Файл: Ейльман, Л. С. Проводниковые материалы в электротехнике.pdf

том, что при поляризации системы металл — гальваниче­ ское покрытие стационарный потенциал системы отлича­ ется от потенциалов отдельных электродов, изготовлен­ ных из металлов основы и покрытия (рис. 47).

Для того чтобы определить суммарный ток коррози­ онных элементов (а по анодному току можно рассчитать скорость коррозии), необходимо построить коррозионную диаграмму. Это представляет некоторые трудности из-за сложности получения поляризационной кривой для основ­ ного металла, работающего в порах. Такая кривая отли­ чается от поляризационной кривой отдельного электрода. Указанные трудности можно преодолеть, допустив, что скорости электрохимической реакции на покрытии и на электроде, изготовленном из металла покрытия, разли­ чаются мало. Поэтому, если построить, например, катод­ ную поляризационную кривую для покрытия (катода) и на нее нанести потенциал системы основа — металличе­ ское покрытие, то можно однозначно определить ток кор­ розионного элемента и его сопротивление, т. е. судить о пористости покрытия. Так, метод поляризационных кривых может дополнить рассмотренный ранее метод.

Типичные поляризационные кривые для ряда провод­ ников показаны на рис. 48. Из рис. 48 видно, что тантал пассивируется очень быстро, т. е. является устойчивым в среде хлористого натрия.

16. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ В РАЗВИТИИ ПРОИЗВОДСТВА ПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Электротехническая промышленность является крупней­ шим потребителем цветных металлов с высокой электрической про­ водимостью. Основное количество добываемой меди, значительная часть алюминия и серебра идут на электротехнические нужды. По­ этому, естественно, что на многих электротехнических заводах осу­ ществляется также обработка проводниковых материалов, которые могут применяться для изготовления электротехнических изделий или являться конечным продуктом (голые провода, шины и т. п.).

Такое объединение металлургического производства с электро­ техническим экономически целесообразно и выдержало проверку временем. Оно не только не мешает металлургическому производ­ ству иметь современное оснащение, развиваться, используя все до­ стижения прогресса в этой области техники, но и позволяет специа­ лизироваться на конкретных нуждах электротехники.

154

сложной формы, но без полости, чаще всего это круг (проволока), прямоугольник (шина). Полый проводник имеет форму волновода, трубки и т. п. Проводник может быть ленточным, т. е. с неограни­ ченной длиной и поперечным сечением в виде прямоугольника с ма­ лой высотой. Тонкая лента или лист называется фольгой; толщина фольги обычно 1—100 мкм. Если проводник тоньше 1 мкм, то это пленка, которая чаще всего наносится на неметаллическую основу.

Многообразие форм проводников предполагает и многообразие технологических процессов их изготовления. Ленточный проводник и фольга изготавливаются на многовалковых прокатных станах. Ча­ ще всего их производство сосредоточено на металлургических за­ водах. Пленки проводниковых материалов наносятся, как правило, методом вакуумного напыления и чаще всего применяются в элек­ тронной промышленности. Таким образом, в электротехнической про­ мышленности в основном сосредоточено производство сплошных проводниковых материалов. Это определяет и характер технологии.

Обычно производство сплошных проводников начинается с ручьевой прокатки слитков меди или алюминия. Слитки очищаются от литейных плен, нагреваются в печах до температуры начала прокатки и подаются по рольгангам в прокатные клети многоклетьевого прокатного стана. Не останавливаясь на особенностях прокат­ ного производства, отметим, что борьба за высокие скорости про­ цесса, снижение брака, угара металла — основные вопросы постоян­ ного совершенствования этого процесса.

Продукт, получаемый после прокатки, называется катанкой. Обычно это проволока диаметром 8—12 мм с грубой поверхностью, на которой в случае меди имеется значительный слой окислов. В зависимости от требований к конечному продукту — проволоке катанка может подвергаться скальпированию (удалению поверхно­ стных дефектов), травлению для удаления окислов или вообще не обрабатываться перед последующей операцией. Основная сложность скальпирования—подбор инструмента правильной формы для строж­

ки металла.

Катанка является заготовкой для процесса волочения, осу­ ществляемого на волочильных машинах барабанного типа без сколь­ жения проволоки по поверхности тягового устройства. Машина грубого волочения состоит из блока тяговых барабанов с индиви­ дуальными приводами. Каждый барабан снабжен устройством для постепенного сматывания проволоки с него и подачи ее в волочиль­ ное устройство последующего барабана. После волочения на по­ следнем барабане проволока поступает на приемную тару. Такие станы называются станами магазинного типа, так как происходит накопление определенного количества проволоки на поверхности каждого барабана, что необходимо для синхронизации процесса волочения при колебаниях окружных скоростей волочильных ба­

состоят из ряда тяговых шайб, которые вращаются с окружными скоростями, изменяющимися по определенному закону. Перед каж­ дой рабочей тяговой шайбой помещается волокодержатель с волокой, через которую протягивается обрабатываемая проволока. Для синхронизации скоростей волочения и тяговых шайб используется проскальзывание шайб внутри проволочной петли, надетой на эту шайбу.

Машины со скольжением быстроходны, удобны в обслуживании,

статок конструкторы пытаются свести к минимуму. Тяговые шайбы покрывают износостойким металлом, полируют и смазывают. Иног­ да поверхности тяговых шайб делают сменными или сами шайбы изготовляют из лучших сортов керамики. Тем не менее качество продукции в основном определяется качеством волочильного ин­ струмента, твердостью материала волоки и формой волочильного очка. Если при грубом и среднем волочении используют твердо­ сплавные волоки, то при тонком и тончайшем — только алмазные Форма волочильного очка устанавливается по определенным зависи­ мостям :[Л . 40]. Наиболее прогрессивные методы приемки и транспор­ тировки проволоки после грубого или среднего волочения основаны на применении приемников большой емкости или транспортных же­ лобов.

