1. Кіріспе
Мыс Германияның ең әмбебап металлургияларының қатарына кіреді, Оның ерекше электр өткізгіштік арқасында, Коррозияға төзімділік, және қалыптасуы.
Үстіне, Ғалымдар мен инженерлер мыс жылу мінез-құлқына электр сымдарынан жылу алмастырғыштарға дейінгі бөлшектерді жобалауға сүйенеді.
, Сорт, мыс балқу нүктесін түсіну металлургияда да, өнеркәсіптік қосымшаларда да қажет болады.
2. Балқу нүктесінің анықтамасы және маңызы
Та балқу нүктесі тепе-теңдік жағдайында қатты ауысулар сұйықтыққа қатты ауысу температурасын білдіреді.
Іс жүзінде, Ол қатты фазалық байланыс күштері мен жылу үгіт арасындағы тепе-теңдікті белгілейді.
Сондықтан, Металлургтер балқу нүктесін материалдарды таңдау үшін эталон ретінде пайдаланады, Пештерді жобалау, және кастингтік процестерді басқару.
3. Мыстың балқу нүктесі
Таза мыс шамамен ериді 1,085° ° (1,984° F).
Бұл температурада, Мыс қатты сұйықтыққа ауысады, оны құюға мүмкіндік береді, қосылды, немесе қорытынды. Оның қатты түрінде, Мыс бар Бет әлпеті бар текше (ФСК) құрылым
4. Термодинамикалық және атомдық деңгейдегі перспектива
Атомдық шкала бойынша, Мыстың айтарлықтай балқу нүктесі одан шыққан Металл байланыстыру- оң зарядталған электрондар теңізі оң зарядталған иондарды желім етеді.
Оның электронды конфигурациясы, [Ар] 3d¹⁰4s¹, Бір атом үшін бір электронды электронды жабыстырады, бұл электр өткізгіштігін тек қана емес, сонымен қатар интеромдық бірлікті нығайтады.
- Фузияның энтальпиясы: ~ 13 KJ / MOL
- Балқудың жасырын жылуы: ~ 205 KJ / кг
Бұл мәндер балқу кезінде металл байланыстарын сындыру үшін қажет энергияны анықтайды.
Сонымен қатар, Мыстың салыстырмалы түрде жоғары атом массасы (63.55 аму) және тығыз FCC торы (12 Жақын көршілер) Облигациялық энергия мен жылу тұрақтылығын жоғарылатыңыз.
5. Мыстың балқу нүктесіне әсер ететін факторлар
Бірнеше негізгі параметрлер мысдың балқу әрекетін өзгертеді, көбінесе сұйыққа төзімді өтпелі температураны ондаған градусқа ауыстыру арқылы.
Бұл айнымалыларды түсіну таза мыс процестерінде де, қорытындыларында да дәл термиялық басқаруға мүмкіндік береді.
Легирлеу элементтері мен қоспалар
- Мырыш және қалайы: 10-40 Вт таныстыру % Zn балқу ауқымын жезге шамамен 900-940 ° C-қа дейін төмендетеді. Сол сияқты, 5-15 Вт % SN 950-1,000 ° C-тің балқу аралығымен қоладан түседі.
- Күміс және фосфор: Күміс іздеңіз (≤1 wt %) мыс лицейін 5-10 ° C-қа дейін көтере алады, Фосфор кезінде 0.1 вт % балқу нүктесін аздап азайтады және сұйықтықты жақсартады.
- Оттегі және күкірт: Ерітілген оттегі - жоғарыдағы Cu₂o қосылымдары 1,000 ° °, Локализацияланған балқыту нүктесінен туындаған депрессия.
Сол уақытта, күкірт ластануы төмен 0.02 вт % дәнді дақылдар шекараларында эмбритцтемалға әкеледі және аз еріген эцентиктерді жасайды.
Астық мөлшері және микроқұрылым
- Айыппұлдар. Дөрекі дәндер: Жіңішке мыс жамылғысы жоғары ерітінділерді көрсетеді - бұл үлкен боран, әдетте, 2-5 ° C-қа қарағанда ірі түйіршіктелген материал, өйткені астық шекарасы орналасқан, өйткені астық шекарасы торды күшейтеді.
