一文讀懂無氧銅桿和低氧銅桿的區(qū)別

定義

以銅為原料，經(jīng)過連鑄連軋法生產(chǎn)出來含氧量200(175)-400(450)ppm之間銅桿材，被稱為低氧銅桿。

經(jīng)過上引法生產(chǎn)，氧含量在20ppm以下生產(chǎn)的銅桿叫做無氧銅桿。無氧銅桿是不含氧也不含任何脫氧劑殘留物的純銅，但實際上含有非常微量氧和一些雜質(zhì)。按標準規(guī)定，氧含量不大于0.02%，雜質(zhì)總含量不大于0.05%，銅的純度大于99.95%。根據(jù)含氧量和雜質(zhì)含量，無氧銅桿又分為TU1和TU2銅桿。TU1無氧銅桿純度達到99.99%，氧含量不大于0.001%；TU2無氧銅純度達到99.95%，氧含量不大于0.002%。

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含氧量

無氧及低氧桿從含氧量上容易區(qū)別，無氧銅桿含氧量在10-20ppm以下，但目前有的廠家只能做到50ppm以下。低氧銅桿在200-400ppm，好的銅桿一般含氧量控制在250ppm左右。

生產(chǎn)銅桿的陰極銅含氧量一般在10-50ppm，在常溫下氧在銅中的固溶度約2ppm。低氧銅桿的含氧量一般在200(175)-400(450)ppm，因此氧是在銅液態(tài)狀態(tài)下吸入的。而上引法生產(chǎn)無氧銅桿則相反，氧在液態(tài)銅下保持相當(dāng)時間后，被還原而脫去，通常這種桿的含氧量都在10-50ppm以下，最低可達1-2ppm。

從組織上看，低氧銅桿中的氧以氧化銅的狀態(tài)，存在于晶粒邊界附近，這對低氧銅桿來說常見，但對無氧銅桿很少見。氧化銅以夾雜形式在晶界出現(xiàn)，會對材料的韌性產(chǎn)生負面影響。而無氧銅中的氧很低，所以這種銅的組織是均勻的單相組織，對韌性有利。在無氧銅桿中多孔性是不常見的，但在低氧銅桿中則是常見的一種缺陷。

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無氧桿一般采用上引法，低氧桿是連鑄連軋。相對而言低氧桿對漆包線性能更適應(yīng)些，如柔軟性、回彈角、繞線性能，但低氧桿對拉絲條件相對要苛刻些。同樣拉伸0.2的細絲，如果伸線條件不好，普通的無氧桿可拉，而好的低氧桿就斷線；但如果放在好的伸線條件，同樣的桿子，低氧桿說不定就能拉到雙零五，而普通無氧桿最多只能拉伸到0.1而已。當(dāng)然做的最細的如雙零二卻非得依靠進口的無氧銅桿了。兩者都可以拉到0.015mm，但在低溫超導(dǎo)線中的低溫級無氧銅，其細絲間的間距只有0.001mm。

▎熔化方式對S等雜質(zhì)的影響

連鑄連軋法主要通過氣體的燃燒使銅桿熔化，在燃燒過程中，通過氧化和揮發(fā)作用，可一定程度減少部分雜質(zhì)進入銅液，因此對原料要求相對較低。上引連鑄法是用感應(yīng)電爐熔化，電解銅表面的“銅綠”“銅豆”基本都會熔入到銅液中，其中熔入的S對無氧銅桿塑性影響極大，會增加拉絲斷線率。

▎鑄造過程中雜質(zhì)的進入

在生產(chǎn)過程中，連鑄連軋工藝需通過保溫爐、溜槽、中間包轉(zhuǎn)運銅液，相對容易造成耐火材料的剝落，在軋制過程中需要通過軋輥，造成鐵質(zhì)的脫落，會帶來外部夾雜。而過程中氧化物的軋入，對低氧桿的拉絲造成不利影響。上引連鑄法生產(chǎn)工藝流程較短，銅液是通過聯(lián)體爐內(nèi)潛流式完成，對耐火材料的沖擊不大，結(jié)晶是通過石墨模內(nèi)進行，所以過程中可能產(chǎn)生的污染源較少，雜質(zhì)進入的機會較少。

▎氧的分布形式及其影響

氧含量對銅桿的拉線性能有著明顯的影響。當(dāng)氧含量為最佳值時，銅桿斷線率最低。這是因為氧在與大部分雜質(zhì)反應(yīng)的過程中都起到清除器的作用。適度的氧還有利于去除銅液中的氫，生成水蒸氣溢出，減少氣孔的形成。