Проводники могут быть использованы в электротехническом изделии непосредственно после волочения или после термообработки. Если твердый проводник после волочения отличается высокой проч­ ностью и малой пластичностью, то отжиг меди и алюминия приво­ дит к увеличению пластичности, показателем которой может служить относительное удлинение при растяжении образца.

Выбор режима термообработки зависит от ее назначения, свойств обрабатываемого металла и размеров проволоки. Естествен­ но, что температура отжига должна превышать температуру начала рекристаллизации, но не должна быть выше температуры плавления. Состояние наклепанного металла является термодинамически не­ устойчивым при всех температурах. Поэтому в отличие от обычных фазовых превращений переход деформированного металла в более стабильное состояние не связан строго с какой-либо температурой.

процесса имеют разные значения. Это связано с тем, что тип и ха­ рактер распределения дефектов кристаллической структуры, вноси­ мых деформацией весьма разнообразны. Устранение дефектов при нагреве происходит при протекании ряда элементарных процессов, которые совершаются с разной скоростью в различных температур­ ных интервалах, характеризуемых разной энергией активации.

При отжиге происходит формирование зерен новой рекристаллизованной структуры. При отжиге напроход кратковременный на­ грев даже при высоких температурах приводит к образованию мел­ кой структуры с неразвитыми зернами. Отжиг можно проводить с помощью различного термического оборудования. Рассмотрим ос­ новные особенности некоторых термических установок для отжига проводников.

Отжиг проволоки на катушках в садковых печах обладает су­ щественным недостатком, сильно сказывающимся при малых диа­ метрах проволоки, — залипанием ее витков, а также некоторой не­ равномерностью свойств проволоки по длине. Для устранения ука­ занных недостатков используется способ непрерывного отжига про­ волоки — отжиг напроход. Этот отжиг после грубого или среднего волочения производится в печах с защитной атмосферой из водяных паров. Бухта проволоки укладывается на движущуюся широкую цепь, которая последовательно проходит водяные затворы, зону нагрева, выходной затвор и зону охлаждения.

1 5 6

Для тонких проволок наиболее распространен электроконтактный отжиг напроход. При этом способе энергия подается непосред­ ственно на проволоку, поэтому отжиг можно вести с большой ско­ ростью. Однако получается некоторая эрозия поверхности из-за неизбежного искрения между контактами — роликом и проволокой. Некоторое истирание металла обусловлено различием между ли­ нейными скоростями проволоки и ролика. Способ безынерционен, а поэтому чувствителен к колебаниям напряжения в электросети, ко­ торые приводят к изменению условий отжига и соответственно к разбросу механических свойств полученной проволоки.

Отжиг индукционным способом при использовании тока про­ мышленной частоты осуществляется следующим образом. Вторичный виток трансформатора образуется одной нисходящей и двумя вос­ ходящими ветвями проволоки, которые замыкаются латунными ро­ ликами с двумя канавками. Во вторичном витке индуктируется ток и происходит выделение энергии. Нижний ролик находится в ван­

от окисления. Такие установки используются в основном для отжига проволоки или скрученных жил больших диаметров при сравнитель­ но небольшой линейной скорости перемещения, так как чем тоньше проволока, тем выше должна быть частота питающего напряжения.

Применяется также отжиг проволоки в многоходовых печах с защитной атмосферой из паров бензина или керосина. Печь состо­ ит из блока нагреваемых труб, через которые движутся независимо друг от друга отдельные проволоки. Для предотвращения окисления проволоки кислородом воздуха у входной и выходной части трубки устанавливают ватные тампоны, смоченные в бензине или керосине. Благодаря этому в рабочей части трубки образуется защитная ат­ мосфера из окиси углерода. После выхода из нагревательной труб­ ки проволока охлаждается на воздухе и наматывается на катушку. Выходная часть нагревательной трубки охлаждается водой, но эта мера малоэффективна. Проволока в основном охлаждается на воз­ духе, что затрудняет увеличение скорости отжига, так как намотка горячен проволоки на катушку приводит к залипанию витков прово­ локи вследствие эффекта бандажирования.

Аналогично устроены печи с защитной водородной атмосферой. В них можно отжигать проволоку с температурой рекристаллизации более высокой, чем у меди; однако скорость отжига не превышает 0,6 м/сек из-за охлаждения проволоки на воздухе.

Печи с защитной атмосферой из водяного пара с интенсивным водяным охлаждением проволоки по выходе ее из зоны нагрева по­ зволяют поднять скорость до 5 м!сек. Однако такие печи пригодны для отжига металлов, которые при нагреве не испытывают фазовых превращений. Вследствие большой скорости процесса в указанных печах иногда выделение второй фазы представляет некоторые труд­ ности. Однако растворить вторую фазу, т. е. провести закалку про­ волоки, возможно. Проволока проходит через нижний и верхний ролик с двумя канавками одинакового диаметра, образуя нисходя­ щую и восходящую ветви. Нисходящая ветвь проходит в центре трубки, нагретой током, а затем поступает в охлаждающее устрой­ ство с вихревым движением воды вокруг проволоки. Сушка осу­ ществляется вихревым движением воздуха вокруг проволоки.

Электротехническая металлургия все чаще вместо меди и алю­ миния предлагает использовать сплавы, повышающие качество, дол­

157