金属加工液范文第1篇

关键词：金属切削液 工艺作用 选用原则 处理设备 水基切削液 油基切削液 设备维护

1 概述

在机械加工生产中，金属切削液是一种重要的工艺辅助材料。正确使用金属切削液可以减少刀具消耗、降低零件报废率、降低企业成本。金属切削液的应用和管理是机械加工中的一个重要课题，在精密加工中尤其具有重要的意义。

本文结合生产实践，对金属切削液的特点及适用性进行了阐述，提出了选用金属切削液及设备的方法，并介绍了金属切削液及其设备的管理方法。

2 金属切削液的应用

金属切削液是随着工业发展而产生的，历史非常悠久。人类注意到切削加工中刀具对材料的直接切削要耗费大量能量且产生大量的热，导致了工艺的不稳定，而各类形式的切削液明显改善了加工性能和质量，于是金属切削液逐渐发展起来。

2.1 金属切削液的工艺作用

2.1.1 减摩作用

减摩作用也可称之为作用，指切削液在工件、切屑、刀具之间界面上的降摩擦能力[1]，切削液必须能渗透到各个界面上，并在其中能形成强度较高的吸附性膜，从而降低工件、切屑及刀具间的摩擦，减少加工阻力。

2.1.2 冷却作用

金属加工过程中，所消耗的功95-97%都转变成了切削热。其中，2/3转化成变形热，1/3转化成摩擦热。

冷却作用就是在加工过程中切削液将工件和刀具的热量吸收转移的作用。

2.1.3 冲洗作用

金属切削过程中，刀具碎末及金属碎屑随着加工的进行而不断产生，冲洗作用就是切削液净化加工界面的能力。意义在于延长刀具寿命并保证了加工质量。

2.1.4 防锈作用

指切削液对完成加工的工件具有短期工序间防锈的作用。

2.2 金属切削液的分类和性能

金属切削液按其性质可分为水基切削液和油基切削液。其中水基切削液又分成全合成型和半合成型切削液。

表1 金属切削液分类和性能比较

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2.3 金属切削液的构成

全合成型切削液一般是以纯净水为基础液，还含有稳定剂、乳化剂、抗硬水剂、抗菌剂、防锈剂、剂、抗极压剂、消泡剂和香料等。

稳定剂、抗氧化剂、抗硬水剂是作为体系稳定剂而存在的，保证了切削液可存贮性和各类工况下的使用寿命；抗菌剂的作用是防止体系内的有机物因微生物的繁殖而变质腐败；防锈剂的作用是短期防锈；剂的作用是减摩；抗极压剂的作用是维持、加强界面间膜的强度。消泡剂的作用在于减少体系中各类添加剂（一般为各类表面活性剂）的发泡作用的消极影响；添加香料的目的是改善工作现场的气氛。

半合成型切削液与全合成型的差别在于其中的剂以某些油类为主。

表2 添加剂举例

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油基型切削液与水基切削液的构成差别较大。其成分主要是基础油，其次是防锈剂、抗油雾剂、抗极压剂、抗氧化剂等。

油基型切削液的使用效果很大程度上取决于基础油的类别和等级。

一般来说，该类产品所使用基础油可分为三类。

第一类为溶剂精制油；第二类为加氢精制油；第三类为加氢异构化油[2]。其中第二类油工艺性能较好。

2.4 金属切削液的选用原则

金属切削液的选用应从下面三个方面综合考虑：

2.4.1 工艺适用性

如上所述，切削液有减摩、冷却、冲洗、防锈四个功能，但在某一特定的工艺中，很难保证任何一方面都达到使用者的期望。在选用时应有所侧重。

一般来说，可以参照下表来对切削液的选用进行考量：

表3 切削液工艺适用性

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√-适用 ×-不适用

实际工作中应结合具体工艺需求来分析比较，常常要通过对比实验和数理统计的方法来确定。

2.4.2 运行成本

这是所有企业用户都比较重视的问题。

水基切削液的运行成本一般为油基型切削液的20%-30%，但水基切削液不能通用于所有工况；同时，机床、刀具和工装成本往往在机械加工型生产企业中占有很大一部分，而切削液选型的正确与否关系到机床维护成本和刀具成本，因此，在选择切削液时，各企业需要根据自身实际情况综合考虑何种切削液最适合本企业的需要。

