（1）铜与氧之间的作用 氧能有限地溶解于液态纯铜中，但在固态纯铜中的溶解度却极小。氧溶于铜是以Cu2O的形式进行的。如果合金中含有氢，则在凝固时，氧化亚铜（Cu2O）和氢在晶界产生化学反应，反应式为
Cu2O+H2=2Cu+H2O
反应生成的水蒸气使铸件在凝固时膨胀、组织疏松和产生大量气孔或晶间显微裂纹。当温度低于1200℃时，固态的氧化亚铜层是致密的，有阻止铜液继续氧化的作用。当温度高于1200～1230℃时，Cu2O呈液态，不能阻止铜液的氧化，所以熔炼纯铜必须在覆盖层下进行。
在铜液中加入一定量的铝或硅时，能在液面形成一层不溶于铜液的固态致密氧化膜，阻止铜液被氧化。加入锌、锰等元素，也能生成氧化膜，但防止氧化的作用远不如铝、硅那样显著。
（2）铜与氢之间的作用 铜与氢之间不发生化学反应，但氢在铜中有较大的溶解度，且随着温度的升高而显著地增大，尤其是在铜液凝固时，氢的溶解度发生剧烈的变化，因此铜液中很容易形成氢气孔。当氢含量太高时形成针孔；当氢含量很高时，产生集中的大气泡。
铜液中的氢主要来自炉气中的游离氢及碳氢化合物。磷含量较高的铜合金，在熔炼过程中容易与水蒸气反应，从而增加氢气孔。
镍吸氢能力强，会增加氢的溶解度。因为铝生成的氧化膜起阻碍作用，所以氢在铜-铝合金中的溶解度低。含锌的铜合金液虽发生锌与水蒸气的反应而析出氢，但在熔铜温度下锌的蒸气压较大，使锌在铜合金液中的溶解度显著降低。当锌含量较多[w（Zn）＞20%]时，即能完全阻止氢溶入铜合金液，可避免氢气孔的产生。
（3）铜与水蒸气（H2O）间的作用 水蒸气不能直接溶解于铜合金液，但在熔化状态的高温下，水蒸气能与铜合金液反应，生成的氧化亚铜和氢溶于铜合金液中。水蒸气使铜合金液中的氢含量增加，这是炉气中水蒸气造成铸件产生气孔的原因之一。水蒸气的来源有燃料中氢的燃烧、助燃的空气、炉料及耐火材料。
为了生产合格的铜铸件，除去氢、氧均是必要的。所以在熔炼初期，使炉内气氛为弱氧化性，以利于防氢，然后进行脱氧。
（4）铜与其他气体（N2、CO、CO2、SO2）间的作用 氮对各种铜合金均无害处。CO、CO2对大部分铜合金来说均为中性气体。CO有使铜脱氧的能力。SO2对铜合金液来说是有害的气体，能使铸件形成气孔或脆性的硫化物夹杂。所以金属炉料及覆盖熔剂硫含量要低。其对铅青铜则例外，因为一定量的硫可以减轻铅的偏析。
2.铜合金熔炼过程的一般原理
（1）铜液中氢的去除 方法有以下几种：
1）氧化-还原法。根据铜液中氢氧平衡的原理，当增加氧的浓度时，能降低氢的浓度，反之亦然。为此在熔炼铜时可先使铜液氧化以去氢。铜液中的氧则在浇注前再用脱氧剂除去，这样便可得到无气孔的致密铸件。
为了使铜氧化，炉内应保持弱氧化气氛。为了保证铜液内含有足够数量的氧，可在坩埚底部投入占炉料质量1%～2%的锰矿（过氧化锰）或占炉料质量0.9%～1.0%的Cu2O与KNO3的1∶1混合物。
氧化法除气适用于纯铜及Cu-Sn、Cu-Pb等合金，对于含有Al、Si、Mn等合金元素的铜合金，只能在加入合金元素及回炉料以前采用。
2）通氮法。氮气与铜合金不能起化学反应，也不溶于铜液，所以用来在铜液中形成气泡以除氢。其操作为：钢瓶中的氮气经减压后，通过干燥剂（如氯化钙）除水，再经带小孔的石墨管（或不锈钢管）通入铜液。通氮速度为20～25mL/min，压力（指压差）为（2～4）×104Pa，持续时间为1.5～3min。对锡青铜，通氮除气应在1200℃左右进行。锡锌铅青铜通氮后，力学性能提高，致密性好，还有细化晶粒的作用。其工艺参数为：通氮压力为（3～5）×104Pa，持续时间为3～5min，温度为1150～1250℃。
