1. 소개
구리는 인류의 가장 다재다능한 금속 중 하나입니다, 뛰어난 전기 전도성 덕분에, 내식성, 및 성형성.
게다가, 과학자와 엔지니어는 구리의 열 거동에 의존하여 전기 배선에서 열 교환기에 이르기까지 구성 요소를 설계합니다..
따라서, 야금 및 산업 응용 분야에서 구리의 녹는 점을 이해하면 필수적이되지 않습니다..
2. 용융점의 정의와 중요성
그만큼 녹는점 평형 조건 하에서 고체가 액체로 전이되는 온도를 나타냅니다..
실제로, 그것은 고체 결합력과 열 교반 사이의 균형을 나타냅니다..
그러므로, 야금 학자들은 융점을 재료 선택의 벤치 마크로 사용합니다., 용광로 설계, 캐스팅 프로세스 제어.
3. 구리의 용융점
순수한 구리는 대략적으로 녹습니다 1,085℃ (1,984°F).
이 온도에서, 구리는 고체에서 액체로 전이됩니다, 캐스트를 허용합니다, 가입, 또는 합금. 견고한 형태로, 구리에는 a 면심 입방체 (FCC) 구조
4. 열역학 및 원자 속도 관점
원자 규모로, 구리의 상당한 녹는 점은 그로 인한 것입니다 금속 결합- 긍정적으로 하전 된 이온을 접착하는 비편성 전자의 바다.
전자 구성, [아칸소] 3D & ⁰4S, 원자 당 하나의 전도 전자를 공급합니다, 전기 전도성을 뒷받침 할뿐만 아니라 원자 내 응집력을 강화합니다..
- 퓨전 엔탈피: ~ 13 kj/mol
- 녹는 열기: ~ 205 kj/kg
이 값은 녹는 동안 금속 결합을 파괴하는 데 필요한 에너지를 정량화합니다..
뿐만 아니라, 구리의 상대적으로 높은 원자 질량 (63.55 아무) 조밀 한 FCC 격자 (12 가장 가까운 이웃) 결합 에너지와 열 안정성을 높이십시오.
5. 구리의 용융점에 영향을 미치는 요인
몇 가지 주요 매개 변수는 구리의 녹는 거동을 변경합니다, 종종 고체 전이 온도를 섭씨 수십 도로 이동함으로써.
이러한 변수를 이해하면 순수 구리 공정 및 합금 생산 모두에서 정확한 열 관리가 가능합니다..
합금 요소와 불순물
- 아연과 주석: 10-40 wt 도입 % Zn은 황동으로 용융 범위를 약 900–940 ° C로 낮 춥니 다.. 비슷하게, 5–15 wt % SN은 950–1,000 ° C의 녹는 간격으로 청동을 생산합니다..
- 은과 인: 심지어 추적은 (≤1 wt %) 구리 액체를 5-10 ° C로 올릴 수 있습니다, 인간 0.1 wt % 용융점을 약간 줄이고 유동성을 향상시킵니다.
- 산소와 황: 용존 산소는 위의 cu₂o 포함을 형성합니다 1,000 ℃, 국소 융점 우울증을 유발합니다.
그 동안에, 유황 오염이 낮습니다 0.02 wt % 손잡이로 이어지고 곡물 경계에서 낮은 수준의 공허학을 만듭니다..
입자 크기 및 미세 구조
- 미세 대. 거친 곡물: 미세 입자 구리는 곡물 바탕 한 영역이 증가하므로 격자가 강화되기 때문에 약간 높은 녹는 발병 (일반적으로 거친 물질보다 2-5 ° C를 나타냅니다..
- 석출경화: Cu – Be와 같은 합금에서, 침전물은 용융을 최대까지 상승시킬 수있는 국소 변형 필드를 도입합니다. 8 ℃, 침전물 부피 분율에 따라.
결정 격자 결함
- 공석 및 탈구: 높은 공석 농도 (>10⁻⁴ 원자 분획) 격자 왜곡을 소개합니다, 용융점을 3-7 ° C로 낮 춥니 다.
- 가공경화: 콜드 작업 구리에는 응집력있는 에너지를 줄이는 얽힌 탈구가 포함되어 있습니다, 따라서 거의 용융을 흉내냅니다 4 어닐링 된 구리에 비해 ° C.
압력 효과
- Clageyron 관계: 압력 상승은 대략적인 속도로 용융 온도를 증가시킵니다. +3 K 당 k 100 MPa.
산업용 용융은 주변 압력을 거의 초과하지는 않지만, 고압 실험은이 예측 가능한 기울기를 확인합니다.
열 이력 및 표면 조건
- 사전 해방: 400–600 ° C로의 사전 해방이 느리게 표면 산화물과 수분을 능가 할 수 있습니다., 초기 용융점 우울증 방지.