2.4.3 安全性

市场上销售的切削液中有些成分对操作人员是有人身危害的，如可导致呼吸器官受损或各类皮炎等。在选用之前，应要求供方提品MSDS（产品安全数据单），其中说明了产品中的有害成分和可能的不良反应，对于产品的存贮要求及是否有燃爆危险都作出了说明。

为了降低风险，企业应考虑采用低毒、环保型产品。

2.5 金属切削液处理设备

金属切削液处理设备在国内一般归口于机床辅机类产品，但该类产品的性能往往对于产品加工质量有时具有决定性的影响，特别是在精加工和超精加工方面。

一般来说，该类设备可分成单机供回系统和集中净化系统两类。

金属加工液范文第2篇

关键词：金属机械设备；液压技术

由于液压技术具有安全稳定、方便快捷等特点，目前，已经被人们广泛应用到金属机械设备中。在金属机械设备中，采用液压技术，能够保证金属机械设备能够更好的运行，延长其使用寿命，减少工业资源的浪费。基于此，本文主要研究现代金属机械设备中液压技术的应用现状，从而促进我国工业经济能够稳定快速增长[1]。

1液压技术的概念

液压技术主要指的是在金属机械设备中，利用液体转动带来的压力，将使得金属机械设备中各个系统与零件能够正常运行，同时，工作人员通过控制液体压力进一步控制，在一定程度上提高了金属机械设备的运行效率，减轻工业人员的工作压力，保证其工作质量[2]。在液压技术中采用计算机网络技术，能够帮助工作人员更好的掌握金属机械设备的运行情况，也推动液压技术的快速发展。因此，通过在各个金属机械设备中合理采用液压技术，能够保证金属机械设备系统正常运行，提高工作人员的工作效率。

2在金属机械设备中应用液压技术的重要意义

在金属机械设备中，采用液压技术，能够有效提高金属机械设备的运行效率，保证其更好地运行。液压技术主要利用液体压力带动金属机械设备运行，能够减少噪音，为人们提供一个良好的工作环境，满足人们对金属机械设备的要求。同时，在金属机械设备中采用液压技术，能够降低设备内部温度，保证金金属机械设备能够更好的运行。

3现代金属机械设备中液压技术的应用现状与未来的发展趋势

3.1我国金属机械设备市场概述

上个世纪40年代，西方一些发达国家已经认识到金属机械设备对工业生产的重要性，并开始致力于金属机械设备的研发与应用。而我国在上个世纪末，才开始金属机械设备的生产。由于我国金属机械设备研发较缓慢，在一定程度上影响了我国工业经济发展。因此，现阶段专家学者不断改良金属机械设备，提高工人的工作效率，保证其工作效率。同时，随着城市化进程的不断发展，人们对金属机械设备的要求越来越高，为了满足工业生产对金属机械设备的各项需求，金属机械设备研究人员需要根据工业生产的实际情况，合理改进原有的工业设备，保证金属机械设备在农村中得到更好的应用。另外，金属机械设备设计人员还要不断了解设备的实际使用情况，为人们提供适用性较高的金属机械设备。除此之外，金属机械设备在推广的过程中，由于工人经济收入较低，其对金属机械设备的应用没有足够的重视。因此，设备推广人员需要不断提高工人对金属机械设备的重视，并进行相应的专业技能培训，让工人真正认识到金属机械设备在工业生产中的重要性，从而保证工业经济能够快速增长，从根本上提高工业人员的经济收入。

3.2液压技术在金属机械设备中的应用现状

由于液压零件具有安装方便、成本较低、安全性较高等特点，已经被金属机械设备设计人员安装到设备中。在西方一些发达国家，在金属机械设备中利用液压技术，能够有效提高械设备的运行速度，提高工业加工的安全性。同时，在液压技术中采用监测零件，如果工业设备出现故障，该监测系统会发出警报，金属机械设备使用者应该及时停止运行，更换液压零件，从而保证金属机械设备能够安全稳定的运行。除此之外，工作人员将液压技术应用到金属机械设备的过程中，经常会发生离合器运行速度下降的现象，在一定程度上影响了设备的稳定运行。为提高设备的运行速度，设备设计人员可以根据金属机械设备使用环境与设备运行速率，在设备中安装稳定的运行零件，从而提高金属机械设备的稳定性，保证其能够稳定安全的运行。同时，金属机械设备中常常采用液压跳屏系统，由于金属机械设备中的运行系统不能够自动调平，一旦系统出现失衡现象，会严重影响金属机械设备的运行效率，降低工人的工作质量。因此，为保证金属机械设备能够稳定运行，相关工作人员通过在金属机械设备内部系统中采用液压技术，提高其运行效率。同时，由于液压设备具有自动变档等功能，能够调节金属机械设备的工作效率。当金属机械设备的运行效率过快时，在一定程度上影响工作效果，但是，在金属机械设备中采用液压技术，通过调节其内部的发动机等相关设备，能够有效调节金属机械设备的运行速度，保证其工作质量。当金属机械设备的运行速度过慢时，其发动机，将运行速度调节到规定范围内，从而保证其工作质量，促进我国农村经济能够更加稳定的发展。

