范先勇

（1.中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410083；2.中鋁洛陽銅加工有限公司，河南 洛陽 471039）

白銅是以鎳為主要添加元素的銅合金，銅-鎳合金具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和良好的機(jī)械性能，熱態(tài)、冷態(tài)壓力加工性能也很好。同時(shí)具有色澤漂亮、耐腐蝕性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中[1]。隨著科技的發(fā)展，金屬合金被大量使用于各類機(jī)械工具的制造中，白銅以其優(yōu)異的物理化學(xué)性能被越來越多地應(yīng)用于船舶業(yè)、儀器儀表、醫(yī)療器械、工藝裝飾品等領(lǐng)域，其表現(xiàn)的優(yōu)異性狀得到了工程實(shí)踐的檢驗(yàn)，既可靠又穩(wěn)定，也是重要的電阻及熱電偶合金。

1 白銅帶材的組成及制作工藝

Cu與Ni形成無限固溶的連續(xù)固溶體，面心立方結(jié)構(gòu)[2]。Cu-Ni合金中，當(dāng)Ni含量超過16%時(shí)，產(chǎn)生的Cu-Ni合金會(huì)呈現(xiàn)白色，Ni含量越高時(shí)，顏色也會(huì)越白。B19銅合金中，含Ni在19%左右，呈白色，該合金主要含F(xiàn)e、Mn、Zn等雜志元素，因雜質(zhì)含量較少，對(duì)產(chǎn)品物理性能、機(jī)械性能等基本沒有影響。表1為白銅B19的元素組成。

表1 白銅B19的元素組成

白銅B19產(chǎn)品冷加工性能較好，冷變形時(shí)，加工率可達(dá)80%以上，白銅B19產(chǎn)品工藝流程設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 白銅B19產(chǎn)品工藝流程圖

白銅B19帶材多采用罩式爐進(jìn)行退火處理。罩式爐的主體部分包括爐臺(tái)、噴淋型冷卻罩和熱電偶加熱罩、對(duì)流盤等[3]，適用與紫銅、黃銅、白銅等各種銅及銅合金的光亮退火要求，整個(gè)退火工藝過程包括升溫、持續(xù)保溫、冷卻三個(gè)過程，其主要工藝如圖2所示。

圖2 罩式爐的工藝流程

實(shí)際生產(chǎn)中，采用罩式爐對(duì)白銅B19進(jìn)行退火處理時(shí)，溫度多控制在600℃～750℃，由于現(xiàn)存技術(shù)的限制以及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)存在突發(fā)問題，在退火過程中易出現(xiàn)碰邊、加熱延時(shí)、加熱速度或冷卻速度過快等現(xiàn)象，同時(shí)很容易會(huì)造成帶材表面燒粘，影響生產(chǎn)進(jìn)度和帶材的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

2 產(chǎn)品改善的應(yīng)對(duì)措施

在工業(yè)應(yīng)用中，用戶會(huì)對(duì)白銅B19產(chǎn)品的各項(xiàng)品質(zhì)有所限制，而軟態(tài)產(chǎn)品一般要求HV在90以下，且要求產(chǎn)品表面要光亮、不能發(fā)暗、不能有燒粘印。

針對(duì)鐘退后燒粘問題，結(jié)合設(shè)備現(xiàn)狀，本文對(duì)解決方案進(jìn)行了探討。

罩式爐退火時(shí)一般采用高氫（75%）氣氛進(jìn)行光亮退火，通過實(shí)驗(yàn)研究得到，退火溫度對(duì)B19帶HV的影響變化如表2所示，退火溫度在600℃時(shí)，產(chǎn)品的維氏硬度高達(dá)95，退火溫度在650℃時(shí)，產(chǎn)品的維氏硬度可降至85。

表2 不同溫度下2.5mm帶材HV對(duì)比

即罩式爐的退火溫度在650℃時(shí)，白銅B19帶材可以被軟化，并達(dá)到HV90以下。但是罩式爐退火溫度偏高，很容易造成帶材表面燒粘，從而使帶材表面顏色發(fā)暗、有燒粘印，難以滿足用戶要求。

為改善白銅B19厚帶產(chǎn)品表面質(zhì)量，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備能力，進(jìn)行了一系列試驗(yàn)。罩式爐生產(chǎn)完成以后，進(jìn)行酸洗工序，白銅B19熱處理后表面形成致密的Ni2O和NiO，一般采用硝酸水溶液或在硫酸水溶液的基礎(chǔ)上加入少量硝酸（HNO3）來提高酸洗效果,反應(yīng)如下：

NiO+H2SO4—NiSO4+H2O

Ni2O+2H2SO4—2NiSO4+H2O+H2

Ni+2HNO3—Ni(NO3)+H2

酸洗工序包含刷洗環(huán)節(jié)，為去除帶材表面燒粘層，先后使用尼龍刷、200目3M刷、500目3M刷、1000目3M刷、2000目3M刷進(jìn)行刷洗，其中，3M刷材質(zhì)是尼龍絲+磨料Al2O3，制刷工藝是將條狀不織布材料均勻的粘結(jié)在電木管材料制成的輥軸上，形成外松內(nèi)緊的輻射狀結(jié)構(gòu)。不同刷子類型刷洗試驗(yàn)效果如表3所示。

從試驗(yàn)效果看，在酸洗設(shè)備上使用500目的3M刷進(jìn)行刷洗，能將帶材表面燒粘層完全去除掉，圖3為刷洗前后的帶材表面，刷洗后帶材表面發(fā)亮，試驗(yàn)效果良好。

表3 不同刷子類型效果對(duì)比

圖3 刷洗前后的帶材表面比較（左為刷洗前，右為刷洗后）

3 結(jié)論

①對(duì)白銅B19退火工藝以及力學(xué)性能進(jìn)行了闡釋和系統(tǒng)研究，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)得到了罩式爐的操作工藝；②通過進(jìn)行刷子選型試驗(yàn)，解決了帶材表面燒粘問題，可以得到表面光滑、顏色光亮、性能穩(wěn)定、無燒粘印的產(chǎn)品。