铜镁合金范文

铜镁合金范文（精选7篇）

铜镁合金 第1篇

1 上引连铸生产铜镁合金生产线

在上引炉中, 铜液的熔炼和铸杆, 都是在隔绝空气的条件下完成的, 因而得到的杆坯属于无氧杆 (含氧量小于0.0010%) 。无氧铜杆坯品质纯净, 具有高导电、高塑性的优点。由此种杆坯制造成的接触线耐反复弯曲性能好, 不会发生脆性断裂, 适合各种铜及铜合金接触线坯杆的冶炼、铸造, 国内多家高铁接触线生产厂家均采用上引连铸机生产铜镁合金杆。铸杆品质的优劣直接决定成品接触线的优劣, 因此, 接触线的杆坯的制造工艺对接触线的性能、品质有决定性的作用。目前, 我国采用上引连铸生产铜镁合金接触线制造工艺有三种 (见图1) , 目前, 上引法和上引连挤法[2]在国内大多数厂家已基本成熟, 同时普遍采用的亦是这两种方法, 上引铸造后热处理尚处在试验阶段。

2 上引生产铜镁合金生产关键工艺控制

镁对铜镁合金力学性能的影响主要是延长持久断裂时间及提高持久塑性[3], 但在强化过程中, 存在一个最佳镁含量区域, 低于或高于此区域都得不到最佳的强化效果, 所以此种镁合金的熔炼、加工和成型要求高装备技术水平, 在生产合金时要优化镁的含量[4]。这关系到一方面铜镁合金的固溶强化;另一方面也关系到后期的冷作硬化, 镁含量过高将降低铸造杆坯的质量, 如铸杆镁偏析严重易产生裂纹等, 镁含量过低, 铸造杆坯的强度将达不到要求, 造成铸杆的报废, 研究及生产实践发现镁含量约为0.6%最为理想。

在上引连铸生产铜镁合金杆坯过程中, 突出的技术难题主要是镁含量控制、裂纹及其他铸造缺陷的控制。

2.1 镁含量波动控制

目前上引铸造生产铜镁合金杆坯生产线普遍采用熔化炉和保温炉连体式结构的连铸机, 此种设备炉子液位相对稳定, 铜液保护好、操作简单, 但保温炉的温度受加料影响大, 精炼作用差, 原料品质波动对产品质量影响明显、生产合金时成分波动大, 同时, 工人操作不当时, 极易造成镁的烧损及波动 (见图2) 。

上引连铸生产铜镁合金杆的过程中保温炉和熔化炉的炉口经常产生小块状的炉渣, 在长时间生产过程中, 发现随着加料阴极铜板的加入, 熔化炉炉口的炉渣结块特别严重, 经常性的导致加料系统的难以工作, 而不得已采取人工手动加料, 这样进一步造成了加料过程中, 加料过程的时间太长, 熔液接触空气的时间长, 熔液吸氧的几率增大, 造成了镁的烧损及镁含量的波动。在镁含量烧损的同时结块更加严重, 最终由于铜板难以加入造成保温炉液面下降过快, 致使浮块失效机架保护程序运行机架自动抬起导致停炉, 严重影响上引连铸的正常生产。

通过对炉渣的化学分析, 我们发现炉渣的主要成分中镁含量偏高, 同时观察工人加镁过程发现, 在加镁过程中镁的烧损比较严重, 在炉口表面经常可以看到白色光亮的镁燃烧;石墨覆盖层厚度不适中, 以及石墨覆盖层的组成及质量不合理也进一步加剧了炉渣的结块。基于炉渣结块的情况, 我们采取: (1) 加铜板后及时小清渣; (2) 规定时间内及时对熔化炉大清渣, 对保温炉更换石墨粉; (3) 熔化炉石墨覆盖层采取石墨鳞片与石墨粉按一定配比添加, 厚度保持60mm~80mm; (4) 适时调整加镁配比补偿镁的烧损。采取以上工艺后, 上引连铸合金杆的镁含量相对波动较小, 基本控制了镁含量的波动 (见图3) 。

2.2 合金杆断杆分析及对策

上引连铸生产铜镁合金铸杆过程中会出现某个结晶器引出的铸杆突然断裂, 一方面该结晶器引杆的中断造成生产效率的降低, 同时对控制镁含量的稳定带来影响;另一方面所断铸杆由于达不到生产一个锚段接触线生产的量, 这将造成所断铸杆的报废, 同时, 其中一个结晶器铸杆的断裂将造成同时引杆的其他杆子质量的存在潜在隐患, 这将增加对铸杆的多道检测程序, 降低了生产效率, 增加了生产成本。所以, 避免连铸杆的断裂是工艺控制的关键。

对铸杆断裂处的分析发现, 杂质和夹杂是造成铸杆断裂的主要原因。比如: (1) 原料本身杂质元素含量比较高; (2) 上引连铸生产过程中结晶器的位置偏高, 熔池表层的杂质被吸入结晶器, 主要是保温炉内的熔渣 (见图4) ; (3) 特别是熔液取样时, 操作不当将杂质搅入铜液造成铸杆断裂。

针对铸杆断裂的主要原因, 采取: (1) 阴极铜板质量的控制及表面杂质的清除; (2) 合理确定结晶器的位置, 保持浮块的正常; (3) 完善取样操作规程, 避免操作不当引起杂质的搅入。改善工艺后连续生产100t铸杆无断杆现象发生, 取得了很好的经济效益。

