ההבדל בין הביצועים של מוט נחושת דל חמצן למוט נחושת נטול חמצן
מוט נחושת הוא חומר הגלם העיקרי של תעשיית הכבלים. ישנן שתי שיטות ייצור עיקריות: יציקה וגלגול רציף ויציקה רציפה כלפי מעלה. קיימות שיטות רבות לייצור מוטות נחושת דלי חמצן על ידי יציקה וגלגול מתמשכים. המאפיינים הם שאחרי שהמתכת נמסה בתנור האנכי, נוזל הנחושת עובר דרך תנור הבידוד, המצנח והפח, ונכנס אל חלל העובש הסגור מצינור המזיגה. מקורר אותו בעוצמת קירור גדולה כדי ליצור בילט יצוק, ולאחר מכן מגלגלים אותו מספר פעמים. מוט הנחושת דל החמצן המיוצר הוא מבנה מעובד חם. מבנה היציקה המקורי נשבר, ותכולת החמצן היא בדרך כלל בין 200 ל-400 עמודים לדקה. מוטות נחושת נטולי חמצן מיוצרים בעצם כולם בסין על ידי יציקה רציפה כלפי מעלה. לאחר המסת המתכת בכבשן האינדוקציה, היא נוצקת דרך תבנית גרפיט, ולאחר מכן מגלגלת קר או מעובדת בקור. מוט הנחושת נטול החמצן המיוצר הוא מבנה יציקה עם תכולת חמצן בדרך כלל מתחת ל-20 עמודים לדקה. בשל תהליכי ייצור שונים, ישנם הבדלים גדולים בהיבטים רבים כגון מבנה ארגוני, חלוקת תכולת חמצן, צורת טומאה והפצה.
1. ביצועי ציור
ביצועי השרטוט של מוטות נחושת קשורים לגורמים רבים, כגון תכולת טומאה, תכולת חמצן ופיזור, בקרת תהליכים וכו'. ביצועי השרטוט של מוטות נחושת מנותחים מההיבטים לעיל.
1. השפעת שיטת ההיתוך על זיהומים כגון S
ייצור יציקה וגלגול מתמשך של מוטות נחושת ממיס בעיקר את מוטות הנחושת באמצעות שריפת גז. במהלך תהליך הבעירה, ניתן להפחית חלק מהזיהומים במידה מסוימת באמצעות חמצון ונידוף. לכן, לשיטת היציקה והגלגול יש דרישות נמוכות יחסית לחומרי גלם. בייצור של מוטות נחושת נטולי חמצן, מכיוון שתנור האינדוקציה משמש להתכה, ה"פטינה" ו"שעועית הנחושת" על פני הנחושת האלקטרוליטית בעצם נמסות לתוך נוזל הנחושת. ביניהם, ל-S המומס יש השפעה רבה על הפלסטיות של מוטות נחושת נטולי חמצן והיא תגביר את קצב השבירה של שרטוט החוטים.
2. כניסת זיהומים במהלך היציקה
במהלך תהליך הייצור, תהליך היציקה והגלגול הרציף צריך להעביר נוזל נחושת דרך תנור הבידוד, המצנח והפח, שקל יחסית לגרום לקילוף של חומרים עקשנים. בתהליך הגלגול הוא צריך לעבור דרך הגלגלת, מה שגורם לנפילת הברזל, מה שיגרום לתכלילים חיצוניים למוט הנחושת. גלגול של תחמוצות על ומתחת לעור במהלך גלגול חם ישפיע לרעה על שרטוט החוטים של מוטות דלי חמצן. תהליך הייצור של שיטת היציקה הרציפה כלפי מעלה הוא קצר יחסית. נוזל הנחושת הושלם על ידי הזרימה השקועה בכבשן המשותף, אשר לה השפעה מועטה על החומר העמיד. ההתגבשות מתבצעת בתבנית הגרפיט, כך שיש פחות מקורות זיהום שעלולים להיווצר בתהליך ופחות הזדמנויות לכניסת זיהומים.
O, S ו-P הם יסודות המייצרים תרכובות עם נחושת. בנחושת מותכת ניתן להמיס חמצן חלקית, אך כאשר נחושת מתעבה, החמצן כמעט בלתי מסיס בנחושת. החמצן המומס במצב מותך משקע כמו תחמוצת קופרו נחושת=אוטקטית ומופץ בגבולות התבואה. המראה של תחמוצת נחושת-קופרוס אוקטיקה מפחיתה משמעותית את הפלסטיות של הנחושת.
ניתן להמיס גופרית בנחושת מותכת, אך בטמפרטורת החדר, המסיסות שלה כמעט מופחתת לאפס. הוא מופיע בגבולות התבואה בצורה של גופרתי קופרוס, אשר מפחית באופן משמעותי את הפלסטיות של הנחושת.
3. צורת הפצה והשפעה של חמצן במוטות נחושת דלי חמצן ומוטות נחושת נטולי חמצן
לתכולת החמצן יש השפעה משמעותית על ביצועי ציור החוטים של מוטות נחושת דלי חמצן. כאשר תכולת החמצן עולה לערך האופטימלי, קצב שבירת החוט של מוט הנחושת הוא הנמוך ביותר. הסיבה לכך היא שהחמצן פועל כסורק בתהליך התגובה עם רוב הזיהומים. חמצן מתון תורם גם להסרת מימן מנוזל הנחושת, יצירת הצפת אדי מים והפחתת היווצרות נקבוביות. תכולת החמצן האופטימלית מספקת את התנאים הטובים ביותר לתהליך שרטוט החוטים.