3.3液压技术在金属机械设备中的发展趋势

根据大量工业数据表明，我国金属机械设备的综合动力大约在5亿KW左右，故在金属机械设备中采用液压技术是非常重要的。在金属机械设备中采用液压技术，能够有效降低其运行温度，保证设备能够持久运行，减少对环境的污染，从根本上提高工人对金属机械设备的满意度金属机械设备运行时，传动器之间会产生大量的摩擦，如果长时间不对其进行处理，会影响金属机械设备的正常使用，降低工人经济收入。因此，为有效减小金属机械设备中发电机的摩擦力，相关工作人员可以利用液压技术，通过自动调节设备中发电机运行速度，减少发动机产生的摩擦力对其影响，从而保证金属机械设备能够更好的运行。除此之外，液压技术也会朝着无泄漏的方向发展。工人在使用金属机械设备的过程中，经常会产生大量噪音，影响人们的正常休息，也会给环境带来一定的影响。液压技术相关工作人员利用组合封闭技术，减少金属机械设备发出的噪音，帮助相关工作人员更好的控制金属机械设备，保护我们赖以生存的生态环境。同时，在液压技术还会朝着静液驱动方向发展，在金属机械设备中采用液压技术，能够减少金属机械设备的用电量。工人在使用金属机械设备的过程中，可以定期对金属机械设备进行检查维修，从而延长金属机械设备的使用寿命，提高金属的利用率。

4结语

综上所述，在金属机械设备中应用液压技术，不但能够有效提高金属资源的利用率，还能够保证工业经济快速增长。但是，工业部门中的相关工作人员在实际工作中，依然会遇到很多问题，这就工作人员在原有基础之上，不断学习国内外先进的液压技术知识，提高自身的专业技能，从而保证我国在日益激烈的市场竞争中占有一席之地。

参考文献

[1]刘红.机械设备液压系统振动噪声的原因及维护措施[J].城市建设理论研究:电子版,2014(5).

金属加工液范文第3篇

关键词：轻合金薄壁件 铸造技术 精确成形

中图分类号：TG376 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）05（a）-0101-01

国内外航空航天、汽车船舶等行业为了追求轻量化目的，已经采用高性能轻合金材料，如铝、镁、钛等合金[l-3]，同时在结构设计上采用轻量化结构，例如薄壁结构、整体和带筋结构等。这类轻合金工件采用精密铸造技术制造是非常高效的。这类轻合金铸件一般具有如下特点：（1）结构复杂：轮廓结构复杂，内部多腔，用其他制造或机械加工方法难以完成；（2）薄壁：铸件最小壁厚较小，局部甚至薄至2mm以下；（3）尺寸精度高：铸件的内腔和外形一次成形，铸件接近零部件的最终形状，可以少加工或不加工。（4）铸件质量性能高：其质量性能达到I类铸件要求。

1 石膏模铸造

石膏模铸造的铸件具有尺寸精度高、表面光洁及残留应力低的优点，同时具有复制模样精确，热导率低，易完整成形薄壁部位的特点，可铸出壁厚为0.5mm的铸件。然而，石膏型铸造也有以下缺点：石膏型传热能力差，当铸造壁厚较大的铸件时，厚大处容易出现缩松、缩孔等缺陷；透气性极差，铸件易形成气孔、呛火等缺陷[4]。在20世纪80年代初，国内兵器工业第七零研究所采用石膏模成功地生产出了压气机叶轮铝合金铸件产品，且成品率达到85%以上[5]。美国泰克（TEC）公司采用熔模石膏型铸造生产出了薄壁复杂的优质铝合金整体铸件，其尺寸精度一般可达±0.254mm，最高可达±0.076mm，最小壁厚可以达到0.8mm[6]。