2.3 合金杆裂纹分析及对策

裂纹是上引连铸生产铜镁合金最易产生的铸造缺陷, 金属中的裂纹多半是由变形的不均匀和变形受到阻碍, 产生了很大的应力集中, 当应力集中达到了理论强度将萌生裂纹, 同时, 固态合金冷却效果不均匀, 极易造成热应力集中, 达到一定程度导致裂纹的出现。铜镁合金铸杆裂纹的产生的因素更多, 比如: (1) 杂质元素偏高或者铸造过程中吸氧严重氧含量偏高, 结晶组织中出现低熔点物[5]; (2) 结晶器冷却效果差造成温度波动大, 上引速度过慢及节距偏长等不合理工艺; (3) 结晶器内石墨导管使用时间过长及质量差, 造成表面不光滑 (见图5) 。

裂纹的产生将造成整盘铸杆的报废, 通过观察图5中产生裂纹杆的石墨导管, 我们发现因石墨导管使用时间过长及致密度较差造成了石墨导管的局部损伤, 进而造成在上引连铸过程中金属流动受阻应力集中, 及散热效果变差温度波动较大热应力集中造成裂纹的萌生。基于此采取严格把关石墨导管的质量及安装操作规范, 工艺改善后, 多次上引连铸引杆生产无裂纹杆出现, 取得很好的效果。

3 结语

表面裂纹、空心、疏松、夹杂以及表面擦伤、划伤等是上引铸坯的主要缺陷, 这些缺陷可以造成加工制品接触线的断裂、起刺或者电导率、抗拉强度、伸长率等物理或力学性能差等, 极大的危害高铁机车的行车安全, 应严格控制上引速度、上引节距、铜水温度、冷却强度、加料控制等工艺参数, 同时, 应采取有效的工艺措施保证镁含量的稳定, 为加工制成品高铁接触线的性能稳定提供有力的保障。

参考文献

[1]铜包钢电车线资料[R].日本藤仓株式会社, 2001.

[2]卢利平, 运新兵, 杨俊英, 等.铜镁合金线材连续挤压扩展变形行为研究[J], 热加工工艺, 2010, 39 (15) :92～95.

[3]有色金属及其热处理编写组.有色金属及其热处理[M].北京:国防工业出版社, 1981:269～277.

[4]吴成三.铜镁合金的高强接触线[J].铁道工程学报, 1996: (4) :102.

铜镁合金 第2篇

采用铜作为中间层,进行1420铝锂合金过渡液相扩散连接工艺试验研究.分析扩散连接参数对接头组织及剪切强度的影响规律.

作 者：邵杰 郭和平李志强 韩秀全  作者单位：北京航空制造工程研究所 刊 名：航空制造技术  ISTIC英文刊名：AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY 年，卷(期)： “”(z1) 分类号：V2 关键词：过渡液相扩散连接   铝锂合金   Cu中间层  

铜镁合金 第3篇

电磁线 (漆包线) 是一种广泛应用于电力、电器等制造行业的产品, 铜漆包线的成本在电机的材料成本中占有约50%[3], 随着我国经济的快速发展, 电力、电器已深入日常生产、生活的每一个角落, 用于这些设备制造的相关产品市场也越来越广阔。漆包线行业正面临着的是一个复杂多变的环境, 在面临危机和挑战的背景下, 存在着规模化与市场集中化形成的机遇和企业向差异化细分市场定位产品的条件[4]。为了满足顾客的日益苛刻的要求, 漆包线行业如美国的埃塞克斯公司、菲力浦道奇公司、法国的阿尔卡特公司等, 我国的冠城大通、精达里亚、宏磊铜业等漆包线行业世界级巨头企业, 也在致力于制造技术的不断发展和提高。

文章针对实际工况下变压器用纯铜漆包线容易出现缩颈、软化和松弛的问题, 尝试通过通过上引-连续挤压-轧制-拉拔制备铜镁合金裸线, 然后通过本公司的漆包机进行绝缘漆的包覆制备铜镁合金漆包线, 并与纯铜漆包线的性能进行对比研究。

铜镁合金具有优良的强度和抗高温软化能力以及相对较高的导电性能[5], 文章通过上引-连续挤压法制备了含量为0-0.55wt.%Mg的铜镁合金, 镁元素的加入和含量的提高对铜镁合金电导率和抗拉强度均有显著影响, 随着镁含量的增加, 铜镁合金的电导率迅速下降, 抗拉强度逐渐上升, 镁含量为0.025wt.%时, 铜镁合金的电导率较高为98%IACS, 抗拉强度较低为420MPa, 镁含量为0.35wt.%时, 铜镁合金的电导率降低至73%IACS, 抗拉强度升高到510MPa, 镁含量为0.55wt.%时, 铜镁合金的电导率降低至63%IACS, 抗拉强度升高到580MPa。

通过镁含量对铜镁合金电导率和抗拉强度影响的研究, 选择高镁合金Cu-0.4wt.%和低镁合金Cu-0.10wt.%合金进行进一步加工。首先通过上引连铸铸造制备线径为22mm的线杆, 通过巨拉拉拔至16mm线径, 经过冷轧加工为线径8mm的线材, 后经过大拉和中拉最终加工为线径0.5mm的裸线。图1为低镁合金上引连铸铸造杆材心部铸态组织和巨拉铜镁合金线材横截面金相组织。上引杆材的晶粒组织粗大, 具有等轴晶粒特征, 上引连铸法制备铜镁合金边部有发达的柱状晶, 中心为粗大的等轴晶, 经过巨拉加工后, 横断面组织明显细化, 铸态组织特征基本消失, 合金的性能也得到显著改善。