הפצת תחמוצות מוטות נחושת דלת חמצן: בשלב הראשוני של התמצקות ביציקה רציפה, קצב פיזור החום והקירור האחיד הם הגורמים העיקריים הקובעים את התפלגות תחמוצות מוטות הנחושת. קירור לא אחיד יגרום להבדלים מהותיים במבנה הפנימי של מוט הנחושת, אך בעיבוד חם שלאחר מכן, הגבישים העמודים בדרך כלל ייהרסו, מה שהופך את חלקיקי תחמוצת הקופרוס לעדינים ומפוזרים באופן שווה. המצב האופייני שנגרם כתוצאה מהצטברות של חלקיקי תחמוצת הוא התפרצות מרכזית. בנוסף להשפעה של פיזור חלקיקי תחמוצת, מוטות נחושת עם חלקיקי תחמוצת קטנים יותר מראים מאפייני ציור תיל טובים יותר, וחלקיקי Cu2O גדולים יותר נוטים לגרום לנקודות ריכוז מתח ושבירה.
תכולת החמצן של נחושת נטולת חמצן עולה על התקן, מוט הנחושת הופך שביר, ההתארכות פוחתת, יציאת דפוס המתיחה נראית אדום כהה, והמבנה הגבישי רופף. כאשר תכולת החמצן עולה על 8ppm, ביצועי התהליך מתדרדרים, מה שמתבטא בעלייה משמעותית בשיעור המוטות והחוטים השבורים במהלך היציקה והמתיחה. הסיבה לכך היא שחמצן יכול להגיב עם נחושת ליצירת שלב שביר של תחמוצת קופרוס, ויוצר אוקטיקה של תחמוצת נחושת-קופרוס, המופצת בגבול עם מבנה רשת. לשלב שביר זה יש קשיות גבוהה והוא ייפרד מגוף הנחושת במהלך דפורמציה קרה, וכתוצאה מכך ירידה בתכונות המכניות של מוט הנחושת ושבר קל בעיבוד שלאחר מכן. תכולת חמצן גבוהה יכולה גם להוביל לירידה במוליכות של מוטות נחושת נטולי חמצן. לכן יש לשלוט בקפדנות על תהליך היציקה המתמשכת כלפי מעלה ואיכות המוצר.
4. השפעת מימן
ביציקה רציפה כלפי מעלה, תכולת החמצן נשלטת ברמה נמוכה, ותופעות הלוואי של תחמוצות מצטמצמות מאוד, אך השפעת המימן הופכת לבעיה משמעותית יותר. לאחר השאיבה יש תגובת שיווי משקל בהמסה: H2O(g)=[O]+2[H];
גז ורפיון נוצרים על ידי משקעים וצבירה של מימן מהתמיסה העל-רוויה במהלך תהליך ההתגבשות. המימן המשקע לפני ההתגבשות יכול להפחית את תחמוצת הקופרוס ליצירת בועות מים. מכיוון שהאופיין של יציקה כלפי מעלה הוא התגבשות של נוזל נחושת מלמעלה למטה, צורת הנוזל הנוצר היא חרוטית בקירוב. הגז המשתחרר לפני התגבשות נוזל הנחושת נחסם במבנה ההתמצקות במהלך תהליך הציפה, ובמוט היצוק נוצרות נקבוביות במהלך ההתגבשות. כאשר תכולת הגז של העופרת כלפי מעלה קטנה, המימן המשתחרר קיים בגבול התבואה, ויוצר רפיון; כאשר תכולת הגז גבוהה, הוא נאסף לנקבוביות. לכן, נקבוביות ורפיון נוצרות הן על ידי מימן והן אדי מים.
מימן מגיע מקישורי תהליכים שונים בתהליך ייצור העופרת כלפי מעלה, כגון ה"פטינה" של חומר הגלם הנחושת האלקטרוליטית, חומר העזר פחם**, סביבת האקלים** ומגבש הגרפיט אינו מיובש. לכן, יש לכסות את פני נוזל הנחושת בכבשן ההיתוך בפחם אפוי, והנחושת האלקטרוליטית צריכה לנסות להסיר את ה"פטינה", "שעועית הנחושת" וה"אוזניים", דבר שחשוב מאוד לשיפור האיכות של מוטות נחושת נטולי חמצן.
בתהליך היציקה והגלגול הרציף, שליטה מתונה בתכולת החמצן משמשת לעתים קרובות לשליטה במימן. Cu2O+ H2= 2Cu+ H2O
מאחר ונוזל הנחושת מתגבש מלמטה למעלה במהלך תהליך היציקה, אדי המים הנוצרים על ידי חמצן ומימן בנוזל הנחושת יכולים לצוף בקלות ולברוח, וניתן להסיר ביעילות את רוב המימן בנוזל הנחושת, כך ההשפעה על מוט הנחושת קטנה.