2 压力铸造

压力铸造（HPDC）是用于铸造镁合金和铝合金的最常规工艺，该工艺在设计和制造方面有许多灵活性的特点，加上镁合金和铝合金优异的充型性使其能够经济地用于生产大型、薄壁和复杂铸件。第一个工业化生产的雪佛兰Corvette Z06车整体压铸镁支架仅重l0.5kg，比被代替的铝支架减重35%[7]。尽管生产率高，但轻金属常规压力铸造的最大缺点是疏松，因为液体金属高速注入压铸型过程中，金属液卷入的气体留在铸件中导致疏松。

2.1 真空压铸

真空压铸是一种在压铸过程中抽除压铸模具型腔内的气体而消除或显著减少压铸件内的气孔和溶解气体，从而提高压铸件力学性能和表面质量的先进压铸工艺，这种工艺在压射之前，能降低压射室和铸型型腔的压力，没有空气裹夹在铸件中，能够制造出显著改进性能的相当大的薄壁铸件。当前用真空压铸工艺生产的目标铸件是需要气密性和通过热处理获得良好力学性能的铸件。真空压铸拓宽了常规压铸的能力，同时保持了其经济性的益处。北美的铝合金真空压铸已经非常流行，20%以上的铸造企业具有真空压铸生产能力[8]。

2.2 半固态压铸

半固态金属浆料由于其初生晶粒通常以近球状形式存在，故而具有较好的流变性和触变性，故而可用于压铸工艺中。半固态压铸便是在高压的作用下，使半固态浆料在半固态温度下以较高的速度充填压铸型型腔，并在保持压力的条件下成形和凝固。半固态压铸的特点主要是高压和高速充填压铸型。根据工艺的不同半固态压铸通常分为两种：第一种是将半固态浆料直接压射至型腔里形成制件，称为流变压铸；第二种是将半固态浆料预先制成一定大小的锭块，需要时再重新加热到半固态温度，然后送人压室进行压铸，称为触变压铸[9]。与传统全液态压铸技术相比，半固态压铸成型减少了凝固过程中的收缩量，提高了铸件尺寸精度，适于生产复杂件；铸件柱状晶和粗大的树枝晶得以消除，铸件组织细密均匀，缺陷和宏观偏析明显减少；此外减小了型腔热冲击，提高了压铸型及压射室的使用寿命[10-12]。

3 反重力铸造

反重力铸造技术是金属液在与重力方向相反的充填驱动力的作用下，金属液沿重力的相反方向充填型腔。外加的充填驱动力在金属液充填过程中是主导力，它使金属液克服其自身重力、型腔内阻力等作用力完成充填铸型。反重力铸造成型是一种可控的工艺，在金属液充填型腔的过程中，可以控制外加力的大小以实现不同速度的充填，满足不同工艺的要求；同时，铸件在较大压力的作用下凝固，可以提高金属液的补缩能力，降低了缩孔、气孔和针孔等铸造缺陷。根据金属液充填铸型施加压力形式的不同，反重力铸造又可以分为低压铸造、差压铸造、调压铸造等。

3.1 低压铸造

低压铸造是使液体金属在较低的压力作用下充填型腔，以形成铸件的一种方法。其具有以下优点：充填过程中液流平稳，压力变化平缓，可避免湍流而引起的氧化和吸气。例如电磁泵低压铸造，在铸造过程中金属液经过强磁场作用，对改善铸件的组织性能有积极的作用；可精确控制流量及加压范围、反应迅速准确[13]。该工艺重复性极好；不需要额外加压缩空气，并可在保护气氛下工作，从而减少气体浸入，防止金属液的二次污染，减少气孔等缺陷的产生。

3.2 差压铸造

差压铸造是由低压铸造衍生出来的一种铸造方法，其主要是在铸型外增加了一个密封罩，同时在密封罩内通入压缩空气，使金属液在一定压力下成形[14-15]。金属液充型过程中，保温炉中气体的压力大于铸型中气体的压力，使炉内的金属液在压力差的作用下充填铸型，如低压铸造时那样实现金属液的充型、保压和增压。差压铸造由于铸件是在更高的压力作用下结晶凝固的，所以其致密度更高。

