铜及铜合金热处理的保护气氛优化解决方案

根据热处理加热介质，铜及铜合金热处理可以分为普通热处理、保护气氛热处理（又称光亮热处理）和真空热处理。铜合金加热时常用的炉气类型见表7-15。

表7-15 热处理常用保护性气体类型和成分

（1）普通热处理 普通热处理是指在火焰炉中进行的热处理，加热介质为燃料燃烧的气体。一般不采用强氧化性气氛，也不采用还原性气氛，尤其是强还原性气氛。纯铜采用中性气氛或微氧化性气氛，无氧铜采用中性气氛或微还原性气氛。

（2）保护气氛热处理 保护气氛热处理通常采用电阻炉或气体燃料辐射管式加热炉。铜及铜合金常用保护性气氛选择见表7-16。

表7-16 铜及合金常用保护性气氛选择

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注：“○”表示可以选择。

1）铍青铜选择分解氨（表7-15中序号5）时，未分解氨的体积分数小于20%，以防止工件表面产生气泡。青铜保护气体可以使用氢气或分解氨气进行保护。

2）白铜选择的气氛需要干燥，并限制气体中硫含量。白铜可以采用强还原性气体保护。

3）黄铜在冷加工过程中变硬，需要进行中间退火和最终退火。退火过程中，如果有氧存在，则形成一层氧化膜。当铜的质量分数超过80%时，氧化膜由氧化铜和氧化锌组成。当铜的质量分数小于80%时，在黄铜表面上形成的氧化膜主要的是松散的（不致密）氧化锌。因为锌从内部扩散到表面，减少了氧化膜中的氧化铜。对于铜的质量分数小于70%的黄铜来说，尽管严格控制可控气氛中的氧化组分，以防止锌的氧化失去表面光泽，但光亮处理是很难成功的。在还原气氛下加热黄铜时，除了要防止氧化外，更重要的是处理前黄铜的表面应该是绝对清洁的，主要的原因是残留的轧制润滑油很难蒸发。因此，要想使表面变暗的可能降到最小，预先除油是必要的。如果在热处理时，没有采用保护气体，黄铜的半成品应该酸洗，把表面的氧化锌去掉，大多数酸洗是在稀硫酸中进行的，然后擦光表面，用湿的旋转的刷子抛光，最后干燥。黄铜也可以采用蒸汽作为保护气体。为了避免形成氧化皮，不可使用氧化气氛作为防氢脆的办法，折中的办法是使用轻微氧化气氛。

（3）真空热处理 大多数铜及其合金真空退火的真空度为0.1～1Pa就可以防止氧化（只在表面形成厚度小于100nm的氧化膜）；纯铜只要求1～10Pa的真空度。但黄铜在真空中退火会脱锌。对于锌、锰含量较高的铜合金，可在抽至低真空后往炉内充入（0.5～1）×10⁶Pa的氮气或氢气。真空退火冷却时，炉温降至100℃左右后才可以出炉，过早出炉会使合金氧化。