利用浙江宏磊集团的漆包机实施铜镁合金裸线的绝缘漆包覆, 其操作流程为:放线→退火→涂漆→烘焙→冷却→润滑→收线, 铜银漆包线和本厂生产的同等线径纯铜漆包线的主要性能对比见表1所示。可以看出, 低镁和高镁铜合金漆包线尺寸和尺寸偏差均与纯铜漆包线差异不大, 但在性能方面差异显著。纯铜漆包线导电率高达101.0%IACS, 高镁漆包线电导率较低72.3%IACS, 低镁漆包线的电导率相对较高82.1%IACS。在抗拉强度方面, 镁元素的加入有显著的提高作用, 镁含量越高, 其抗拉强度越高, 然而, 镁的加入也导致了延伸率的显著偏低, 线材的回弹角度也随着镁含量的加入和提高而明显增大。

通过以上的分析可以得出:

(1) Mg元素的加入和含量的提高对铜镁合金的电导率和强度均有显著影响, 随着Mg元素含量的提高, 合金的抗拉强度明显提高, 合金的电导率显著下降。镁含量介于0.025-0.55wt.%时, 铜镁合金抗拉强度介于420-580MPa, 电导率介于98-63%IACS。

(2) 采用上引-拉拔-轧制-拉拔的流程制备了0.5mm线径的高镁和低镁铜镁合金裸线, 并制备了两种线材的漆包线, 与等线径纯铜漆包线相比, 铜镁漆包线的强度得到显提高, 塑性和电导率降低明显, 回弹角度也明显高于纯铜漆包线的回弹角度。

参考文献

[1]钟海燕, 袁孚胜, 田军涛.浅谈我国铜线材的现状及发展趋势[J].上海有色金属, 2011, 32 (4) :187-191.

[2]崔兰, 季小娜, 陈小平, 等.高强高导纯铜线材及铜基材料的研究进展[J].稀有金属, 2004, 28 (5) :917-920.

[3]张兴志, 顾添其, 张秉芬.铝漆包线在电机中的应用研究[J].微特电机, 2011, 39 (12) :44-48.

[4]魏浙强, 张震宇.漆包线行业的现状及发展[C].中国铜加工技术与应用论文集, 2008:307-310.

铜镁合金 第4篇

1.1仪器与试剂

1.1.1仪器

721型分光光度计

1.1.2试剂

王水:1份硝酸与3份盐酸混合。

硫—磷—水混酸 (1+1+1) :硫酸、磷酸与水三者等体积混合。

硫—磷—水混酸 (160+80+760) :760ml水中加入硫酸160ml及磷酸80ml。

乙醇 (1+1) :乙醇与水等体积混合。

硫酸 (1+1) :硫酸与水等体积混合。

硝酸银溶液:5g·L-1。

抗坏血酸溶液:50g·L-1, 当日配制。

硫氰酸铵溶液:250g·L-1。

过硫酸铵溶液:200g·L-1, 当日配制。

柠檬酸铵溶液 (为氨性) :取柠檬酸铵10g放入水中进行溶解, 以水稀释至50ml, 随后加氨水50ml。

双环已酮草酰二腙 (BCO) 溶液:取溶剂BCO1g·L-1, 采用50℃的乙醇 (1+1) 溶解。

N-苯基代邻位氨基苯甲酸溶液: (0.2%) 取等量的N-苯基代邻位氨基苯甲酸与: (0.2%) 碳酸钠进行混合。

硫酸亚铁铵标准溶液:0.02mol·L-1。

酒石酸钾钠-氢氧化钠溶液:取酒石酸钾钠、氢氧化钠各含100g·L-1。

丁二酮肟-酒石酸钾钠-氢氧化钠溶液:丁二酮肟5g·L-1, 酒石酸钾钠、氢氧化钠各含100g·L-1。

1.2样本的处理

用样本0.20g到100ml加热瓶中, 加王水10ml, 置于酒精灯下加热至样本溶解, 加硫—磷—水的混合物 (1+1+1) 15ml, 继续加热直至出现硫酸烟 (注意:在出现硫酸烟前要添加硝酸破坏碳化物) 使得碳化物全部被吸收, 将热瓶取下直到其冷却, 添加水30毫升, 再次加热至沸点后取下直至其冷却。把冷却后的溶液倒入100m的试验瓶中, 稀释、定容作为试液。

1.3试验方法

1.3.1锰的测定

各取两份试液各20.0ml到300ml容量瓶中, 置于酒精灯加热使其沸腾, 添加50ml的水, 取5g·L-1硝酸银溶液5ml, 200g·L-1过硫酸铵溶液20ml, 加热到沸腾状态后, 取下冷却放置在530nm的波长下测定吸光度 (以余液中加入100g·L-1亚硝酸钠溶液两滴褪色作为参比) , 由标样做工作曲线换算结果。

1.3.2铬的测定

分取试液10.0ml于100ml加热瓶中, 加热到沸点, 添加高氯酸5ml, 加热至冒烟状态并放置30s取下, 加入硫—磷—水混酸 (160+80+760) 20ml, 用滴管滴入3次N-指示剂, 用0.02mol·L-1的硫酸亚铁铵标准溶液滴定其中, 摇匀, 当混合的溶液颜色从桃红色变为深绿色时, 由标样换算结果。