3.3 调压铸造

调压铸造是使型腔和金属液处于真空状态并对金属液保温并保持负压；充型过程中，通过增加下压室的压力，将坩埚中的金属液压入处于真空状态的型腔内，充型过程结束后迅速对两压室加压，使金属液在一定压力条件下凝固成形。调压铸造吸收了传统反重力铸造方法的优点并加以改善，弥补了现有技术的不足，实现了薄壁充型能力及冶金品质的双方面提升。与普通差压铸造相比，其充型过程更加平稳，充型能力更加优秀，因而可用于铸造壁厚更薄、机械性能要求更高的大型薄壁铸件，适用于大型复杂薄壁铸件的生产。与其他类型的反重力铸造技术相比，调压铸造技术有三个重要特征和功能：一真空除气；二负压充型；三调压凝固[16-17]。

4 结语

随着制造科技的发展，铸造技术正在向轻量化、薄壁化、复杂化、功能化的方向发展。精确铸造成形技术发展迅速，日新月异。极端条件下的如大型、复杂、薄壁铸件的铸造是铸造技术发展的重要领域。为了获得性能更好的铸件，以适应社会的发展，还需要在铸造技术上进行创新，开发更好更精良的铸造新技术。

参考文献

[1] 中国科学技术协会，中国机械工程学会.机械工程学科发展报告[M].北京：中国科学技术出版社，2009.

金属加工液范文第4篇

【关键词】铜阳极泥；金银；环境影响分析

1工艺过程及污染源分析

1．1原辅材料用量

1．2工艺流程简述

生产工艺共分硫酸化焙烧、稀酸分铜、氯化分金、分银和精制五道工序，现分述如下:1．2．1硫酸化焙烧将阳极泥与98%浓硫酸按1:0．9(质量比)的比例进行混合，投入浆化釜内进行搅拌，并加热至200－300℃左右，采用电加热作为热源，在浆化釜中，阳极泥中的大部分金属和金属化合物与硫酸进行反应，反应生成硫酸盐。1．2．2稀酸分铜泵入漂洗水和上一道的稀酸，将焙烧渣加入反应釜内通过机械搅拌，铜、镍在硫酸介质中充分溶解而生成硫酸镍、硫酸铜，通过泵送入压滤机进行液固分离，将渣中铜、镍离子漂洗干净。得到分铜液，对液体中所含有价金属进行回收;漂洗水用作下一次分铜使用;该过程会产生硫酸雾。产出分铜渣进入氯化分金工序。1．2．3氯化分金泵入漂洗水和上一道的稀酸，加入适量工业食盐和氯酸钠，将分铜渣加入反应釜内通过机械搅拌，贵金属在酸性介质和新生态氯原子发生反应，充分溶解，金属银充分反应转化以氯化银的形式留在渣中。通过泵送入压滤机进行液固分离，将渣中的残存的分金液漂洗干净。1．2．4分银银以氯化银的形态存在于分金渣中，由于氯化银极易溶于氨水，生成银氨配合阳离子，故本项目拟采用氨水进行分银。泵入上一道漂洗水，将分金渣投入分银釜并进行搅拌，缓缓通入氨气，氨气通入量经过磅进行控制，在反应釜中不断搅拌，反应约2h左右，过滤所得滤渣用水进行漂洗，漂洗水作下一次分银用，滤渣返回富氧熔炼炉。滤液加入水合肼进行还原，即可得到粗银。粗银再进行铸板电解，即可得到电解银。1．2．5精制(1)粗金粉精制将分金所得粗金粉送入王水溶解反应器进行下一步反应。在90℃的条件下溶解4－6h，浸取其中的金，把原料中的金溶解成氯金酸HAuCl4。反应液经冷却、过滤并洗涤滤渣。用于氯金酸溶液还原的还原剂有草酸、坑坏血酸、甲醛、氢醌、二氧化硫等，其中草酸选择性好，速度快，实际应用较多，故选用草酸作为还原剂。将氯金酸溶液加热至70℃左右，用20%左右的氢氧化钠溶液调节PH值至1．5左右，搅拌情况下，一次加入理论量1．5倍左右的固体草酸，反应开始激烈进行，当反应平衡时，再次加入少量的氢氧化钠溶液，反应又加快，直到加入氢氧化钠溶液时无明显反应时，再补加适量的草酸，使溶液中的金还原完全。(2)粗银粉精制粗银采用电解法进行精制。银粉与硝酸配制得的硝酸银溶液，其中银:硝酸:水的质量比为1:(1～1．1):(0．6～0．7)，再配入适量的水，使之成为符合电解所需的电解液。用钛种板作为阴极，在硝酸银溶液中通直流电进行电解。

