摘要：某公司使用ＴＵ１無氧銅棒生產(chǎn)電真空器件，封裝過程中銅棒表面起泡。采用低倍檢驗(yàn)、金相檢驗(yàn)、化學(xué)成分分析、掃描電鏡以及能譜分析等方法對(duì)起泡原因進(jìn)行了分析

。結(jié)果表明：ＴＵ１無氧銅棒在擠制過程中尾部切除不完全，存在皮下縮尾缺陷，皮下縮尾缺陷中的氧化物夾雜是導(dǎo)致銅棒表面起泡的主要原因。

關(guān)鍵詞：ＴＵ１無氧銅棒；電真空器件；表面起泡；皮下縮尾；氧化物夾雜

中圖分類號(hào)：ＴＧ３７９　　　文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ｂ　　　文章編號(hào)：１００１－４０１２（２０１７）０２－０１４４－０３

電真空器件主要應(yīng)用于高頻和超高頻發(fā)射管、高壓和超高壓開關(guān)、波導(dǎo)管、磁控管等領(lǐng)域，要求嚴(yán)格控制材料中的氧含量，其原因是電真空器件需要在氫氣中加熱封裝，氧的存在會(huì)導(dǎo)致氫氣?。郏保莸陌l(fā)生，引起器件在高真空環(huán)境中的破壞，因此電真空用銅必須用高純度的無氧銅作為原材料。某公司選用ＴＵ１無氧銅棒作為生產(chǎn)電真空器件的原材料，在封裝過程中發(fā)現(xiàn)工件表面起泡，導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。一段時(shí)間以來，無氧銅及其他紫銅在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生起泡現(xiàn)象一直困擾著原材料生產(chǎn)廠家。為此，筆者通過***的理化檢驗(yàn)及分析探討了可能導(dǎo)致該批無氧銅工件表面起泡的原因，并給出了改進(jìn)措施。

１.理化檢驗(yàn)

１．１低倍檢驗(yàn)

ＴＵ１無氧銅電真空器件表面的鼓泡形貌如圖１所示，圖中箭頭所指為鼓泡。對(duì)工件橫端面車削后用體積分?jǐn)?shù)為３０％的硝酸水溶液腐蝕，肉眼可觀察到

在棒材近表面存在皮下缺陷，未發(fā)現(xiàn)其他低倍缺陷，如圖２所示，圖３為圖２中箭頭所指缺陷的放大形貌，可以清楚地看到裂口的外側(cè)向外鼓出形成起泡。

１．２金相檢驗(yàn)

對(duì)工件沿橫端面和縱截面取樣，經(jīng)金相制樣并侵蝕后在金相顯微鏡下觀察。工件顯微組織為α單相再結(jié)晶組織，晶間無第二相，組織正常。在工件橫端面和縱截面金相試樣上均可觀察到皮下縮尾缺陷，如圖４和圖５所示，圖中箭頭１所指為缺陷，箭頭２所指為工件外表面。

對(duì)工件有缺陷處和無缺陷處分別取樣進(jìn)行氫氣退火，按 ＹＳ／Ｔ　３３５—２００９《無氧銅含氧量金相檢驗(yàn)方法》［２］進(jìn)行等級(jí)評(píng)定。有缺陷處經(jīng)氫氣退火后，晶間嚴(yán)重開裂，氧含量等級(jí)為５級(jí)，見圖６；無缺陷處經(jīng)氫氣退火后，晶間無裂紋，氧含量等級(jí)為１級(jí)，見圖７。

１．３化學(xué)成分分析

對(duì)工件取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，其中氧含量在美國(guó)力可定氧分析儀上分析，其他元素含量均在美國(guó)熱電４４６０型直讀光譜儀上分析。各元素含量分析結(jié)果和 ＧＢ／Ｔ?。担玻常?/span>—２０１２《加工銅及銅合金牌號(hào)和化學(xué)成分》［３］中 規(guī) 定的 ＴＵ１ 無 氧 銅化學(xué)成分見表１?？梢姽ぜ须s質(zhì)元素的含量均小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的含量上限要求，尤其是氧含量遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的含量要求。