1.3.3铜的测定

各取两份试液5.0ml到50ml容量瓶中, 加入10ml氨性柠檬酸铵溶液, 边摇动边加入1g·L-1双环已酮草酰二腙 (BCO) 溶液10ml, 用水稀释, 摇匀放置20分钟。添加等量乙醇 (1+1) 作为空白液, 置于640nm波长下测定吸光度, 由标样做工作曲线换算结果。

1.3.4钼的测定

各取两份试液5.0ml分别添加到50ml锥形试验瓶中, 添加入硫酸 (1+1) 5ml, 50g·L-1抗坏血酸溶液10ml, 摇晃试验瓶使二者混合均匀, 随后添加250g·L-1硫氰酸铵溶液5.0ml (不加参比) , 加入50ml水进行稀释, 再次摇晃均匀后静放10分钟, 置于460nm波长下测定吸光度, 由标样做工作曲线换算结果。

1.3.5镍的测定

各取两份试液5.0ml分别添加到50ml锥形试验瓶中, 加入30g·L-1过硫酸铵溶液10ml, 摇晃均匀后, 添加丁二酮肟-酒石酸钾钠-氢氧化钠溶液20ml (参比改加为酒石酸钾钠-氢氧化钠溶液15ml) , 添加高纯度的水进行稀释, 摇匀后放置10分钟发生反应, 随后放置480nm波长下测定吸光度, 由标样做工作曲线换算试验结果。

2试验结果

2.1溶样控制

对不易溶解的碳化物需要滴加硝酸, 对碳化物成分予以破坏使得溶液至澄清状态, 在出现硫酸烟一分钟后后, 去除溶样中德硝酸和盐酸, 以免试验被杂质干扰。

2.2样品分析

选择标准试验的样本按试验方法进行分析, 试验结果与标准值对照见下表。

从分析结果对照中可以看出, 该实验方法的最大误差值均不超出GB222—1984允许差要求。

2.3注意事项

铜镁合金 第5篇

1.1 主要仪器和试剂

a.ME235S电子天平。

b.纯铜 (99.999%) 、无水碳酸钠、碘化钾、氟化铵、冰乙酸均为分析纯, 硝酸 (1+2) , 淀粉溶液 (10 g/L) , 硫氰酸钾溶液 (50 g/L) 。

c.铜标准溶液 (1 mg/m L) :称取1.000 0 g纯铜, 分别置于300 m L烧杯中, 加15 m L硝酸 (1+1) , 加热溶解, 驱尽氮的氧化物, 移入1 000 m L容量瓶中, 以水稀释至刻度, 混匀。

d.硫代硫酸钠标准滴定溶液[c (Na2S2O3) ≈0.025 mol/L]:称取12.5 g硫代硫酸钠 (Na2S2O3�5H2O) 于300 m L烧杯中, 加入煮沸过的冷蒸馏水溶解, 加入0.1 g碳酸钠, 溶解后移入1 000 m L容量瓶中, 以水稀释至刻度, 混匀。于暗处放置7 d以后标定。

标定:移取3份50.00 m L铜标准溶液于300 m L缩口烧杯中, 其余按1.2试验方法操作。

计算:按下面公式计算硫代硫酸钠标准滴定溶液对铜的滴定系数。

式中, F为硫代硫酸钠标准滴定溶液对铜的滴定系数, mg/m L;m为移取的铜标准溶液中铜的质量, mg;V为滴定铜标准溶液消耗的硫代硫酸钠标准溶液的体积, m L。

平行标定所消耗的硫代硫酸钠标准滴定溶液体积的极差应不超过0.10 m L, 取其平均值。

e.试验过程中所用水均为去离子水。

1.2 测量不确定度的试验方法

称取0.100 0 g H62黄铜试样于300 m L缩口烧杯中, 加入10 m L硝酸 (1+2) , 待试样溶解后, 驱尽氮的氧化物, 冷却, 加50 m L去离子水。

用无水碳酸钠中和至上述铜混合溶液中的蓝色碳酸铜沉淀析出;加入2 m L冰乙酸、约0.5 g氟化铵, 摇匀, 加入2 g碘化钾, 立即用硫代硫酸钠标准滴定溶液滴定至淡黄色;加入5 m L淀粉溶液, 继续滴定至淡蓝色;加入5 m L硫氰酸钾溶液, 激烈振荡至蓝色变深, 再滴定至蓝色恰好消失即为终点 (含铅时滴定溶液终点为黄色) 。记录消耗的硫代硫酸钠标准滴定溶液体积 (V1) 。

2 数学模型

黄铜试样中铜元素的含量与输入量的函数关系如下。

式中:w (Cu) 为黄铜试样中铜元素的质量百分数, %;F为硫代硫酸钠标准滴定溶液对铜的滴定系数, mg/m L;V1为滴定试样溶液时消耗的硫代硫酸钠标准溶液的体积, m L;m0为黄铜试样的质量, g。

3 不确定度来源分析

从1.2测定过程和数学模型分析, 碘量法测定铜合金中铜含量的不确定度主要来自测量过程的重复性、标准滴定溶液、滴定管的校准和试样的称量等, 每种来源又分别受不同因素的影响。