2环境影响分析

2．1大气环境影响分析

阳极泥焙烧烟气:阳极泥硫酸化焙烧工序会反应生成二氧化硒，二氧化硒升华从而进入焙烧废气(以烟尘计)，此外烟气中还包含SO2、硫酸雾和Pb等污染物。烟气含尘浓度为1936mg/m3，烟气量为15000m3/h，烟气温度＜120℃。采用两级鼓泡水循环吸收+水喷射吸收+两碱液喷淋处理装置处理，除尘后烟气含尘＜19.4mg/Nm3。收集的烟尘为粗硒。

2．2水环境影响分析

根据水平衡图，阳极泥回收金银废水共有三股废水，分金和焙烧废气治理废水，该部分废水产生量为92m3/d;地面冲洗废水，废水产生量为5m3/d;分银废水，产生量为4m3/d。

2．3声环境影响分析

噪声源主要来自于一些机械设备，其中包括引风机、搅拌设备、水泵、冷却塔电机等，其中冷却塔电机噪声其噪声强度一般在85～90dB(A)。

3结语

目前利用铜阳极泥回收金银生产工艺经过多年的开发研究，技术相对成熟，但在环保治理措施方面较薄弱。针对工艺过程、“三废”产生情况及治理措施进行详细的分析，相比以往生产工艺，该工艺过程具有以下优势及特点:(1)利用铜阳极泥回收金银属于“三废”综合利用及治理工程，有价金属的回收不但关系到企业的经济效益，减少污染，而且完全符合目前国家提出的发展循环经济的理念。(2)利用铜阳极泥回收金银，生产过程中废水经处理后可做到达标排放，如有配套铜火法冶炼装置，则可以全部循环使用，做到生产废水“零排放”。(3)产生的除铜渣含有大量的有价金属，可外售有关金属回收企业，做到废物的综合利用。

参考文献:

［1］周令治，陈少纯．稀散金属提取冶金［M］．北京:冶金工业出版社，2008．

金属加工液范文第5篇

[关键词]真空灭弧室；漏气；镀镍层；富银带；渗透；润湿

1、问题的提出

我公司在生产一次封排真空灭弧室时，曾出现过在加压罐中加压后批量慢漏气的现象。我们对出现的问题查找原因，对漏气的灭弧室进行检漏，对其陶瓷封接处进行电镜分析，对瓷封的焊料进行表面清洁分析。采取对一次封排炉进行彻底清洁及空烧再生处理，在工艺上调整一次封排工艺中的升温速率、保温时间、充氮温度，用不同批次及厂家的金属化瓷件、触头材料和不同形状的均压封接环进行工艺试验，但均未从根本上解决慢漏问题。在我们进一步对不同产地的金属化瓷件、陶瓷金属封接处进行形貌分析，优化工艺，甚至改进封接结构的同时，在生产过程中我们发现所使用的瓷封焊料有局部发脆及局部起层现象，经烧氢退火后有的出现气泡。在其它任何条件不变的情况下，使用不同厂家生产的焊料进行试验，经过批量投料试验，灭弧室的成品率明显上升，达95％以上。批量漏气问题得到了解决，生产恢复正常。

为了验证焊料的质量问题是造成此次产品漏气的主要原因，我们做了大量的分析工作，从陶瓷金属封接截面形貌的微观分析，对不同的瓷封焊料的工艺性能、质量性能进行对比，从钎焊的工艺及金属凝固原理分析研究，得出了目前在一次封排工艺中，陶瓷真空灭弧室封接截面的形貌分布特点，慢漏气灭弧室的特征及主要原因，以及瓷封焊料的工艺性能对灭弧室质量的影响。

2、陶瓷金属封接截面的微观分析

将国内外不同厂家生产的金属化瓷件与用国产焊料H1AguCu28加工的灭弧窒的封接处进行取样。用电镜分析了26个试样的封接处截面形貌及成分，通过比较分析研究，得到以下相关结果。

2.1陶瓷金属封接截面的形貌分布

从电镜分析中，我们可以看出，陶瓷金属封接截面，从95瓷到焊缝中央有非常明显的几个区域，经过电镜能谱EDS分析鉴别，它们依次为95氧化铝瓷――金属化Mo-Mn层――富Ag带区――镍和银铜焊料混合区――银铜焊料区。

