摘要：某公司使用ＴＵ１无氧铜棒生产电真空器件，封装过程中铜棒表面起泡。采用低倍检验、金相检验、化学成分分析、扫描电镜以及能谱分析等方法对起泡原因进行了分析
。结果表明：ＴＵ１无氧铜棒在挤制过程中尾部切除不完全，存在皮下缩尾缺陷，皮下缩尾缺陷中的氧化物夹杂是导致铜棒表面起泡的主要原因。
关键词：ＴＵ１无氧铜棒；电真空器件；表面起泡；皮下缩尾；氧化物夹杂
中图分类号：ＴＧ３７９ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００１－４０１２（２０１７）０２－０１４４－０３
电真空器件主要应用于高频和超高频发射管、高压和超高压开关、波导管、磁控管等领域，要求严格控制材料中的氧含量，其原因是电真空器件需要在氢气中加热封装，氧的存在会导致氢气病［１］的发生，引起器件在高真空环境中的破坏，因此电真空用铜必须用高纯度的无氧铜作为原材料。某公司选用ＴＵ１无氧铜棒作为生产电真空器件的原材料，在封装过程中发现工件表面起泡，导致产品报废。一段时间以来，无氧铜及其他紫铜在生产过程中产生起泡现象一直困扰着原材料生产厂家。为此，笔者通过***的理化检验及分析探讨了可能导致该批无氧铜工件表面起泡的原因，并给出了改进措施。
１.理化检验
１．１低倍检验
ＴＵ１无氧铜电真空器件表面的鼓泡形貌如图１所示，图中箭头所指为鼓泡。对工件横端面车削后用体积分数为３０％的硝酸水溶液腐蚀，肉眼可观察到
在棒材近表面存在皮下缺陷，未发现其他低倍缺陷，如图２所示，图３为图２中箭头所指缺陷的放大形貌，可以清楚地看到裂口的外侧向外鼓出形成起泡。
１．２金相检验
对工件沿横端面和纵截面取样，经金相制样并侵蚀后在金相显微镜下观察。工件显微组织为α单相再结晶组织，晶间无第二相，组织正常。在工件横端面和纵截面金相试样上均可观察到皮下缩尾缺陷，如图４和图５所示，图中箭头１所指为缺陷，箭头２所指为工件外表面。
对工件有缺陷处和无缺陷处分别取样进行氢气退火，按 ＹＳ／Ｔ ３３５—２００９《无氧铜含氧量金相检验方法》［２］进行等级评定。有缺陷处经氢气退火后，晶间严重开裂，氧含量等级为５级，见图６；无缺陷处经氢气退火后，晶间无裂纹，氧含量等级为１级，见图７。
１．３化学成分分析
对工件取样进行化学成分分析，其中氧含量在美国力可定氧分析仪上分析，其他元素含量均在美国热电４４６０型直读光谱仪上分析。各元素含量分析结果和 ＧＢ／Ｔ ５２３１—２０１２《加工铜及铜合jinpai号和化学成分》［３］中 规 定的 ＴＵ１ 无 氧 铜化学成分见表１。可见工件所有杂质元素的含量均小于标准规定的含量上限要求，尤其是氧含量远低于标准规定的含量要求。
１．４扫描电镜分析
工件起泡处剖开后底部的扫描电镜（ＳＥＭ）形貌如图８所示，可见表面有明显的附着物，对附着物进行能谱（ＥＤＳ）分析，结果显示附着物主要为由氧、铜、铝等元素组成的氧化物，见图９。
２.分析与讨论
工件材料为 ＴＵ１无氧铜棒，原始棒材机加工后经真空高温钎焊，表面出现较多、大小不等的起泡，起 泡 表 面 圆 滑、饱 满，且 沿 加 工 方 向 稍 有 拉 长（图１）。工件端面低倍腐蚀后观察，组织较细，在距棒材近表面处存在不连续的环状皮下缩尾缺陷，局部已张开并形成裂口（图２），裂口的外侧向外鼓出形成起泡（图３），未发现其他低倍缺陷。缩尾是挤压制品尾端的一种特殊缺陷，按其在制品上分布的位置，可分为一次缩尾、二次尾、皮下缩尾。皮下缩尾位于制品表面或近表面，严重的可以形成表面分层。挤制品在挤压后期死区附近的金属因剧烈滑移产生很大的剪切应力而断裂，此时剩余锭坯表面的氧化膜、润滑剂等污物沿着断裂面流入挤制品包覆在表面或近表面，从而形成皮下缩尾缺陷［４］。从工件横端面显微组织中观察到了这种氧化物夹杂，气泡剖面局部张开，裂口中间有空隙（图４），裂口处外侧金属较薄，向外鼓出形成起泡；工件纵截面显微组织中缺陷多表现为沿轴向分布的一条不连续的黑色条状夹杂物，同样存在局部张开、中间有空隙的裂口 （图 ５），向 外 侧 鼓 出 的 特 征 也 同 样 明 显。将存在皮下缩尾的试样在氢气气氛中加热到８４０℃保温２０ ｍｉｎ 退火处理，夹杂缺陷处晶界严重开裂（图６），金相法检验得到的氧含量等级为５级，而没有缺陷的部位未发生晶界开裂（图７），金相法检验得到的氧含量等级为１级。鼓泡底部位置的电镜扫描和能谱分析结果显示，鼓泡底部表面有附着物，且附着物为氧化物夹杂（图８和图９）。工件化学成分分析结果显示，各组成元素含量均符合标准技术要求，原材料氧含量也在正常范围内。低倍检验结果表明，工件除了皮下缩尾外无其他缺陷，低倍组织正常。工件显微组织为 α单相再结晶组织，晶间无第二相，显微组织也正常。
由此可见，由于工件近表面处存在不连续的皮下缩尾缺陷，皮下缩尾中的氧化物夹杂含有大量的氧元素，在氢气气氛中高温封装时与氢气发生反应生成水蒸气，产生较大的压力，当压力超出工件外侧金属层的强度时，外侧金属层便会发生变形向外鼓出，在工件表面形成起泡［５］。
3.结论及建议
（１）由于工件近表面处存在不连续的皮下缩尾缺陷，皮下缩尾中的氧化物夹杂含有大量的氧化亚铜或氧化铜，是导致工件在氢气中加热封装时表面形成起泡的主要原因。
（２）减轻或避免缩尾的措施有：切除尾部；选择合理的挤压温度和挤压速率，并改进模具为挤压时提供金属均匀流动条件，减少紊流可使缩尾大大减轻；另外采用脱皮挤压也可减 轻缩尾，提高挤制品质量。