- Жауын-шашын: Cu-be сияқты қорытпаларда, тұнбалар балқып кететін жергілікті штамм өрістерін енгізеді 8 ° °, Тамаша көлем фракциясына байланысты.
Кристальды тордың ақаулары
- Бос жұмыс және дислокация: Бос жұмыс орны (>10⁻⁴ Атом бөлшектері) торды бұрмалаңыз, балқу нүктесін 3-7 ° C-қа дейін төмендету.
- Жұмыс қатаю: Суық жұмыс істейтін мыс құрамында теңдестірілген энергияны азайтады, Демек, балқуды қысқарту 4 ° C алынған мыспен салыстырғанда.
Қысым әсерлері
- Clausius-clapeyron қатынасы: Қысым көтеру балқу температурасын шамамен жоғарылатады +3 К кем 100 МПа.
Өндірістік ерігенмен қоршаған ортаның қысымынан асады, Жоғары қысымды эксперименттер осы болжамды көлбеуді растайды.
Жылу тарихы және беттік жағдайлары
- Алдын ала қыздыру: Баяу алдын-ала қыздыру 400-600 ° C-қа дейін, Ерте балқу нүктесінен алдын алу.
- Беттік жабындар: Қорғаныс ағындары (E.Г., боракс-негізделген) Ашық ауаны қайта өңдеу кезінде бетін тұрақтандыратын және шынайы балқыту нүктесін сақтайтын кедергіні құрайды.
6. Мыс қорытпаларының балқу нүктесі
Төменде бірқатар мыс қорытпалары үшін балқыма ұпайлардың тізімі берілген.
Бұл мәндер әдеттегі сұйытылған температураға жатады; Қорытпалар көбінесе диапазоннан тұрады (Қатты → Сұйық) біз бұл жерде шамамен балқу аралығы ретінде баға береміз.
| Қорытпаның аты / Бізді | Өнімді (wt%) | Балқу диапазоны (° °) |
|---|---|---|
| C10200 (Экст) | ≥99.90CU | 1 083-1085 |
| C11000 (Электролиттік КО) | ≥99.90CU | 1 083-1085 |
| C23000 (Сары жез) | ~ 67CU-33ZN | 900 -920 |
| C26000 (Картридж жезі) | ~ 70CU-30ZN | 920 -940 |
| C36000 (Еркін өңдейтін жез) | ~ 61CU-38ZN-1PB | 920 -940 |
| C46400 (Навальдық жез) | ~ 60CU-39ZN-1SN | 910 -960 |
| C51000 (Фосфор Қола) | ~ 95CU-5SN | 1 000-1050 |
| C52100 (Жоғары берік фос. Қола) | ~ 94CU-6SN | 1 000-1050 |
| C61400 (Алюминий қола) | ~ 82CU-10AL-8FE | 1 015-1035 |
| C95400 (Алюминий қола) | ~ 79CU-10AL-6NI-3O | 1 020-1045 |
| C83600 (Қорғысы қызыл жез) | ~ 84CU-6SN-5PB-5ZN | 890 -940 |
| C90500 (Мылтық металл) | ~ 88cu-10sn-2zn | 900 -950 |
| C93200 (Кремний қола) | ~ 95s. | 1 000-1050 |
| C70600 (90-10 кубоникель) | 90 10ni-мен | 1 050-1150 |
| C71500 (70-30 cupronickel) | 70 -30ni | 1 200-1300 |
| C17200 (Бериллий мыс) | ~ 97CU-2BE-1CO | 865 -1000 |
7. Мыс қорытпаларындағы балқу нүктесінің өзгеруі
Мыс балқытатын мінез-құлық сызбалық түрде ауыспалы элементтерді бұрмалайды.
Іс жүзінде, Металлургтер бұл өзгерістерді кастингтің температурасына дейін қолданады, дағдылу, және механикалық қойылым.