陶瓷金属化上的镀镍层不再以单独形式出现，且出现了富银带的现象。

2.2陶瓷金属封接中金属化镍层消失

(1)镍层消失原因

众所周知，H1AgCu28是银铜焊料中最为普遍使用的一种共晶焊料。其熔流点温度为779℃，它能润湿镍、铜及其合金、不锈钢、可伐等多种金属材料。目前，陶瓷真空灭弧室所用瓷件的金属化镀镍层平均厚度仅为5μm左右。陶瓷真空灭弧室在一次封排中，当钎焊温度达到800℃以上时，呈液态状的H1AgCu28焊料能很好地润湿陶瓷金属化的镍层表面并相互作用，使镍层表面发生溶解。由于镀镍层不可能很致密，液态银铜焊料会不断向镍层内部进行扩散渗透，使它与银铜焊料共同组成为一个Ni-Ag-Cu多元体系的固溶体合金溶液。

(2)金属化钼层表面会形成冶金结合组织

当液态银铜焊料扩散到金属化Mo-Ni界面时，同样它也会与固态金属化Mo层表面发生相互作用，一方面会有少量钼溶解，另一方面液态银铜焊料又会在Mo层表面进行扩散，其中铜会优先沿着Mo层表面扩散开来。但银铜焊料对钼润湿性差，故这种扩散是有限的，并且难于向Mo层内部进行渗透。这样，固态金属化Mo层前沿区域内的溶液成分就变成一个由Mo-Ni-Cu-Ag组成的多元体系的合金溶液了。

根据金属凝固原理，凝固过程是在热力学和动力学条件共同作用下完成的。在降温冷凝结晶过程中，首先在固态金属化Mo层表面交界层开始成核，形成晶间结合或晶内结合的晶粒，而且最初结晶出来的合金成分由熔点较高的金属元素组成。从电镜能谱EDS分析可知，在Mo表层及其邻近区域内形成的合金成分均由Mo-Ni-Cu三种元素组成。它与Mo层间的界面结合是冶金结合，因而具有较高的结合强度和塑性。在应力作用下，不易沿结晶相的晶界产生裂纹。相反，如果金属化的镀镍层很厚(如平均厚度约17μm)，那么，在封接时镀镍层与液态银铜焊料相互作用后不可能完全溶解而消失，这时余下的镍层和金属化Mo之间的界面结合，基本上仍保留其原来的物理结合形式，显然其机械强度远低于冶金结合的强度。在相同应力作用下，有可能沿两界面问的晶界产生微裂纹。可见，镀镍层太厚，对于气密性而言，反而使其可靠程度降低。如果金属化的镀镍层太薄，平均厚度在2μm以下，由于金属化Mo层表面及其前沿由Mo-Ni-Cu三种元素组成的体系所形成的晶粒数少、区域小，冶金结合不充分，在冷凝收缩或受力作用时，容易沿晶界产生微裂纹，造成慢漏气。

2.3陶瓷金属封接中金属化层附近会形成富银带区域

大量的电镜分析可以清楚地看出：陶瓷金属化镀镍层消失后，会在原镀镍层下部靠近金属化Mo层处形成带状的富Ag区域，我们称它为富银带，富银带的银含量非常高，银含量占98.21％，还有1.79％的铜。

我们通过大量的电镜分析证实：真空灭弧室经加压后，造成漏气的主要原因是在陶瓷金属封接的焊缝中形成一层致密连续的富银带所致，同时产生漏气几率绝大多数都发生在动端的陶瓷金属封接处。

(1)富Ag带的类型

如果形成的富Ag带致密且连成一片，会引起其上下两侧晶界处的强度下降，在应力作用下易产生微裂纹，一经加压后，将使微裂纹扩展造成漏气。发生漏气的灭弧室动静两端结构不同，封排后动端应力略大于静端。

相反，若形成的富Ag带不是致密连续的，于是由富Ag相和Ni-Ag-Cu相混合组成疏松不连续的结构，由于强度增加了，一般不易在富Ag带侧面上产生裂纹，加压后也不会漏气。