4 不确定度分量的评定

4.1 测量重复性引入的标准不确定度u (s)

对H62黄铜标样[GBW (E) 020012, 铜的质量百分数为63.34%]进行7次平行测定, 原始数据见表1, 平均结果为63.50%、63.28%、63.39%、63.26%、63.22%、63.32%、63.46%, 标准偏差s=0.10%、S=0.12%。

%

重复性限r=2.8s=2.8×0.10=0.28

再现性限R=2.8S=2.8×0.12=0.34

4.2 硫代硫酸钠标准滴定溶液引入的不确定度u (ρ)

4.2.1 配制1 000 mg/L铜标准溶液的不确定度u (ρ) 1

(1) 天平称量引入的不确定度

称取H62黄铜试样1.000 0 g, 天平的误差为±0.1 mg。计算标准不确定度。称取两次, 按方和根计算合成标准不确定度u (m) 1=0.082 mg, 则相对标准不确定度。

(2) 定容引入的不确定度

根据GB/T 12806, A级1 000 m L容量瓶中体积误差为±0.4 m L。则标准不确定度, 相对标准不确定度urel (V 1 000) =0.161 000=0.000 016, 合成1 000 mg/L铜标准溶液的相对标准不确定度为。

4.2.2 标定硫代硫酸钠标准溶液的不确定度u (ρ) 2

用50 m L移液管移取铜标准溶液, 用50 m L滴定管标定硫代硫酸钠标准滴定溶液。

(1) 50 m L移液管校准引入的不确定度

根据GB/T 12808, A级50 m L移液管容量误差为±0.05 m L。则标准不确定度, 相对标准不确定度。

(2) 50 m L滴定管校准引入的不确定度

根据GB/T12805, A级50 m L滴定管误差为±0.05 m L。则标准不确定度, 相对标准不确定度。

4.2.3平行标定铜标准溶液 (1 mg/m L) 所消耗的硫代硫酸钠标准滴定溶液体积的极差应不超过0.10m L, 则标准不确定度, 相对标准不确定度, 合成标定硫代硫酸钠标准滴定溶液的相对不确定度为, 合成硫代硫酸钠标准滴定溶液的相对不确定度为

4.3 滴定H62黄铜试样消耗硫代硫酸钠标准溶液体积引入的不确定度u (V)

根据GB/T 12805, 20℃时A级50 m L滴定管中体积误差为±0.05 m L。则标准不确定度, 滴定消耗硫代硫酸钠标准滴定溶液的体积为39.50 m L, 则滴定H62黄铜试样消耗硫代硫酸钠标准溶液的相对不确定度为

4.4 试样称量误差引入的不确定度u (m)

称取0.100 0 g H62黄铜试样, 天平的误差为±0.1 mg。则标准不确定度, 称取两次, 按方和根计算合成标准不确定u (m) =0.082 mg, 则相对标准不确定度

5 合成不确定度的评定

各分量互不相关, 按方和根计算合成相对不确定度则相对标准不确定度, 标准不确定度urel (w) =63.35%×0.001 4=0.087%。

6 扩展不确定度的评定与结果表示

在95%的置信概率下, kp=2, U=0.087%×2=0.17%。则碘量法测定H62黄铜中铜含量的结果为w= (63.35±0.17) %。

7 结论

通过数理统计的方法获得H62黄铜[GBW (E) 020012]中铜 (63.35%) 的重复性限r=0.28%、再现性限R=0.34%, 而采用碘量法测定其中铜的扩展不确定度U=0.17%。因此, 只要在分析测试过程中严格遵守操作规程、仔细操作, 碘量法测定铜合金中铜含量完全可以满足现实生产的需要。

摘要：实际工作中大多采用碘量法来测定铜及铜合金中的铜 (55.00%99.00%) 含量, 并用不确定度衡量测定结果的正确程度。不确定度试验用数理统计方法对测定过程的重复性, 测定仪器、玻璃量器和标准溶液等影响不确定度的因素进行了全面评估, 结果是:重复性限为0.28、再现性限为0.34、扩展不确定度为0.17, 表明采用碘量法测定铜合金中铜含量是完全可行的。

铜镁合金 第6篇

关键词：电感耦合等离子体原子发射光谱法,铜,铜合金,磷

在铜及合金中, 磷含量的多少直接影响其物理性能, 因此准确测定磷含量是必要的。目前, 对于铜及合金分析分析方法的研究, 国内外已有许多报道, 能用于痕量分析的方法有:磷钼杂多酸结晶紫光度法[1], 其检测范围在0.00005%~0.00050%之间;正丁醇萃取光度法[1], 其检测范围在0.0002%~0.12%之间;电感耦合等离子体发射光谱法[2], 其检测范围在0.0001%~1.00%之间;波长色散型-X射线荧光光谱法[3], 其检测范围在0.010%~1.00%之间;光电发射光谱法[4], 其检测范围在0.0005%~0.50%之间。上述方法虽然准确度都达到要求, 主要有几个方面的问题:光度法要么需要萃取, 要么需要除去除去基体元素, 电感耦合等离子体发射光谱法需要用氢氧化铁共沉淀, 前处理需要耗费大量时间;波长色散型-X射线荧光光谱法虽然操作简单, 但是不能测定0.010%以下的含量;光电发射光谱法对样品尺寸比较严格, 对于小型电器元件上的铜无法检测。通过文献[5,6,7,8,9,10,11,12,13]有关实验结果并结合自己的工作经验, 本试验采用盐硝混酸 (3+1) 溶解样品, 加入一定的钼酸铵硝酸溶液形成磷钼杂多酸, 最后用乙酸乙酯做萃取剂分离后, 将萃取剂在装有有机物进样系统的ICP光谱仪上, 选择波长为P 213.618 nm谱线直接测定。其检出限为0.003 mg/L检测范围在0.00005%~0.025%之间, 满足铜及铜合金中磷的测定。