由于氮气处理只能排除氢气，因此合金在浇注前还需要用磷铜脱氧。用氮除气适用于熔池较深的坩埚熔炼。对于反射炉，用氮除气效果不显著。
3）加氯化锌法。该方法目前主要用于铝青铜的熔炼，反应生成的AlCl3和ZnCl2气泡有除氢作用。
4）沸腾法。对于锌含量高的黄铜，可将其过热片刻，所产生的锌蒸气泡具有除气作用。
在熔池中加入炉料质量0.25%～1.0%的碳酸钙，受热分解后生成的CO2气泡以及磷铜脱氧产生的P2O5气泡均有除气作用。
（2）铜液吸氢的防止 炉料不应沾有油污。当无法控制炉内气氛时，在坩埚上加盖或在铜液表面用熔剂覆盖。若用木炭覆盖，则应先焙烧，以除去吸附的碳氢化合物。加入铜液中的电解铜（或电解镍），最好先在400～450℃预热4～5h，以去除吸附的氢。
水蒸气对纯铜液中的氢含量影响不大，但当铜液中含有铝、硅等元素时，由炉料、工具或覆盖剂所带入的水分，仍是铜合金液中氢的来源之一，故在使用前应充分预热。
（3）铜液的脱氧
1）脱氧原理：氧化亚铜（Cu2O）溶于铜液中，不能用机械的方法将氧除尽，但Cu2O稳定性差，可使铜被还原出来而生成不溶于铜液的新氧化物，并将它从铜液中排除，这个过程称为“脱氧”。用于去除铜液中氧的物质称为“脱氧剂”。
2）脱氧剂的种类：主要有表面脱氧剂和可溶于金属液的脱氧剂两种。(www.xing528.com)
①表面脱氧剂。这种脱氧剂本身不溶于金属液，为了避免混入金属液而成为夹杂，仅停留在金属液面上进行脱氧，故称为表面脱氧剂，如木炭、碳化钙、硼化镁、硼渣等。这种脱氧剂的优点是在金属液中不会溶有过剩的脱氧剂，因而可获得高度纯净的合金。其缺点是反应速度缓慢，一般不常使用。
为了加速反应，在采用固体脱氧剂时，应在加入前将其研成粉末。对于在熔炼温度下呈液态的脱氧剂（如硼渣），则应不断搅拌，使其与金属液充分地接触。用液态脱氧剂时的反应速度比用固态脱氧剂时高得多。
②可溶于金属液的脱氧剂。这种脱氧反应在整个熔池内进行，因此反应速度较快。其缺点是可能有剩余脱氧剂留在金属液中，影响金属的性能。这类脱氧剂的有磷、锂和锌。
磷脱氧后的产物是五氧化二磷和亚磷酸铜，呈液态，密度小，很容易排除。其缺点是降低铜的导电性。磷通常以磷铜中间合金的形式加入。
锂不但有脱氧的能力，而且具有除氢作用。用锂脱氧后需静置一段时间，以使反应产物能充分地排除。锂加入前应去油，加入时必须用石墨钟罩压入铜液深处。锂以金属锂或锂-铜、锂-钙中间合金的形式加入。
氧化亚铜很容易被锌还原，氧化锌在铜液温度下虽为固态，但由于锌蒸气泡的浮游作用，很容易被带出液面，故锌含量较高的铜合金（黄铜），一般就无须采用其他脱氧剂了。
3）铜液的脱氧操作。磷铜中磷的质量分数为8%～14%。磷铜除了使铜液脱氧以外，五氧化二磷气泡还有除气和去除夹杂的作用。因此，它是铜液的精炼剂。磷铜的加入量一般为铜液质量的0.2%～0.4%，并使铜液中剩余有质量分数为0.005%～0.02%的磷。
在生产中，磷铜分两次加入铜液：第一次是在炉料中纯铜熔化后加入约为炉料质量0.3%的磷铜，以进行脱氧，再加其他元素以减少夹杂和损耗；第二次是在铜液浇注前加入炉料质量0.1%的磷铜，以起辅助脱氧和精炼作用。
3.铜合金的熔剂
铜合金的熔剂主要有覆盖熔剂和精炼熔剂两类。
（1）覆盖熔剂 为了减轻铜液的氧化，熔化铜及铜合金时都采用覆盖剂。常用的覆盖剂有以下几种。