Легирлеу элементтерінің әсері
- Мырыш (Негра):
10-40 Вт қосу % Жез қалыптастыру үшін Zn балқу ауқымын төмендетеді 900-940 ° C, Cu-Zn эвтектикасының арқасында ~ 39 Вт % Негра (балқыту ~ 900 ° C).
Жоғары мырыш жезеулері (жофары 35 % Негра) эцентациялық құрамға жақындауды бастаңыз, тар еріген аралық пен жоғары сапалы көрсету. - Фольга (Салық):
5-15 вт таныстыру % SN қол, еру аралығымен қоладан түседі 950-1,000 ° C.
Мұнда, Cu-Sn фазалық диаграммасы эвтектиканы ~ 8 wt-те көрсетеді % Салық (~ 875 ° C), Бірақ практикалық қола композициясы жоғарыда жатыр, лақтыруды жақын 1,000 Жеткілікті күшті қамтамасыз ету үшін ° C. - Никель (-Да):
Cupronickels-те (10-30 Вт % -Да), ликустың көтерілуі 1,050 ° ° (-ге 10 % -Да) дейін 1,200 ° ° (-ге 30 % -Да).
Никельдің мыс үшін күшті жақындығы байланыс энергиясын арттырады және қатаң да, лақтыруды да жоғары қарай жылжытады. - Алюминий (Әл):
Алюминий бронизалары (5-11 Вт % Әл) арасындағы балқыма 1,020-1050 ° C.
Олардың фазалық диаграммасы күрделі интерметальды фазаларды ашады; Айналадағы алғашқы эвтектикалық 10 % Al ~ 1,010 ° C-те жүреді, Бірақ жоғары және жоғары қорытпалар жоғарыдан температураны қажет етеді 1,040 Толық сұйылту үшін ° C. - Бериллий (Бану):
Тіпті кішкене толықтырулар (~ 2 Вт %) балқу аралығын азайту 865-1,000 ° C Төмен температуралы эвтектиканы ілгерілету арқылы 2 % Бану (~ 780 ° C).
Бұл дәлдікті жеңілдетеді, бірақ еру кезінде денсаулықты сақтауды талап етеді.
Эциратикалық және қатты ерітінді әсері
- Эвтектикалық жүйелер: Эвтектикалық композициялардағы немесе жанындағы қорытпалар біртұтас күйде, Өткір температура - өлімге немесе жұқа қабырға құймаларына өте ыңғайлы.
Мысалы, Ку-Зн қорытпасы 39 % Zn қатайтады 900 ° °, Максималды максималды. - Қатты шешімдер: Ішкі эвтектикалық немесе гипо-эвтектикалық қорытпалар балқу ауқымын көрсетеді (Қатты сұйықтыққа дейін).
Кең ауқымдар қатайту кезінде «шырышты» аймақтарды тудыруы мүмкін, бөлу және кеуектілікке қауіп төндіру. Керісінше, Салқындату кезінде гипер-эвтектикалық қорытпалар пайда болуы мүмкін.
8. Мыстың балқу нүктесінің өндірістік маңыздылығы
Мыс балқу нүктесі 1 085 ° ° (1 984 ° F) дайын компоненттерге айналдыратын әрбір ауқымды жұмыста шешуші рөл атқарады.
Іс жүзінде, Өндірушілер энергияны пайдалануды оңтайландыру үшін осы қасиетті пайдаланады, Өнімнің сапасы, қалдықтарды азайтыңыз.
Балқыту және қайта өңдеу
Қорықтар мен балқытушылар мыс концентраттарын үнемі қыздырыңыз 1 200-1 300 ° °, Толық қожды бөлуді қамтамасыз ету үшін металдың балқу нүктесінен асып кету.
Пешті шамамен сақтау арқылы 1 100 ° °, Операторлар тотығу шығынын азайтады: Жақсы бақыланатын процестер кіре алады 4 % астына дейін 1 %.
Сонымен қатар, Электроэнергетикалық өсімдіктерді қышқыл еріген анодтардың қышқыл ерітінділерімен айналып өту, Бірақ олар әлі де жоғары сапалы плиталарды қою үшін ғана байланысты.