1 实验部分

1.1 主要仪器和试剂

725-ES电感耦合等离子体光谱仪, 安捷伦科技有限公司;AGM-1氧气导入附件, 安捷伦科技有限公司;梨形雾室和玻璃同心雾化器, 安捷伦科技有限公司。

硝酸 (ρ约1.42 g·m L-1, 优级纯) ;盐酸 (ρ约1.18 g·m L-1, 优级纯) ;乙酸乙酯 (优级纯) 。

磷标准溶液:1 000 mg/L。

钼酸铵硝酸溶液:10 g/L, 称取5 g钼酸铵溶于水中, 加入190 m L硝酸溶液 (1+3) , 搅匀, 稀释至500 m L。该溶液中硝酸的浓度为1.0 mol。

1.2 仪器工作参数

功率为1.5 k W;等离子气流量为16.0 L/min;辅助气流量为2.25 L/min;炬管类型为一体式炬管 (1.4 mm I.D.注射管) ;雾化气体流量为0.60 L/min;泵速为6 rpm;积分时间为10 s;观察高度为10 mm;AGM-1氧气流量指示值为6;波长为P (213.618 nm) 。

1.3 标准曲线及分析方法

1.3.1 标准曲线制作

将磷标准溶液用硝酸溶液 (1+10) 逐级稀释为10 mg/L标准工作溶液, 在6个100 m L分液漏斗中依次加入0.0、1.0、2.0、3.0、4.0、6.0 m L磷标准溶液, 分别在每个分液漏斗中加入20 m L钼酸铵硝酸溶液, 摇匀后, 加入20 m L乙酸乙酯进行萃取, 待分层后, 弃去水相, 将有机相在仪器工作条件下进行测定。用磷的质量浓度 (ρ) 对谱线强度 (I) 绘制标准曲线, 结果表明:磷的质量浓度在3.00 mg/L以内与其发射强度呈线性关系, 线性回归方程为I=22.73ρ+0.0022。相关系数为0.999 3。取10份空白溶液进行测定, 按3倍标准偏差 (s) 比斜率计算检出限, 方法的检出限 (3S/N) 为0.003 mg/L。

1.3.2 分析方法

准确称取1.000 0 g (精确至0.000 1g, 磷含量在0.005%~0.0010%之间, 称取2.000 0 g;磷含量小于0.0010%称取3.000 0 g) 的铜及铜合金样品放入200 m L的高型烧杯中, 加入20 m L盐硝混酸 (3+1) , 在石墨电炉板上低温加热, 待溶解完毕后, 高温并煮沸近干, 从石墨电炉板取下, 冷却后, 用少量热水溶解样品, 以后用钼酸铵硝酸溶液将样品移到125 m L分液漏斗中, 将溶液控制在20 m L左右, 用20 m L大肚移液管准确移取20.0 m L乙酸乙酯进行萃取分离, 待分层后弃去水相, 将有机相直接进入仪器中进行分析, 同时做空白试验。

2 结果与讨论

2.1 萃取剂的选择

在ICP光谱有机进样分析中, 选用进样溶剂 (即稀释剂) 的原则一般为: (1) 粘度低; (2) 有机溶剂分子中含碳原子数较少; (3) 有中等的挥发性; (4) 少产生有毒气体[5]。在萃取分离中, 常用磷钼杂多酸的萃取剂有:乙酸丁酯、MIBK、乙酸乙酯、乙醚4种试剂, 其萃取率都一致;由于在本实验中萃取剂是作为进样溶剂 (即稀释剂) , 因为在选择萃取剂时候应该考虑上述四原则。文献[7,12,13]选择用MIBK做萃取-进样溶剂, 但是由于MIBK毒性较大, 对眼鼻刺激性较高, 对操作者身体带来巨大危害;本实验采用乙酸乙酯为萃取-进样溶剂, 这是因为和MIBK相比, 其毒性较低, 属低毒类化学品, 对操作者危害较小。结合进样溶剂选择原则, 将乙酸丁酯、MIBK、乙酸乙酯和乙醚等萃取剂当做进样溶剂进行比较, 将其在相同条件下进行条件实验优化, 经几周的试验后, 发现采用乙酸乙酯为进样溶剂时, 炬管和中心管有少许积炭, 但是可以通过超声波清洗剂清洗掉, 因此为了保证操作者身体健康, 本实验选择乙酸乙酯为本实验的萃取剂。

2.2 萃取酸度

文献[5,12]提出:萃取酸度大小决定着萃取率;在室温下, 酸度在0.57~1.43 mol/L时萃取率是一致, 为了便于操作方便, 对操作步骤进行减少或者合并, 因此本实验将钼酸铵配制成1.0mol/L HNO3溶液, 这样可整个萃取溶液的酸度。

