铜及铜合金材料防腐研究进展

徐育成

（中铁建电气化局集团轨道交通器材有限公司，江苏 常州 213179）

铜作为一种古老金属，在历史和时代发展的过程中，其冶炼和制作工艺被不断改善优化[1]。由于铜及铜合金材料在冶炼过程中具有较高的强度和导热性能，以及强大的耐腐性优势，因此被普遍应用与当前各种现代化工业和工程中，并对国民经济和社会发展起着举足轻重的重要作用。随着当前现代化建设和发展，对当前的铜金属材料的优化和改善提出了更高的要求，为了更好的提高铜及铜合金材料的使用效果和质量，对铜及铜合金材料防腐研究现状与未来的发展趋势进行分析，并根据分析结果提出相关优化建议，根据铜及铜金属材料特性进行工业加工，从而提高其防腐性[2]。根据铜及铜合金材料自身的高强度、硬度和耐磨性特征对其导热系数和稳定刚度进行改善。

1 铜及铜合金材料防腐研究

对当前铜及铜合金材料受损侵蚀情况进行调查，针对金属材料的腐蚀现象进行研究发现，铜及铜合金材料的腐蚀现象主要是受到环境及化学作用影响所产生的现象，也就是说，金属材料的腐蚀主要原因在于化学或电化学及外部环境破坏下产生腐蚀现象，其具体受损原来如下图所示：

图1 铜及铜合金材料受损原理

根据上图不难理解，在铜及铜合金材料的使用过程中，受到外界环境和材料使用年限等多种因素影响，仍会出现腐蚀性问题。为此，在传统方法基础上进行优化，对铜及铜合金材料腐蚀情况进行分析，积极采取防腐措施势在必行。

为了对铜及铜合金材料防腐方法进行研究，首先需要对当前铜及铜合金材料的防腐方法进行分析研究，具体包括：热喷涂方法、等离子喷焊方法、铜粉保护方法及其他方法。为了更直观的对当前我国常见的铜及铜合金材料防腐方法的使用率和实用性进行展示，调查并绘制了下图：

图2 我国铜及铜合成材料防腐方法占比

根据上述调查结果进一步进行分析，对传统的铜及铜合金材料防腐方法进行调查，从而充分吸取传统方法中的优点，摒弃传统集中防腐方法的不足之处进行防腐研究。

1.1 热喷涂方法

如图2所示，在当前常见的铜及铜合金材料防腐方法中，热喷涂方法所占比重相对较大，其原理为结合涂层的方法对铜及铜合金材料表面进行喷涂或喷焊处理，从而最大限度上避免铜及铜合金材料表面出现熔化，经过热喷处理后的材料涂层会出现基体互熔现象，最终使其重熔面积不断扩散。其中，铜及铜合金材料热喷涂方法类型相对比较多，具体包括：

1.1.1 氧—乙炔火焰法

该方法的应用历史相对较为古老，其原理是利用铜及铜合金材料的特性，结合火焰的高温对铜材料进行烧制，在高温熔融下产生粉末或丝状残留物，并将残留物进行金属表面涂层处理，从而起到对材料的保护作用，该方法具有操作简单、资源消耗较低等优点，但是在氧—乙炔火焰喷涂方法在使用过程中，如果对其火候掌握不好则极易造成金属表面涂层孔隙率较大的问题，从而导致材料强度降低。

1.1.2 电弧法

电弧喷涂是在两根丝状的金属材料之间产生电弧，电弧产生的热量使金属丝熔化，熔化部分由压缩空气气流雾化并喷向基体表面而形成涂层。该工艺也具有设备使用方便、效率高等特点，但喷涂材料必须是导电的金属及合金丝，因而其应用受到了一定限制，但它的高效率使得它成为对金属材料进行大面积防腐加工处理方法中的首选工艺。但该方法存在资源损耗过大，操作困难等不足。

1.1.3 爆炸喷涂法

爆炸喷涂方法相对较为古老，它的使用原理为：利用喷涂过程中的压力差进行喷涂，利用可燃性气体产生高能量爆破，从而加速材料加热效果，使金属材料在快速轰击下迅速被完成表面涂层处理。爆炸喷涂法通过高超音速风洞的产生原理进行表面涂层处理，具有喷涂紧密，结合强度高等优势，但该方法在实际操作过程中易产生极大的噪音，且操作不当极易发生危险，威胁操作人员的生命健康安全。