１．４掃描電鏡分析

工件起泡處剖開后底部的掃描電鏡（ＳＥＭ）形貌如圖８所示，可見表面有明顯的附著物，對(duì)附著物進(jìn)行能譜（ＥＤＳ）分析，結(jié)果顯示附著物主要為由氧、銅、鋁等元素組成的氧化物，見圖９。

２.分析與討論

工件材料為 ＴＵ１無氧銅棒，原始棒材機(jī)加工后經(jīng)真空高溫釬焊，表面出現(xiàn)較多、大小不等的起泡，起 泡 表 面 圓 滑、飽 滿，且 沿 加 工 方 向 稍 有 拉 長(zhǎng)（圖１）。工件端面低倍腐蝕后觀察，組織較細(xì)，在距棒材近表面處存在不連續(xù)的環(huán)狀皮下縮尾缺陷，局部已張開并形成裂口（圖２），裂口的外側(cè)向外鼓出形成起泡（圖３），未發(fā)現(xiàn)其他低倍缺陷。縮尾是擠壓制品尾端的一種特殊缺陷，按其在制品上分布的位置，可分為一次縮尾、二次尾、皮下縮尾。皮下縮尾位于制品表面或近表面，嚴(yán)重的可以形成表面分層。擠制品在擠壓后期死區(qū)附近的金屬因劇烈滑移產(chǎn)生很大的剪切應(yīng)力而斷裂，此時(shí)剩余錠坯表面的氧化膜、潤(rùn)滑劑等污物沿著斷裂面流入擠制品包覆在表面或近表面，從而形成皮下縮尾缺陷［４］。從工件橫端面顯微組織中觀察到了這種氧化物夾雜，氣泡剖面局部張開，裂口中間有空隙（圖４），裂口處外側(cè)金屬較薄，向外鼓出形成起泡；工件縱截面顯微組織中缺陷多表現(xiàn)為沿軸向分布的一條不連續(xù)的黑色條狀?yuàn)A雜物，同樣存在局部張開、中間有空隙的裂口 （圖 ５），向 外 側(cè) 鼓 出 的 特 征 也 同 樣 明 顯。將存在皮下縮尾的試樣在氫氣氣氛中加熱到８４０℃保溫２０ ｍｉｎ 退火處理，夾雜缺陷處晶界嚴(yán)重開裂（圖６），金相法檢驗(yàn)得到的氧含量等級(jí)為５級(jí)，而沒有缺陷的部位未發(fā)生晶界開裂（圖７），金相法檢驗(yàn)得到的氧含量等級(jí)為１級(jí)。鼓泡底部位置的電鏡掃描和能譜分析結(jié)果顯示，鼓泡底部表面有附著物，且附著物為氧化物夾雜（圖８和圖９）。工件化學(xué)成分分析結(jié)果顯示，各組成元素含量均符合標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求，原材料氧含量也在正常范圍內(nèi)。低倍檢驗(yàn)結(jié)果表明，工件除了皮下縮尾外無其他缺陷，低倍組織正常。工件顯微組織為 α單相再結(jié)晶組織，晶間無第二相，顯微組織也正常。

由此可見，由于工件近表面處存在不連續(xù)的皮下縮尾缺陷，皮下縮尾中的氧化物夾雜含有大量的氧元素，在氫氣氣氛中高溫封裝時(shí)與氫氣發(fā)生反應(yīng)生成水蒸氣，產(chǎn)生較大的壓力，當(dāng)壓力超出工件外側(cè)金屬層的強(qiáng)度時(shí)，外側(cè)金屬層便會(huì)發(fā)生變形向外鼓出，在工件表面形成起泡［５］。

3.結(jié)論及建議

（１）由于工件近表面處存在不連續(xù)的皮下縮尾缺陷，皮下縮尾中的氧化物夾雜含有大量的氧化亞銅或氧化銅，是導(dǎo)致工件在氫氣中加熱封裝時(shí)表面形成起泡的主要原因。

（２）減輕或避免縮尾的措施有：切除尾部；選擇合理的擠壓溫度和擠壓速率，并改進(jìn)模具為擠壓時(shí)提供金屬均勻流動(dòng)條件，減少紊流可使縮尾大大減輕；另外采用脫皮擠壓也可減 輕縮尾，提高擠制品質(zhì)量。

來源：中國(guó)知網(wǎng)    作者：李湘海