Құю және қорытпалар өндірісі
Жез жасау кезінде, қола, немесе алюминий қола, Техниктер ерітінді температурасын әр қорытпаның үстінде қойды сұйықтық.
Мысалы, 70/30 жезде ериді 920 ° °, сол екі арада 6 % Алюминий қола қажет 1 040 ° °.
Шомақты тар шеңберде ұстау арқылы ± 5 ° C терезе, Олар толық қалыпқа енеді, Кеуэлектікке дейін 30 %, және дәйекті легирленген химияны қамтамасыз ету.
Атмосфераны басқару және тотығуды басқару
Өйткені балқытылған мыс оттегімен қатты әсер етеді, Көптеген нысандар қайта құру немесе қайта құру пештері аргон немесе азот қыру.
Бұл инертті орталар төменгі тотығу шығындары 2 % (ашық ауа) төменде 0.5 %, Осылайша, автобус барлары мен коннекторлар сияқты сыни компоненттер үшін бетті аяқтау және электр өткізгіштікті жақсарту.
Қайта өңдеу және энергия тиімділігі
Кірпікті қайта өңдеу Мыс тұтынады дейін 85 % Аз энергия бастапқы өндіріске қарағанда.
Дегенмен, Аралас-легірленген сынықтар көбінесе сұйылтылған жездер мен бронизалардан тұрады 900 ° C 1 050 ° °.
Сындардың заманауи балқыту жүйелері қалпына келтірілген қыздырғыштар мен қалдықтарды жылу қалпына келтіруді қамтиды, Жалпы энергияны кесу арқылы кесу 15-20 %.
Болғандықтан, Енді екінші мыс бар 30 % ғаламдық жеткізілім, Шығындарды үнемдеу және қоршаған ортаны қорғау артықшылықтары.
9. Нақты балқуды бақылауды қажет ететін қосымшалар
Кейбір өндірістік процестер мысдың балқу нүктесінде сапаны қамтамасыз ету үшін өте тығыз температураны реттеуді талап етеді, орындау, және қайталануы.
Астында, Біз нақты балқуды бақылауға арналған үш негізгі қолданбаны қарастырамыз.
Инвестициялық құю
-Да Инвестициялық құю, Құқықтардың ішінде балқыма температурасын сақтайды ± 5 ° C Тегіс қалыптарды толтыру және кеуектілікті азайту үшін қорытпаның литарының.
Мысалы, Фосфор-қола доңғалақты құю кезінде (Сұйықтық ~ 1,0 ° C), Пайдаланушылар әдетте ваннаны ұстайды 1,005 ° °.
Осылайша, Олар қызып кетусіз толық қалыпқа енеді, ол әдетте өлшемді дәлдікті төмендетеді және дросс түзілуін жоғарылатады.
Электрлік пайдалану үшін жоғары тазалық мыс өндірісі
Электрозаттық мыс өндірушілер (≥ 99.99 % Друг) Вакуум немесе инертті газ астында балқыту, Температураны бақылау ± 2 ° C -ден 1,083 ° °.
Бұл қатаң бақылау газға ену мен ластанудың алдын алады, екеуі де ымыралық өткізгіштік.
Үстіне, Үздіксіз құю желілеріндегі тығыз жылу менеджменті ұсақ астық конструкцияларын береді, бұл электр өнімділігін одан әрі арттырады және төмендегі кедергілерді азайтады 1.67 ωω · · · · · · · · · · · · · ·.
Қоспамен өндіріс және жұқа пленкалар
Лазерлік ұнтағы бар (Lpbf) мыс қорытпаларынан, Инженерлер лазерлік қуат пен сканерлеу жылдамдығын реттейді, ал сканерлеу жылдамдығын өзгертіңіз 1,100 - 1,150 ° °.
Нақты жылу профильдеу - нақты уақыт режимінде пирометрлермен жиі бақыланады - шарлаудың алдын алады, кеуелік, және кілттің ақаулары.