1.2 激光熔覆方法

激光熔覆方法是近代工业发展的产物，其原理为：通过利用高能密度激光束对铜及铜合金材料表面进行熔融处理，通过激光熔覆，使金属材料表面产生与基体不同的成分和性能，并快速凝固，从而达到对廉价金属表面进行高性能合金熔覆的目标。从而实现降低金属加工成本，提高通及铜合金材料耐磨性、耐腐性和抗氧化性等性能。在对铜及铜金属材料进行激光熔覆处理的过程中，要对其稀释率进行科学设置和有效掌控，减少材料内成分不被基体稀释的可能，避免材料性能受到加工的影响，保证材料在加工后能有效保证其最佳性能状态。

针对不同的金属材料性能和成分，在进行激光熔覆处理的过程中，通常可选择合金预置法和同步送料法两种方法进行加工处理。由于同步送料法操作过程相对较为复杂且对处理环节等相关影响因素要求极高，因此使用几率相对较少。在此前提下，主要以合金预置法为主。

该方法通过粘粘、电镀、预置等方法对需要熔覆的材料进行加工，并利用激光束在金属表层进行加工处理，使之在激光作用下有效进行热量传递，能量使温度升高并熔化，同时通过热传导将表面热量向内部传递，和融化现象，从而在金属材料表面产生熔覆层进行防腐蚀保护。但该方法在使用过程中对操作人员的熟练程度和经验要求相对较高，且对资金和环境要求较高，在选择的故操作需要其性价比进行计算分析。

1.3 等离子喷焊法

在诸多的铜及铜合金材料防腐方法中，等离子喷焊的方法主要是通过将热源设置为等离子转移弧进行喷焊防腐的方法。该方法通常需要整流电源的正负极进行并联处理，使之通过电缆产生转移弧，在转移弧产生后利用其具有高频火花点的特征进行喷射。

需要注意的是在对铜及铜合金材料进行等离子喷焊的过程中，一旦具有高频火花点的转移弧成功建立，则材料表面即已形成了一定的熔池区域，因此为避免对材料成分和性能的损伤，在喷焊熔融处理的操作过程中需要不断对喷枪进行规律移动，从而使金属材料表面快速凝固，完成重熔。在选择等离子喷焊法对铜及铜金属材料进行喷涂过程中，要注意对弧柱极易出现融化沉积现象。同时在选取等离子喷焊法对铜及铜合金材料进行重熔的过程中，受到高温加热环境影响，材料表面熔融期间若操作不慎则极易落入粉末等杂质对熔池转移弧产生影响，冲淡阳极区域的热量。总而言之该方法实际操作过程中难度相对较大，且对环境要求相对较高，因此该方法的选取几率相对较低。

2 铜及铜合金材料防腐研究发展及展望

在现代化工业飞速发展的时代背景下，铜及铜合金材料已经成为人们日常生产和生活中不可缺少的重要材料。对我国近十年来的铜及铜合金材料防腐研究情况进行调查分析发现，相对于60年前而言，我国铜材料的使用和生产相对增加了近600倍，且其防腐性相对于早年有明显提高。充分说明了当前我国铜产品及相关行业的发展趋势良好，当前我多各行各业对铜质产品的需求量有增无减。可以说，铜及铜合金材料的使用发展具有十分良好的市场前景。我国对铜及铜合金材料进行科学防腐处理的需求量也与日俱增。

由于我国对铜及铜合金材料的防腐方法研究时间相对较短，因此可选取方法相对较为有限，但近年来，相关专家学者纷纷开始重视并进行研究，提出了纯铜线喷涂、电刷及电极表面喷涂等方法对传统化防腐方法进行优化。

目前提出的相关优化方法中仍存在部分不足有待优化，但整体相对于传统方法而言有了极大的改善和进步。结合当前时代发展趋势和铜及铜合金材料防腐方法技术现状，对于铜及铜合金材料的防腐处理后续研究可从以下几个方向展开：

（1）研究不同环境下铜及铜合金材料的腐蚀机理，根据腐蚀机理选用适用于不同环境的防腐处理方式。

（2）开发新型环保防腐涂层材料，结合先进的涂覆技术进行推广应用。

（3）加强铜合金零件表面涂层涂覆技术的研究，推进新型微纳米碳复合材料、表面超疏水材料在铜及铜合金防腐处理上的应用。

（4）研究热处理工艺、稀土元素等因素对铜合金材料防腐性能的影响，制备具有较好耐腐蚀性的新型铜合金材料。

3 结语

当前在我国社会各行各业中对铜及铜金合金材料的应用十分广泛，直接影响着我国现代化工业和经济的发展情况。为了更好的提高铜及铜合金材料防腐性能，对当前常见的防腐方法进行调查和研究，根据研究结果提出相关的优化建议，并结合当前时代发展趋势对铜及铜合金材料防腐方法进行优化，展望其发展趋势，以期更好的促进现代化工业和经济的健康长远发展。