2.3 干扰消除与分析谱线选择

在ICP的有机物进样分析中, 其干扰主要有两个方面: (1) 光谱干扰。 (2) 共存元素的干扰。光谱干扰主要是来自光谱发射出来的CN带光谱和C2带光谱干扰元素的测定, 该光谱带可覆盖350~450 nm波段来干扰元素测定。为了消除其干扰, 可采用增加等离子气流量和氧气流量来解决, 本实验经过优化筛选, 选择等离子气流量为16.0 L/min可将CN带光谱降至最低[8,9];本实验对AGM-1氧气导入器的氧气流量 (有10档, 范围可调为1~10) 进行优化, 通过一周的条件优化试验, 发现选择6档, 等离子体稳定性为最佳;累计运行几周的试验后, 发现采用乙酸乙酯为进样溶剂时, 炬管和中心管有少许积炭, 但是可以通过超声波清洗剂清洗掉。

分析谱线的选择原则是[8,9,10,11,12,13]: (1) 灵敏度好; (2) 共存元素干扰少。在ICP-AES中, P (178.287 nm) 和P (213.618 nm) 是两条常用的分析谱线。P (178.287 nm) 的特点是谱线图形完好、强度适中, 但是处于远紫外区, 在使用前需要用高纯氩气来吹扫检测器24 h清除空气中氧的干扰。P (213.618 nm) 谱线图形完好、灵敏度高, Mo 213.606 nm和Cu 213.598 nm对其有干扰。对于P (178.287 nm) 缺点是增加使用成本, 检出限低, 不能很好检测出痕量磷, 故在本实验不采用;对于P (213.618 nm) 来说, 本实验采用萃取分离将磷从基体铜中分离出去, 可以不考虑铜对磷的干扰;对于Mo (213.606 nm) 谱线干扰问题, 由于其强度弱, 在铜及铜合金中含量很小, 一般情况下是可以不考虑的;但是在本实验Mo是通过萃取剂进入溶液的, 文献[12,13]中说明:“在萃取液中, 磷的质量在50μg以内, 2 000μg的钼不影响测定, 因此在本实验中采用P (213.618 nm) 分析谱线。

2.4 方法的精密度、回收率和对比实验

按实验方法对8个磷含量不同的铜及铜合金标准物质在相同条件测定10次, 其进行精密度试验、对比实验、加标回收率试验结果见表1。

3 结语

铜镁合金 第7篇

1 实验

1.1 镀液配方及工艺条件

10～500 g/L (CH3SO3)2Pb,10～500 g/L CH3SO3H,7～15 g/L(CH3SO3)2Sn,0.1～1 g/L C4H4KO7Sb·1/2H2O,添加剂一0～5 mL/L,添加剂二0～0.5 g/L;电流密度1～3 A/dm2,沉积时间24 h,温度25～45 ℃,pH值1～3,阴极为铝基镀黄铜,阳极为铅锡压延板,采用机械搅拌。

1.2 铝合金基体电极的制备工艺

除油剂脱脂→冷水洗→碱洗→50%硝酸中酸洗→冷水洗→一次浸锌→冷水洗→50%硝酸中退镀锌→冷水洗→二次浸锌→冷水洗→镀黄铜→冷水洗→去离子水洗→分别沉积纯Pb、Pb-Sn(0.6%)和Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%)合金→取出工件→冷水洗→干燥→相关测试

1.3 阳极材料的表征和电化学性能的测试

镀层的表面形貌采用SEM(XL30 ESEM,Philip,Holand)表征,表面成分采用 EDS(PHENIX,EDAI,USA)分析。物相组成由XRD(3D/max, Japan)测试。电化学实验在CS350型电化学综合测试仪(武汉科思特仪器有限公司)上进行,采用三电极体系进行测量,45 ℃条件下进行,辅助电极采用面积为4 cm2的铂电极, 参比电极为饱和甘汞电极,Pb、Pb-Sn(0.6%)和Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%)合金阳极分别作为研究电极(面积为1 cm×1 cm)。阳极极化用恒电位线性扫描,扫描速率为50 mV/s,最大电位为2.6 V。Tafel曲线扫描速率为50 mV/s,电位范围为0.6～1.6 V。循环伏安扫描速率为10 mV/s,电位范围为-0.4～2.4 V。以上电化学测试在硫酸溶液(45 ℃)中进行,其配方为45 g/L Cu2+,180 g/L H2SO4溶液。

2 结果与讨论

2.1 阳极极化曲线的测试

由图1阳极极化曲线可以看出, Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%)阳极、Pb-Sn(0.6%)阳极和纯Pb阳极的析氧电位依次升高。从表1可以看出,3种阳极的交换电流密度相差不大, Pb-Sn(0.6%) 和Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%)合金阳极的动力学参数a值和b值比纯铅合金阳极低,且Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%)阳极的a值和b值最小,说明Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%)合金阳极的电催化活性最好,作阳极时,槽电压最小,耗电最少,可有效降低能耗,提高电流效率。究其原因可能是Sn和Sb的加入影响了合金阳极表面的物质组成比例,使阳极材料的导电能力增强,析氧电位相应降低,催化活性升高。

2.2 Tafel曲线

从图2和表2可以看出,Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%)阳极材料的腐蚀电位约为1380 mV,相对于Pb-Sn(0.6%)阳极和纯Pb阳极分别正移了60 mV和92 mV;腐蚀电流密度为2.1×10-2 A/cm2,是3种阳极中最小的。由于腐蚀电流密度与金属腐蚀速度存在以下关系[15]:υ=MJcorr/(nF)(υ为腐蚀速度,Jcorr为腐蚀电流密度,M为金属的摩尔质量,n为金属的原子价,F为法拉第常数),金属腐蚀速度υ与腐蚀电流密度Jcorr成正比,即腐蚀电流密度小,材料的腐蚀速度就较慢。因此,Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%)合金阳极材料的耐蚀性能优于其他两种合金阳极材料。