- 표면 코팅: 보호 플럭스 (예를 들어, 붕사 기반) 표면을 안정화시키고 야외 처리 중에 진정한 용융점을 유지하는 장벽을 형성합니다..
6. 구리 합금의 융점
아래는 일반적인 구리 합금 범위에 대한 융점의 포괄적 인 목록입니다..
이 값은 전형적인 액체 온도를 나타냅니다; 합금은 종종 범위에서 굳어집니다 (고체 → 액체) 여기서 우리는 여기서 대략적인 용융 간격으로 인용합니다.
| 합금 이름 / 우리를 | 구성 (wt%) | 용융 범위 (℃) |
|---|---|---|
| C10200 (ECD) | ≥99.90cu | 1 083–1085 |
| C11000 (선거합니다) | ≥99.90cu | 1 083–1085 |
| C23000 (황색 합금) | ~ 67cu -33zn | 900 –920 |
| C26000 (카트리지 황동) | ~ 70cu -30Zn | 920 –940 |
| C36000 (프리 마시닝 황동) | ~ 61cu -38zn -1pb | 920 –940 |
| C46400 (해군 황동) | ~ 60cu -39n -1sn | 910 –960 |
| C51000 (인청동) | ~ 95CU -5SN | 1 000–1050 |
| C52100 (고속 Phos. 청동) | ~ 94CU -6SN | 1 000–1050 |
| C61400 (알루미늄 청동) | ~ 82CU -10AL -8FE | 1 015–1035 |
| C95400 (알루미늄 청동) | ~ 79CU-10AL-6NI-3O | 1 020–1045 |
| C83600 (리드 붉은 황동) | ~ 84CU -6SN -5PB -5NZ | 890 –940 |
| C90500 (총 금속) | ~ 88CU -10SN -2N | 900 –950 |
| C93200 (실리콘 브론즈) | ~ 95s. | 1 000–1050 |
| C70600 (90–10 Cupronickel) | 90 -10Ni로 | 1 050–1150 |
| C71500 (70–30 Cupronickel) | 70 -30ni로 | 1 200–1300 |
| C17200 (베릴륨동) | ~ 97cu -2be -11co | 865 –1000 |
7. 구리 합금의 융점 변화
합금 요소가 격자에 들어가면 구리의 녹는 동작이 극적으로 이동합니다..
실제로, 야금 학자들은 이러한 변형을 캐스팅 온도를 조정하기위한 변형을 이용합니다, 유동성, 그리고 기계적 성능.
합금 요소의 영향
- 아연 (아연):
10-40 wt 추가 % 황동을 형성하는 Zn은 용융 범위를 대략적으로 낮추는 것입니다. 900–940 ° C, ~ 39 wt의 Cu -Zn 무효 덕분에 감사합니다 % 아연 (~ 900 ° C에서 용융).
고속 브라스 (~ 위에 35 % 아연) 그 공허 구성에 접근하기 시작합니다, 좁은 용융 간격과 우수한 유동성을 나타냅니다. - 주석 (Sn):
5-15 중량 도입 % SN은 녹는 간격으로 청동을 생성합니다 950–1,000 ° C.
여기, Cu -SN 위상 다이어그램은 ~ 8 wt의 공허증을 보여줍니다. % Sn (~ 875 ° C), 그러나 실용적인 청동 구성은 그 위에 있습니다, 액체를 근처에 밀어 넣습니다 1,000 적절한 강도를 보장하기 위해 ° C. - 니켈 (~ 안에):
Cupronickels에서 (10–30 wt % ~ 안에), 액체가 올라갑니다 1,050 ℃ (~을 위한 10 % ~ 안에) 최대 1,200 ℃ (~을 위한 30 % ~ 안에).
구리에 대한 니켈의 강한 친화력. - 알류미늄 (알):
알루미늄 브론즈 (5–11 wt % 알) 그 사이에 녹는다 1,020–1,050 ° C.
그들의 위상 다이어그램은 복잡한 금속 간 위상을 나타냅니다; 주변의 일차적 인 공허증 10 % Al은 ~ 1,010 ° C에서 발생합니다, 그러나 고도로 합금은 위의 온도가 필요합니다 1,040 ° C에서 완전히 액화. - 베릴륨 (BE):
작은 추가조차도 (~ 2 wt %) 용융 간격을 줄입니다 865–1,000 ° C 근처에 저온 공적을 촉진함으로써 2 % BE (~ 780 ° C).
이것은 정밀 작업을 촉진하지만 녹는 동안 신중한 건강 및 안전 제어를 요구합니다..