1）木炭。碳在大部分铜合金液中的溶解度极小。木炭在高温下与大气中的氧生成一氧化碳（CO），因此，能阻止大气中的氧进入铜液。一氧化碳对铜液也起着辅助的脱氧作用。
木炭对酸碱性炉衬都无侵蚀作用。它常用作纯铜（紫铜）的覆盖剂，也用作铝青铜、铅青铜熔炼时的覆盖剂。为了减轻锰等元素的烧损，常将木炭与硼砂、碎玻璃联合使用。
木炭覆盖层的厚度一般为20～30mm，块度为10～30mm，用量为金属料质量的0.5%～0.7%。
熔化黄铜时，较少单独用木炭作覆盖剂。熔炼ZCuZn40Pb2铸造黄铜时，用占金属料质量0.1%的冰晶石粉和占金属料质量0.3%木炭粉的混合物作覆盖剂效果良好。
木炭中含有挥发性的碳氢化合物，且易吸潮，在使用前应进行烘干，以减少氢含量，并去除水分。
2）碎玻璃。它在液态下隔绝气体效果好，一般不单独使用，而常加入碳酸钠或硼砂以降低其熔点和黏度。常使用的熔剂成分（质量分数）为：50%碎玻璃+50%碳酸钠，作锡青铜、黄铜、铝青铜及铜-镍合金等的覆盖剂，还加入5%～10%的氟盐以提高熔剂对Al2O3的精炼能力；用质量分数为37%的碎玻璃+质量分数为63%的硼砂作硅青铜及硅黄铜的覆盖剂，也可用于其他铜合金；Cu-Ni合金用质量分数为90%～95%的碎玻璃+质量分数为5%～10%的石灰石的混合物作覆盖剂。
这些熔剂均为酸性，适用于酸性或中性炉衬，覆盖层厚度为4～5mm，碎玻璃也可用硅砂代替。
3）食盐。食盐由于黏度小，故覆盖作用良好，还有去除氧化夹杂的能力，可单独使用，也可与硼砂等配合使用，常用作黄铜及锡青铜的覆盖剂。由于食盐呈中性，因此可用于各种炉衬，用量为金属料质量的0.4%～0.5%。
（2）精炼熔剂 熔炼铜合金时，铜液中的SiO2、Al2O3、SnO2等氧化物夹杂极难用脱氧的办法还原，而且在熔铜温度下大多呈固态。PbO虽为液态，但其密度略大于铜液，故难以自行排除。用浮游法除气也有去除夹杂的作用，但夹杂较多时，较彻底的办法还是用精炼剂来精炼。
铜液中的氧化物可分为酸性（如SiO2、SnO2、Sb2O3、B2O3等），中性（如Al2O3）及碱性（如ZnO、MnO、FeO、PbO等）三类。为了去除酸性夹杂物，应加入碱性熔剂。去除碱性氧化物用酸性熔剂。去除中性氧化物则用强碱性或强酸性熔剂。这种形成复合化合物再排除铜液的作用称为“造渣”。
铜液中不溶氧化物有SiO2、Al2O3、SnO2，一般用碱性熔剂，常用的是碳酸钠及生石灰。
去除SnO2的精炼剂为质量分数为50%的Na2CO3+质量分数为50%无水硼酸或CaO与硼酸的混合物。值得注意的是：精炼剂中不得含有SiO2，否则会形成高熔点产物，难于从铜液中排除。
去除SiO2及Al2O3时，单独用Na2CO3即可。在去除Al2O3时还常用质量分数为55%的Na2CO3+质量分数为45%的SiO2的精炼剂。熔炼铝青铜、铝黄铜时，为了去除Al2O3，常用含氟盐的精炼熔剂，如质量分数为45%的Na2CO3+质量分数为55%的CaF2，以及质量分数为60%的CaCl2+质量分数为40%的Na3AlF6等。熔炼铝青铜时，也可用质量分数为60%的光卤石+质量分数为40%的氟化钠，或80%冰晶石+20%氟化钠组成的熔剂。这两种熔剂用前要干燥，且加入一定的食盐混匀。食盐应在200℃烘4～6h，加入量为金属料质量的0.6%～1.0%。
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