低氧銅桿氧化物的分布：在連續(xù)澆鑄中凝固的最初階段，散熱速率和均勻冷卻是決定銅桿氧化物分布的主要因素。不均勻冷卻會引起銅桿內(nèi)部結(jié)構(gòu)本質(zhì)上的差異，但后續(xù)的熱加工，柱狀晶通常會遭到破壞，使氧化亞銅顆粒細微化和均勻分布。氧化物顆粒聚集產(chǎn)生的典型情況是中心爆裂。除氧化物顆粒分布的影響外，具有較小氧化物顆粒的銅桿顯示出較好的拉線特性，較大的氧化亞銅顆粒容易造成應(yīng)力集中點而斷裂。

無氧銅桿含氧量超標，銅桿變脆、延伸率下降，拉伸式樣端口顯暗紅色，結(jié)晶組織疏松。當(dāng)氧含量超出8ppm時，工藝性能變差，表現(xiàn)為鑄造及拉伸過程中斷桿及斷線率極具增高。這是由于氧能與銅生成氧化亞銅脆性相，形成銅-氧化亞銅共晶體，以網(wǎng)狀組織分布在境界上。這種脆性相硬度高，在冷變形時將會與銅機體脫離，導(dǎo)致銅桿的機械性能下降，在后續(xù)加工中容易造成斷裂現(xiàn)象。氧含量高還能導(dǎo)致無氧銅桿導(dǎo)電率下降。因此，必須嚴格控制上引連鑄工藝及產(chǎn)品質(zhì)量。

▎氫的影響

在上引連鑄中，氧含量控制較低，氧化物副作用降低，氫的影響成為較顯著的問題。

吸氣后熔體中存在平衡反應(yīng)：H?O(g)=[O]+2[H]。氣體及疏松是在結(jié)晶的過程中，氫從過飽和的溶液中析出并聚集而形成的。在結(jié)晶前析出的氫又可還原氧化亞銅而生成水氣泡。由于上引鑄造的特點是銅液自上而下的結(jié)晶，形成的液體形狀近似錐型。銅液結(jié)晶前析出的氣體在上浮過程中被堵在凝固組織內(nèi)，結(jié)晶時在鑄桿內(nèi)形成氣孔。上引的含氣量少時，析出的氫存在于晶界處，形成疏松；含氣量多時，則聚集成氣孔，因此，氣孔和疏松是氫氣和水蒸氣兩者形成的。

氫來源于上引生產(chǎn)過程中的各個工藝環(huán)節(jié)，如原料電解銅的“銅綠”、輔料木炭、氣候環(huán)境潮濕、石墨結(jié)晶器未干燥等。因此，熔化爐中的銅液表面應(yīng)覆蓋經(jīng)烘烤的木炭，電解銅應(yīng)盡量去除“銅綠”、“銅豆”“耳朵”，對提高無氧銅桿質(zhì)量非常重要。

在連鑄連軋工藝中，往往采用適度控制氧含量來控制氫(Cu?O+H?=2Cu+H?O)。由于銅液在鑄造過程中是自下而上結(jié)晶，銅液中的氧和氫所產(chǎn)生的水蒸氣很容易上浮跑出，銅液中的氫大部分能被有效去除，因而對銅桿的影響較小。

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應(yīng)用

低氧銅桿和無氧銅桿都是電工用，不外乎就是電線電纜、漆包線、扁線、銅排，應(yīng)用領(lǐng)域沒太大區(qū)別。

無氧銅桿一般用電解銅生產(chǎn)，電阻率和加工性能優(yōu)于低氧銅桿，因此生產(chǎn)高要求的電工材料一般采用無氧桿，比如做漆包線，無氧桿做的肯定電阻更小，應(yīng)用于電機時發(fā)熱情況肯定優(yōu)于低氧桿。

制造無氧銅桿要求質(zhì)量較高的原材料，一般拉制直徑>1mm的銅線時，低氧銅桿優(yōu)點比較明顯，無氧銅桿顯得更為優(yōu)越的是拉制直徑<0.5mm的銅線。6mm的無氧銅桿用于生產(chǎn)銅扁線，3mm的無氧銅桿用于拉絲，生產(chǎn)電線銅芯、漆包線，主要應(yīng)用于電線電纜和電機。而低氧桿拉絲時，很難拉制低于0.5mm以下的細絲。

所以，現(xiàn)在基本上是大規(guī)格、電阻要求低的電工產(chǎn)品用低氧桿；小規(guī)格、電阻要求高的用無氧桿。而音響線一般反而喜歡用無氧桿， 這和無氧桿是單晶銅、低氧桿是多晶銅有關(guān)。

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