공융 및 솔루션 효과
- 공융 시스템: 공효성 조성물에서 또는 근처의 합금은 단일에서 굳어집니다., 날카로운 온도 - 다이 캐스팅 또는 얇은 벽 주물에 대한 비유.
예를 들어, Cu -Zn 합금 39 % Zn은 굳어집니다 900 ℃, 유동성 최대화. - 솔루션: 서브 유전 학적 또는 저 연합 합금은 용융 범위를 나타낸다 (액체에 고체).
더 넓은 범위는 고형화 중에 "칙칙한"구역을 유발할 수 있습니다, 분리 및 다공성 위험. 대조적으로, 과음 학적 합금은 냉각시 부서지기 쉬운 금속 릭스를 형성 할 수 있습니다.
8. 구리의 융점의 산업적 관련성
구리의 용융점 1 085 ℃ (1 984 °F) 광석을 완성 된 구성 요소로 변환하는 거의 모든 대규모 작업에서 중추적 인 역할을합니다..
실제로, 제조업체는이 부동산을 활용하여 에너지 사용을 최적화합니다, 제품 품질 제어, 폐기물을 최소화하십시오.
제련 및 정제
파운드리와 제련소는 일상적으로 구리 농축 물을 가열합니다 1 200–1 300 ℃, 완전한 슬래그 분리를 보장하기 위해 금속의 용융점을 초과.
용광로를 대략적으로 유지함으로써 1 100 ℃, 운영자는 산화 손실을 줄입니다: 잘 제어 된 프로세스는 드로스 형성을 줄일 수 있습니다 4 % 아래로 1 %.
뿐만 아니라, 산성 용액에 불순한 양극을 용해시킴으로써 전기 고화 식물 우회 우회, 그러나 그들은 여전히 초기 용융에 의존하여 고난도를 주조합니다..
주조 및 합금 생산
황동을 생산할 때, 청동, 또는 알루미늄 청동, 기술자는 각 합금 바로 위에 녹은 온도를 설정합니다 액체.
예를 들어, 70/30 놋쇠가 거의 녹습니다 920 ℃, ~하는 동안 6 % 알루미늄 청동이 필요합니다 1 040 ℃.
목욕을 좁게 잡고 ± 5 ° C 창문, 그들은 완전 곰팡이 침투를 달성합니다, 다공성을 최대로 줄입니다 30 %, 일관된 합금 화학을 보장합니다.
대기 제어 및 산화 관리
용융 구리는 산소와 격렬하게 반응하기 때문입니다, 많은 시설은 유도 또는 잔향 용광로를 개조합니다 아르곤 또는 질소 슈로드.
이러한 불활성 환경은 산화 손실을 낮 춥니 다 2 % (오픈 에어) 아래로 0.5 %, 따라서 버스 바 및 커넥터와 같은 중요한 부품의 표면 마감 및 전기 전도도 향상.
재활용 및 에너지 효율
재활용 스크랩 구리 소비 최대 85 % 적은 에너지 1 차 생산보다.
하지만, 혼합 합금 스크랩에는 종종 액체 지점이있는 황동과 청동기가 포함되어 있습니다. 900 ° C ~ 1 050 ℃.
현대 스크랩 융합 시스템은 재생 버너와 폐기물 회수를 사용합니다., 전반적인 에너지 사용을 트리밍 15–20 %.
결과적으로, 2 차 구리가 이제 기여합니다 30 % 글로벌 공급의, 비용 절감 및 환경 적 이점에 의해 주도됩니다.
9. 정확한 용융 제어가 필요한 응용 프로그램
특정 제조 공정은 품질을 보장하기 위해 구리의 용융점 주변에서 매우 긴밀한 온도 조절을 요구합니다., 성능, 및 반복성.
아래에, 우리는 정확한 용융 제어에 힌지를 쓴 세 가지 주요 응용 프로그램을 조사합니다..
투자 주조
~ 안에 투자 주조, 파운드리는 내부의 녹은 온도를 유지합니다 ± 5 ° C 부드러운 곰팡이 충전을 보장하고 다공성을 최소화하기 위해 합금의 액체의 액체.
예를 들어, 인형 뇌전을 주조 할 때 (액체 ~ 1,000 ° 100), 운영자는 일반적으로 목욕을 잡고 있습니다 1,005 ℃.
그렇게함으로써, 그들은 과열없이 완전 곰팡이 침투를 달성합니다, 그렇지 않으면 치수 정확도를 저하시키고 드로스 형성을 증가시킵니다..
전기 사용을위한 고급 구리 생산
전기 등급 구리 제조업체 (≥ 99.99 % 구리) 진공 또는 불활성 가스에서 녹는 것을 수행하십시오, 내부의 온도 제어 ± 2 ° C ~의 1,083 ℃.
