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铜导线常见的氧化现象

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铜导线常见的氧化现象

发布日期:2019-03-14 作者:客服 点击:

  PVC电线在生产、运输、贮存和使用过程中,受潮湿环境和温度影响,铜导体及其合金容易被氧化,尤其是在炎热夏季的来临,使得空气中的湿度和温度大幅提高。铜导体在氧化初期呈现粉红色(氧化亚铜),随着时间的增加,逐渐变成黑色(氧化铜)[4][5]。为了便于分析,现将常见的铜导线氧化现象汇总如下:1.电解铜生产铜杆时引起的氧化;2.铜杆拉丝时氧化;3.铜丝退火时氧化;4.铜丝拉丝退火成盘后,在盘的外表面上的铜丝氧化;5.铜丝束丝或绞线后导体氧化;6.电线的开端和末端氧化;7.电线中间连续一定长度或某一截面的导体表面导体出现氧化现象;8.绝缘层破损或绝缘材料老化处铜导体氧化变黑


  三、可导致铜导线氧化的因素


  铜导体表面变黑的根本原因是铜导体表面发生了氧化现象,其表面的氧化膜主要由Cu2O、CuO、CuCO3、Cu(OH)2组成,并含有少量铜的氯化物、硫化物、钠盐以及SiO2等[6][7][8][9]。而引起铜导体氧化的因素主要有以下几个方面:


  (1)铜导体自身的因素


  目前,电解铜加工成铜杆通常有下面两种方法:上引法和连铸连轧法[2]。


  低氧铜的生产采用连铸连轧法。连铸连轧法是通过熔化炉将电解铜熔化后,使铜液经过两炉之间的狭小的熔沟进入保温炉进行保温,而后通过连铸机、牵引机、滚剪机、校直刨角机、打毛机、连轧机、收杆装置制成铜杆。熔化的铜在连铸时,铜的表面与空气中的氧气接触,会形成氧化铜。虽然连轧工序会除去部分外层氧化膜,但是还会有部分氧化铜皮轧进铜杆中。生产过程中使用含抗氧剂的冷却液,可减少铜杆表面的氧化变色。在混杂废铜直接再生连铸连轧低氧铜杆的情况下,铜导体的质量控制更加困难,铜杆中含有一定量的氧和杂质,为后续生产和使用埋下隐患。


  内蒙铜业而无氧铜的生产采用上引发。上引法是通过工频感应熔化炉将电解铜进行熔化,熔化后的铜液经过两炉之间的狭小的熔沟进入保温炉进行保温,然后由引杆机构利用结晶器冷却水冷却控制引出铜杆,铜杆冷却到室温后进入空气中,最后由收线机构将铜杆盘成圈供下一道工序使用。整个生产过程中实现了隔氧状态下的全过程生产,确保了产品的纯度与无氧,避免了铜杆的氧化。使用上引法生产的铜杆具有以下优点:电阻率低、加工性能好、外观光洁、机构密实、表面圆整、无氧化、无裂纹、无毛刺、无起皮和夹杂缺陷。


  (2)铜杆拉丝过程


  铜杆制成各种规格的铜丝是通过拉丝工序实现的。对于大拉、中拉、细丝过程中,拉丝乳化液的质量严重影响铜丝表面效果[3]。拉丝乳化液中应包含抗氧剂和润滑液。抗氧剂的存在可以保护铜导体表面在拉丝过程中不被氧化。润滑液的润滑效果、抗清洗能力、及其稳定性决定了铜丝质量的稳定性。润滑液一般情况下为碱性,碱性润滑液易在水中吸收二氧化碳,而在水中的二氧化碳与拉丝时产生的铜沫以及水中的重金属离子发生化学反应生成碱式碳酸铜和其他重金属的碳酸盐,其反应式如下:2Cu+O2+CO2+H2O=Cu2(OH)2CO3。


  铜与游离皂中的脂肪酸根会发生反应,产生不溶于水的铜皂,会影响润滑液的润滑效果和抗清洗能力,缩短润滑液的使用寿命[2]。不溶于水的铜皂和重金属皂累积起来形成淤渣混杂在其中,不易沉淀,会造成铜线表面质量不良。


  另外,单丝拉制时,选取的拉丝模具若有损伤,孔径粗糙不光滑,会造成铜丝表面出现拉伤现象,增大铜丝被氧化的几率。

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  (3)铜丝的退火过程


  铜丝经过多道拉丝延伸后,晶体结构发生变化,会产生内应力,具体表现为:铜丝硬化,延伸率下降,导体电阻率上升。而退火的目的是改善铜丝的韧性和塑性,使晶格从新排列,消除内应力。退火过程中会使用退火冷却液,是由水和抗氧剂组成,其作用是在铜线韧炼后降低铜线的表面温度,防止铜线与空气中的氧气接触而发生氧化反应。


  目前,许多公司所使用的水基本上都是自来水,而自来水都是经过氯消毒杀菌的,所以水中会含有少量的氯离子。氯离子易于变形和极化,当其吸附在铜导体的表面时,会产生一个很强的诱导电场,足以将铜离子拉出晶格,对铜导体表面造成破坏,加速其表面锈蚀的发生。另外,水中的重金属离子,如钠离子、镁离子、钙离子都会对铜的氧化有一定的影响,但是没有氯离子明显[12]。


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