Сол сияқты, Физикалық будың тұнбасы (ПВД) мыс пленкалары, Температура тұрып қалуы керек ± 1 ° C буланудың булануы (әдетте 1,300 ° °) Депозицияны және пленкалық біркелкілікті бақылау үшін нанометрдің дәлдігін бақылау.
10. Басқа металдармен салыстыру
Мыстың балқу нүктесін металдардың кең спектріне салыстыру, бұдан әрі атом құрылымы мен байланыстырушы энергияның жылу әрекетін нақтылайды және инженерлердің тиісті материалдарды таңдауға көмектеседі.
Балқу нүктелері мен облигациялардың энергиясы
| Металл | Балқу нүктесі (° °) | Облигация энергиясы (KJ / MOL) | Кристалл құрылымы |
|---|---|---|---|
| Магний | 650 | 75 | ЖК |
| Мырыш | 420 | 115 | ЖК |
| Бастау | 327 | 94 | ФСК |
| Алюминий | 660 | 106 | ФСК |
| Күміс | 961 | 216 | ФСК |
| Алтын | 1 064 | 226 | ФСК |
| Мыс | 1 085 | 201 | ФСК |
| Кобальт | 1 495 | 243 | ЖК (α-co) |
| Никель | 1 455 | 273 | ФСК |
| Титан | 1 668 | 243 | ЖК (α-ti) |
| Үтік | 1 538 | 272 | Цис (δ-Fe), ФСК (γ-Fe) |
| Платина | 1 768 | 315 | ФСК |
| Вольфрам | 3 422 | 820 | Цис |
Қорытпа дизайнының салдары
- Энергия және шығындар: Мофер сияқты металдар ақылға қонымды балқу температурасы арасындағы тепе-теңдік (айналасында 1 085 ° °) және күшті механикалық қасиеттері.
Керісінше, Вольфрам немесе платина өңдеуі мамандандырылған жоғары температуралы жабдық және үлкен қуат көзі қажет. - Қосылу және құю: Ерікті металдарды біріктірген кезде, Мысырды титанға майлау сияқты,
Инженерлер базалық металды зақымдануды болдырмас үшін төменгі температуралы металдан балшықтан жасалған толтырғыштарды таңдаңыз. - Өнімділікті баптау: Бұпарлар дизайнерлері осы балқу және байланыстыру тенденцияларын нақты жылу жағдайында өнер көрсететін инженерлерге айналдырыңыз,
оларға төмен температуралық ерітінді немесе жоғары температуралы суперальды қажет пе.
11. Қорытынды
Мыс және мыс қорытпаларының балқу нүктесі күшті металл байланыстыру және жұмыс істейтін жылулық талаптар арасындағы тепе-теңдікті эпитомизациялайды.
Инженерлер балқыту кезінде оңтайлы көрсеткіштерге қол жеткізеді, кастинг, және қоспаларды бақылау арқылы алдыңғы өндіріс, легирлеу элементтері, және технологиялық параметрлер.
Өйткені өнеркәсіп энергия тиімділігі мен материалдық тұрақтылыққа ұмтылсын, Мыстың балқу әрекетін мұқият түсіну инновацияның маңызды негізі болып қала береді.
ЖҚС
Мыстың балқу нүктесі қалай өлшенеді?
Зертханалар мыс балқытылған нүктесін дифференциалды сканерлеу калориметрі арқылы анықтайды (Өту) немесе калибрленген термопарамен жабдықталған жоғары температуралы пеш.
Бұл әдістер Бақыланатын тарифтер бойынша жылытылатын үлгілерді жылытады (Әдетте 5-10 ° C / мин) және сұйыққа төзімді ауысудың басталуын жазыңыз.
Мысырдың балқу нүктесіне не әсер етеді?
Мырыш пен қалайы мыс бальзамды едәуір төмендетеді (жезде 900-940 ° C-қа дейін және бронезеде 950-1,000 ° C). Керісінше, Silver Trace Silver оны 5-10 ° C-қа дейін көтере алады.
Оттегі мен күкірт көбінесе аз еріген оксидтер немесе сульфидтер пайда болады, локализацияланған балқу нүктесі депрессияларын тудырады.