2.3 循环伏安曲线

从图3可以看出,循环伏安曲线都有一个还原峰和一个氧化峰。e峰对应于氧气逸出的电流峰,可能因为表面是二氧化铅,其铅是+4价,为最高价态,在正方向扫描时,不能发生氧化,只有高电位下发生析氧反应,电解液中的H2O被氧化生成氧气。由于锡和锑的加入,使得Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%)合金阳极和Pb-Sn(0.6%)合金阳极的e峰的峰电位相对于纯Pb阳极均出现了正移,且Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%)合金阳极正移更明显,这说明Sn和Sb可以抑制氧在铅合金表面的析出。

图3中f峰为PbO2还原为PbSO4的还原峰。已研究的双元合金中,发现锑和锡对PbO膜的生长有抑制作用[16]。伏安曲线表明,锡和锑抑制了PbO膜的生长,同时促进了PbO向PbO2的转变,f峰表明Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%)阳极表面生成的PbO2的含量更高。Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%)合金阳极和Pb-Sn(0.6%)合金阳极的还原峰(f峰)电位相对于纯Pb阳极出现了负移,即电位更负,这说明Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%) 合金阳极和Pb-Sn(0.6%)合金阳极更稳定,耐蚀性更好。由于3种阳极的循环伏安行为基本相同,说明Sn和Sb的加入没有改变电极的反应机理,但可以提高电极材料的耐蚀性能。

2.4 镀层的显微组织结构分析

将纯Pb、Pb-Sn(0.6%)和Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%)阳极材料在45 g/L Cu2+、180 g/L H2SO4溶液中极化24 h后,用SEM观察阳极材料表面。图4(a)、(b)、(c)分别为纯Pb、Pb-Sn(0.6%)和Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%) 阳极材料放大5000倍的表面形貌;图4(a′)、(b′)、(c′)分别为Pb、Pb-Sn(0.6%)和Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%)阳极材料放大40000倍的表面形貌。

从图4(a)、(a′)可以看出,纯Pb阳极材料的表面疏松多孔,颗粒较为分散,大部分区域出现了裂纹,并有脱落的迹象。图4(b)、(b′)中Pb-Sn阳极材料的表面呈棱状,没有出现裂纹和孔洞,比较致密,耐蚀性较好。根据文献[17,18,19]可知,Sb的加入可使铅基合金的力学性能和某些电化学性能得到改善,例如Sb会对氧化生成的PbO2晶粒产生细化作用。从图4(c)、(c′)可以看出,Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%)阳极的表面比较平整,形成的氧化膜十分致密,没有明显的裂纹和孔洞,耐蚀性较好。

2.5 XRD组分分析

图5为3种阳极材料的XRD谱,纯Pb(a)、Pb-Sn(0.6%)(b)和Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%)(c)的表面都出现了PbO和PbO2的衍射峰,但Pb-Sn阳极材料和Pb-Sn-Sb阳极材料的衍射峰均比纯Pb 阳极强,且Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%) 阳极材料的 PbO2 衍射峰比Pb-Sn(0.6%)阳极材料强。究其原因,是由于锡和锑对PbO的生长有抑制作用,同时可以促进PbO向PbO2的转变,而且PbO2有较好的导电能力,所以Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%)阳极材料表面的导电性最好,对应的析氧电位最低。可能由于表面生成的PbSO4脱落的缘故,纯Pb 阳极的谱线中没有出现PbSO4的衍射峰。

3 结论

(1)阳极极化曲线表明Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%)阳极的动力学参数a值和b值均比其他两种阳极的小,Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%) 阳极的电催化活性最强。Tafel曲线、循环伏安曲线表明,Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%)阳极的耐腐蚀性能比纯Pb和Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%)阳极要好。

(2)从扫描电镜图片看出,Pb-Sn(0.6%)和Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%)合金阳极表面形成的氧化膜比较致密,耐蚀性均较好。但纯Pb阳极的表面出现了裂纹和孔洞,且伴有脱落的迹象,耐蚀性较差。

(3)XRD分析表明,Pb-Sn(0.6%)和Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%)合金表面的氧化层中PbO2和PbO的衍射峰都比纯Pb合金的强,且Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%)氧化膜中PbO2衍射峰强度最大。

摘要：通过电化学方法研究甲基磺酸体系中电沉积得到的纯Pb、Pb-Sn(0.6%)和Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%)(均为质量分数)合金阳极在CuSO4-H2SO4体系下的电化学性能,结果表明新型的Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%)合金阳极电催化性能和耐蚀性能均比Pb-Sn(0.6%)和纯Pb阳极优异。采用扫描电子显微镜观察了3种合金材料极化24h后的表面形貌,图像显示纯Pb表面疏松多孔,大部分区域出现了裂纹,Pb-Sn(0.6%)和Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%)合金阳极表面形貌比较均匀和致密。X射线衍射表明,Pb-Sn(0.6%)和Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%)合金材料对应的PbO2和PbO的衍射峰比纯Pb强,且Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%)阳极材料PbO2的衍射峰最强,说明Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%)阳极的导电性最好。