属元素都可以作为铜液的脱氧剂，但考虑到脱氧产物的性质和元素自身的特点，实际上能作为铜液脱氧剂的元素是有限的。表3-14为铜及铜合金液的脱氧剂的种类。铜及铜合金铸造常用的脱氧方法见表3-53。

表3-53 铜及铜合金铸造常用的脱氧方法