因此，我们把富Ag带分成为致密连续的富Ag带和疏松不连续的富Ag带两种。前者结构易产生裂纹漏气，后者一般不易产生裂纹和漏气。

(2)富银带形成原因

在钎焊温度下，液态H1AgCu28焊料与固态金属化层间相互作用的结果，形成了新的多元体系的合金溶液，不再是单纯的银铜合金溶液了。在金属化Mo层表面及其邻近处形成的是Mo-Ni-Ag-Cu四元合金体系溶液，而原镀镍层及其邻近区域形成的是Ni-Ag-Cu三元合金体系溶液，只有焊缝中央区范围内才是银铜合金体系溶液。在降温冷却凝固时，结晶过程是由焊缝边缘向中心区发展的。结晶首先在Mo层表面及其边缘形成晶核，在构成的多元合金体系 溶液中，熔点高的金属元素会优先进行成核并长成晶粒，因此，最初结晶出来的晶粒，将是溶液中具有较高结晶温度的金属组份，这些晶粒由MoNiCu相和NiMoCu相混合而成的。与此同时，合金溶液的成分、浓度、密度也会相继发生变化。这样，在靠近陶瓷金属化Mo层一侧尚未凝固的合金溶液中，Ag的百分比含量则大大升高，而Mo、Ni、Cu的百分比含量则显著降低，溶液就会过渡成为Ag的富集区了。离陶瓷金属化Mo层表面稍远的区域合金溶液受此影响小，其组份基本上维持Mo、Ni、Cu三元合金溶液，在相同的凝固温度下，显然这种合金溶液的流动性要差，而Ag的富集区溶液，其表面张力和粘度均较小，流动性好，凝固过程中容易被挤在一起。依据凝固原理，银铜共晶焊料溶液在凝固条件下还有其自身特点，在钎焊接头的固液界面前沿的液相成分中，同样会形成Ag的富集区，结晶后会生长出Ag的光滑支晶来。此外，如果支晶间的溶体和它相邻外界未凝液体彼此相通时，还会发生流动。因此，凝固结晶完成后，就形成了具有一定宽度的富Ag带区域。可见，由HIAgCu28焊料形成的焊缝合金溶液，从液态冷却转变为固态时，由于焊缝的温度不可能完全相同，存在一定的温度梯度，加之，焊缝中合金溶液的成分、浓度、密度的变化，于是结晶时在焊缝中就容易出现组织成分各处有别，形成区域偏析，从而引起富Ag区的形成和发展，最终成为一个富Ag带。

(3)影响富银带类型的因素

影响富银带类型的主要因素是由焊料工艺性能的差别而产生的，这是在生产实践及电镜分析中得到验证的事实。

焊料的工艺性能(如流动温度、对基体金属的润湿性、漫流性等)将直接影响焊缝的形成和钎焊接头的性能。国内不同厂家生产的同类H1AgCu28焊料，由于采用的工艺方法及工艺参数如浇铸的方式方法，碾轧工艺参数及退火工艺等不尽相同，而且生产环境质量状况和管理水平的差异都可影响焊料的工艺性能。陶瓷真空灭弧室采用一次封排工艺时，在相同的钎焊温度下，若选用了工艺性能欠佳的焊料进行钎焊，因其流动性、润湿性、漫流性欠佳，钎焊后在陶瓷金属封接处容易形成致密连续的富Ag带，由此产生裂纹而漏气。

我们用不同厂家生产的H1AgCu28焊料在镀有镍层的1Cr18Ni9Ti不锈钢板上进行润湿性试验，试验表明：不同厂家生产的焊料的工艺不同，润湿性有差别。

另外，我们对使用的不同厂家的焊料进行了常规(焊料的清洁性、溅散性)及杂质含量的检验，经电镜及俄歇能谱仪分析确认，这些技术指标都符合国家标准要求，属合格产品，且各项指标差异不大，这说明各厂家所选的焊料原材料和生产设备及手段符合基本要求。

但有些焊料在冲制过程中，有局部出现发脆的现象，经电镜观察其形貌，未发现其晶粒度有何差异，说明发脆并不是因晶粒度变大所致。用俄歇碳针分析，发现发脆区与正常区两者间的C、0含量差别很大，前者的含量为后者的3倍以上，将这种焊料经烧氢处理后，其表面会出现气泡现象，气泡被刺破后其坑内表面和外表面的成分差别较大，坑内表面的含Ag量明显减少，下降了大约50％，而C、0含量明显增大。因此，焊料局部区域存在含碳量高导致发脆的现象，这可能由于焊料生产过程中某个环节的外来污染物(如油脂、灰尘等)所致。