铜合金的精炼助熔剂和覆盖助熔剂:它们的作用和重要性

随着汽车电气化、可再生能源、电信和先进制造等行业对高性能铜合金的全球需求持续增长,冶金焊剂在确保熔体质量方面的作用越来越受到关注。在铜合金生产的关键辅助材料中,精炼助熔剂和覆盖助熔剂具有独特但互补的功能。本文探讨了它们的工作原理、典型的组合系统、应用考虑因素以及由环境和效率要求驱动不断变化的景观。

助焊剂在铜合金熔化中的作用

铜合金—包括黄铜、青铜、铜镍和镍银合金—在熔化过程中容易氧化和吸收气体。熔融铜很容易溶解氧气,形成氧化亚铜（Cu₂O）,这会使合金变脆并导致铸造缺陷。从水分或碳氢化合物污染物中吸收的氢气进一步加剧了该问题,导致固化产物出现孔隙。

精心设计的通量系统通过两个主要功能应对这些挑战:

• 覆盖: 漂浮在熔体表面的熔融或半熔融层,物理屏蔽金属免受炉内气氛的影响,减少氧化和气体吸收。
• 精炼: 从熔体中去除溶解气体、氧化物夹杂物和其他非金属杂质的化学反应。

实际上,许多商业产品将这两种功能结合到单一配方中,但平衡取决于最终产品的合金类型、熔炉配置和质量要求。

构图系统及其机制

铜合金的助熔剂配方通常基于无机盐体系。虽然专有变体在供应商之间很常见,但大多数配方都源自一些成熟的化学家族:

基于硼酸盐的系统

四硼酸钠（硼砂）及相关硼酸盐化合物广泛用作铜合金的覆盖助熔剂。它们在熔体表面形成玻璃状流体层,有效限制氧气扩散。硼酸盐基助熔剂还通过吸收氧化物夹杂物进入炉渣相而表现出适度的精炼能力。这些配方通常与黄铜和锡青铜兼容,尽管它们的有效性在较高的熔化温度下会降低。

含氟系统

熔剂中加入了冰晶石（Na₃AlF₆)、萤石（CaF₂) 和其他氟化物,以增强氧化铝（Al₂O₃) 和氧化硅（SiO₂) 夹杂物的去除。这使得含氟助焊剂对于含有铝、硅或其他强氧化物形成剂—例如铝青铜和硅青铜的合金特别有用。氟化物成分降低了熔融金属和氧化物夹杂物之间的表面张力,有利于它们的分离和浮选。

氯化物基和混合卤化物系统

氯化物盐—包括氯化钠、氯化钾和氯化镁—通常用作精炼熔剂的组分。这些盐与溶解的氧化物和硫化物发生反应,形成挥发性或成渣化合物,可以从熔体中除去。氯化物和氟化物的共晶混合物通常旨在实现较低的熔点和改善的流动性,从而在降低的工作温度下实现更好的熔体覆盖。

专业配方

一些助焊剂产品含有受控量的专有脱氧剂,例如镁、钙、锂或稀土元素。这些反应性组分用于化学还原熔体中的残留氧化物,产生可被炉渣层吸收的耐火氧化物的细分散体。此类配方通常保留用于高纯度或氧敏感应用,例如用于电子元件的无氧铜合金。

合金系列的应用策略

精炼或覆盖熔剂的选择在很大程度上取决于特定的合金成分和主要的熔体质量挑战:

• 黄铜（Cu-Zn）: 熔化过程中的锌汽化会导致成分漂移和环境问题。用低熔点硼酸盐或混合卤化物系统覆盖助熔剂,通过形成密封层来帮助减少锌损失。除非施加严格的夹杂物限制,否则精炼对于黄铜来说通常不太重要。

• 锡青铜器和青铜器: 这些合金容易含有氧化锡和氧化铅夹杂物。通常选择含氟化物的助熔剂是因为它们能够去除这些耐火氧化物。覆盖对于最大限度地减少高熔体温度下的锡氧化也很重要。

• 铝青铜: 铝对氧的强亲和力形成了坚韧的氧化膜,这些氧化膜可能会被熔体包裹。氟化物含量高的助熔剂是标准品,通常补充脱氧剂。助焊剂必须在合金的较高熔化范围 (1,040–1,080 °C）下保持流体状态。

• 铜镍合金: 这些合金不太容易形成氧化物,但可能存在氢孔隙率。使用具有防潮性能的覆盖助焊剂,并且经常采用惰性气体吹扫（氮气或氩气）以及助焊剂处理进行脱气。

• 铍铜: 由于氧化铍粉尘的毒性,铍铜的助焊剂系统也必须作为抑烟盖。使用密封助焊剂层和专用精炼剂来最大限度地减少空气中的颗粒物释放。