浅谈铜管金相制作缺陷与对策

严 静，刘 奇，周永涛，饶锦武

（江西省铜及铜产品质量监督检验中心，江西 鹰潭 335000）

1 铜管的优势

铜是人类发展史上最早接触的金属之一，具有悠久的历史，也是一种重要的有色金属，因其具有良好的导电性、导热性和延展性，以及制成合金后优异的机械性能，而被广泛用于电线电缆、电子产品和集成电路等领域。此外，金属铜可以再生利用，有利于环境保护，是可持续发展的绿色金属。

铜管一般以紫铜为原料，经压制和拉制而成的无缝管，铜管质地坚硬，不易腐蚀，且耐高温、耐高压，可在多种环境中使用。在供水、制冷、海水淡化等行业发挥着不可或缺的作用。铜管具有以下特点：重量较轻、易于加工和连接、可弯曲变形。主要有2方面的应用，第一：自来水的供应，铜管在自来水管道的应用中有天然的优势——杀菌，且同时兼具重量较轻、易于加工和连接等特点，因而，铜管是最好的自来水供应管道，也是住宅用房中自来水管道的首选；第二：换热设备，金属铜有着良好导热性，在太阳能、热交换器、冷凝器等热交换设备中的应用正是基于该特性。此外，铜管的质量也并非铝管、铁管可以媲美，例如：铜管的冰箱蒸发器和冷凝器的内锈只会发生在表面，而铁管上的铁锈则会慢慢脱落，导致铁管逐渐变薄，最终形成沙眼而不能使用。

2 铜管金相的作用及现状

金相显微组织与物理性能、化学性能有很大的关联，反映了金属金相的形态，可用以研究金属和合金内部的结构，也是金属材料试验分析的重要方法之一。金相显微组织检测作为分析金属组织结构的方法，在铜及铜合金的生产、研究中均有应用。在铜材的生产中，可以通过产品的金相组织结构，结合其它检测项目，了解生产状况；在失效分析中，金相显微组织检验结合扫描电镜、能谱、化学、力学等检测项目，可以分析铜产品的起皮、破裂和泄露等异常情况，在研究中，金相分析可以帮助研究人员获取新材料的组织结构和相态等信息。

在GB/T 17791-2017《空调与制冷设备用铜及铜合金无缝管》标准中，对退火后管材的晶粒度有要求，根据铜管状态，软化退火（O60）的平均晶粒度需在0.016mm～0.060 mm之间，轻退火（O50）的平均晶粒度≤0.040 mm，而QSn0.5-0.025管材软化退火（O60）的平均晶粒度则要求在0.010mm～0.035 mm之间[2]。GB/T 17791-2017引用YS/T 347-2004《铜及铜合金平均晶粒度测定方法》作为平均晶粒度的测定方法，而检验方法则采用YS/T 347-2004中引用的YS/T 449-2002《铜及铜合金铸造和加工制品显微组织检验方法》。自YS/T 449-2002实施以来，GB/T 17791已经历2007和2017版的2次更新，空调与制冷设备用铜管无论在品质、技术、工艺还是产量上均有了很大的飞跃，显然，YS/T 449-2002的检验标准已不能很好的满足现在生产需求和铜管的研究，具体表现在YS/T 449-2002标准中现有的方法可以满足基本的检测需求，但存在效率和质量不能兼顾的问题，从取样到完成检测所需时间长或不易得到高质量的金相组织结构。

3 金相制作中存在的缺陷

金相试样在研磨过程中，若操作不规范会产生各类缺陷，影响金相分析的准确性。

3.1 划痕太多

如图1划痕太多但不算很深，划痕太深主要是在磨样过程中用力过大，划痕过深会使得试样组织也会发生一定变形。划痕太多则是抛光过程中产生的新的划痕或者在90°切换磨样方向时，旋转的角度不够，故没有较好的去除划痕。

图1 划痕太多（200倍）

3.2 水纹

如图2水纹主要是抛光后清洗后表面的水分未及时吹凉，导致试样观察时有很多印痕，试样在显微镜下观察可以看到一块纹路，影响试样晶粒组织评定。

图2 水纹(50倍)

3.3 抛光麻点

在抛光过程中，抛光布的湿润容易造成试样局部形成微电池，造成内部腐蚀引起的小凹坑[1]，在样品抛光面上可以看到一些麻点，随着抛光布的旋转形成一条条细的黑纹。如图3。

图3 抛光麻点（200倍）

3.4 腐蚀不足或过度腐蚀

腐蚀也是金相磨制过程中比较容易出现的缺陷，腐蚀剂不同腐蚀的时间也有差别，腐蚀时间不足容易造成晶界不明显，腐蚀时间太长容易损坏结界。

图4 腐蚀不足（200倍）

图5 过度腐蚀（200倍）

3.5 晶相不识

同一个样品同一放大倍数存在两种晶相，对两种晶相存在疑惑。以为只有其中一种是晶相，两种皆为晶相，一种晶界清晰与另一种晶粒看起来更加立体，色彩更分明。

图6 晶界清晰（200倍）

图7 晶相立体（200倍）

4 金相快速制作的对策

为提高铜管显微组织检验的效率和质量，研究金相的快速检验方法既能够提高检验人员的工作效率，也能够帮助质量负责人及时、准确的了解铜管的组织结构，有利于及时发现铜管生产的异常情况。而对显微组织检测机理的研究则能够加深对检验方法的理解，有利于改进检验方法、提高检测效率。

4.1 去除划痕

研磨时不可用力过大，加在试样上的力要均匀。抛光时尽量旋转90°切换磨样方向时，切换的角度不能过大过小，可以标记其中的一个方向。同时如图1中的划痕可采用机械+化学抛光方式，机械抛光磨成图1的样子，肉眼可见的小划痕，再采用化学抛光的方式进行抛光，对于划痕来说，可以控制得较好。

4.2 去除水纹

抛光完的试样清洗完成后将表面水分及时吹干净，避免试验产生水纹。

4.3 去除麻点

抛光布及时清理更新，抛光过程中抛光布不宜过湿或者过干。抛光后期，水压放大，轻轻的扶着试样，让抛光机的水分清洗试样表面上的抛光剂残留。

4.4 合理腐蚀

为减少磨样时间，尽量分几次腐蚀，发现腐蚀不足再进行一次腐蚀，尽量不要过度腐蚀，过度腐蚀需要进行重新抛光处理再进行腐蚀。同时尽量避免腐蚀剂等污物会从样品裂缝处浸入到裂缝深处。腐蚀完成吹干后，检测面向下放置，浸入缝隙深处的液体污物可以渗出污染检验面。

5 展望

目前，已有部分技术人员有针对性的对磷铜球、铜导线等铜合金的金相浸蚀剂进行研究，但仍未涉及铜管，且研究仅限于浸蚀部分，而检验中浸蚀前的产品打磨、抛光也非常关键，若不能一并解决，即使有好的浸蚀剂，也不能在抛光不好的样品表面得到理想的金相显微组织，不利于铜加工企业的大批量检测，或可能出现效率低的问题。希望不久的将来有专门针对铜管的抛光和腐蚀剂，抛光采用机械+化学的方式，减少制样时间，尽快得到金相显微组织。