이 엄격한 제어는 가스 포획 및 오염을 방지합니다, 둘 다 전도성을 손상시킵니다.
게다가, 연속 주조선의 단단한 열 관리는 전기 성능을 더욱 향상시키고 아래의 저항력을 줄이는 미세한 입자 구조를 산출합니다. 1.67 µΩ·cm.
첨가제 제조 및 얇은 필름 증착
레이저 분말 베드 융합에서 (LPBF) 구리 합금, 엔지니어는 레이저 전원 및 스캔 속도를 조정하여 주변에서 현지화 된 용융 풀을 생성합니다. 1,100 – 1,150 ℃.
정확한 열 프로파일 링 - 종종 불꽃을 사용하여 실시간으로 모니터링 됨 - 프레젠트 볼링, 다공성, 및 키 구멍 결함.
비슷하게, 물리 증기 증착에서 (PVD) 구리 필름의, 도가니 온도는 내부에 있어야합니다 ± 1 ° C 증발 설정 점의 (일반적으로 1,300 ℃) 증착 속도와 필름 균일 성을 나노 미터 정밀도로 제어합니다..
10. 다른 금속과 비교
구리의 용융점을 더 넓은 스펙트럼의 금속과 비교하면 원자 구조와 결합 에너지가 열 거동을 지시하는 방법을 더 명확하게하고 엔지니어가 적절한 재료를 선택하는 데 도움이됩니다..
녹는 점과 결합 에너지
| 금속 | 녹는점 (℃) | 본드 에너지 (KJ/mol) | 결정 구조 |
|---|---|---|---|
| 마그네슘 | 650 | 75 | HCP |
| 아연 | 420 | 115 | HCP |
| 선두 | 327 | 94 | FCC |
| 알류미늄 | 660 | 106 | FCC |
| 은 | 961 | 216 | FCC |
| 금 | 1 064 | 226 | FCC |
| 구리 | 1 085 | 201 | FCC |
| 코발트 | 1 495 | 243 | HCP (α- 뭐) |
| 니켈 | 1 455 | 273 | FCC |
| 티탄 | 1 668 | 243 | HCP (α- 네) |
| 철 | 1 538 | 272 | 숨은참조 (δ -fe), FCC (γ -Fe) |
| 백금 | 1 768 | 315 | FCC |
| 텅스텐 | 3 422 | 820 | 숨은참조 |
합금 설계에 대한 시사점
- 에너지와 비용: 구리와 같은 금속은 합리적인 녹는 온도 사이의 균형을 잡습니다. (약 1 085 ℃) 및 강한 기계적 특성.
대조적으로, 텅스텐 또는 백금 가공에는 전문화 된 고온 장비와 더 큰 에너지 투입이 필요합니다.. - 결합 및 주파수: 비 유사 금속을 결합 할 때, 구리를 타이타늄으로 브레이징하는 것과 같은,
엔지니어는 기본 금속 손상을 피하기 위해 온도가 낮은 금속 아래에 녹는 점이있는 필러를 선택합니다.. - 성능 튜닝: 합금 설계자는 이러한 용융 및 본딩 트렌드를 특정 열 조건에서 수행하는 엔지니어 재료에 활용합니다.,
저온 가용성 합금이 필요한지 또는 고온 초대형이 필요한지 여부.
11. 결론
구리 및 구리 합금의 융점은 강한 금속 결합과 실행 가능한 열 요구 사항 사이의 균형을 요약합니다..
엔지니어는 제련에서 최적의 성능을 달성합니다, 주조, 불순물을 제어하여 고급 제조, 합금 요소, 프로세스 매개 변수.
산업이 더 큰 에너지 효율성과 재료 지속 가능성을 위해 노력함에 따라, 구리의 녹는 행동에 대한 철저한 파악은 혁신의 중요한 기초로 남아 있습니다..
자주 묻는 질문
구리의 용융점은 어떻게 측정됩니까??
실험실은 차등 스캐닝 열량 측정법을 사용하여 구리의 용융점을 결정합니다 (DSC) 또는 교정 열전대가 장착 된 고온 용광로.
이 방법들은 제어 속도로 가열 샘플을 열 샘플을 열 샘플 (일반적으로 5–10 ° C/분) 고체 - 액체 전이의 시작을 기록하십시오.
구리의 녹는 점에 가장 큰 영향을 미치는 불순물?
아연과 주석은 구리의 액체를 상당히 낮 춥니 다 (놋쇠에서는 900–940 ° C, 청동기에서는 950–1,000 ° C). 거꾸로, Trace Silver는 5-10 ° C로 올릴 수 있습니다.
산소와 황은 종종 낮은 산화물 또는 황화물을 형성합니다, 국소 용융점 우울증을 유발합니다.
