Рафинированная медь: 7403 Медь рафинированная и сплавы медные необработанные:

Чем толще деталь, тем больше кислорода должно оставаться в металле, если необходимо получить плоскую поверхность. Третья степень шага, на которую нацелена цель, требуется для очень тонких отливок, таких как электроды толщиной 0,5 дюйма. Поскольку этот шаг лежит за пределами шага медных стержней и отличается от него больше, чем позволяет обозначить его просто штриховкой, его можно назвать «пластинчатым шагом».

Мало что было известно о структурных отношениях между медью и оксидом меди до 19 века.00, когда Хейн опубликовал результаты своих исследований «меди и кислорода». Он взял чистую медную проволоку, нарезал ее на мелкие кусочки, сделал заряды по 450 граммов, добавил к ним в разном количестве чистую закись меди, расплавил смеси (кроме образца № 1) в графитовых тиглях, футерованных фарфором, вставленных в плавкий заряд заряжает защищенную пару термоэлектрического пирометра Ле Шателье и формирует кривые охлаждения.

Из табл. I видно, что при охлаждении только опыты №№ 1, 4 и 5 показывают однократное падение температуры, что означает, что они не проходят пастообразную стадию, а внезапно замерзают. При остальных испытаниях происходит постепенное замораживание от начала до конца затвердевания. Для всех образцов, кроме опыта № 1, охлаждение сопровождается приливом, при этом пониженная температура поднимается в каждом случае до фиксированной точки 1084°С. Эта температура, соответствующая температурам замерзания образцов № 4 и 5, содержащих 3,4 и 3,5% Cu2O соответственно, которые имеют только одну отчетливую точку затвердевания, должны быть температурой эвтектики.

Сплавы меди и закиси меди в расплавленном состоянии образуют гомогенные растворы, подобные растворам солей. При отверждении медных сплавов, содержащих менее 3,45% Cu2O, закись меди выпадает полностью и не образует с медью твердого раствора. Это ясно видно на рис. 1, где еще видна сетка эвтектики, когда медь содержит всего 0,08% Cu2O. Если какая-либо закись меди образует твердый раствор, ее количество должно быть менее 0,08%. Являются ли в сплаве с содержанием Cu2O более 3,45% участки закиси меди (рис. 6 и 7) чистой закисью меди, установить не удалось, но, по всей вероятности, так оно и есть.

Наконец, на рис. 8 представлен тот же образец, что и на рис. 2, а именно медь с 1,16 % Cu2O. В первом случае образец нагревали до 1100°С и затем закаливали в воде с температурой 10°С; во втором ему дали медленно остыть. Несоединенные точки на микрофотографии закаленного образца показывают, что свободное развитие внутренней структуры остановлено; напротив, рис. 2 ясно иллюстрирует, как эвтектика, если дать ей достаточно времени, образует связную сеть.

Основные положения статьи Хейна, в том числе восемь из девяти его микрофотографий, были повторены здесь по той причине, что они имеют важное значение для описываемой работы; фактически, предположение в его выводах, что наблюдение за микроструктурой рафинированной меди может заменить длительное определение кислорода, было причиной проведения настоящего исследования. Это включает в себя исследование изломов образцов, взятых на разных стадиях рафинирования, определение содержания кислорода, изготовление микрофотографий и, наконец, планиметрическое измерение увеличенных микрофотографий с расчетом процентного содержания кислорода.

Образцы пуговиц для этого исследования были любезно предоставлены г-ном У. Т. Бернсом из Boston & Montana Consolidated Copper and Silver Mining Co., Грейт-Фолс, Монтана; г-ном М. Б. Патчем из плавильной фабрики Баффало, компании Calumet & Hecla Mining Co., Буффало, штат Нью-Йорк; и г-ном Г. М. Лютером из Nichols Chemical Co., Laurel Hill, NY

Образец № 1 компании Boston & Montana Co. представляет собой катодную медь после того, как она была расплавлена ​​в отражательной печи и обезжирена, но не очищена. ; № 2 был взят после того, как было завершено бормотание и достигнута стадия затвердевшей меди; № 8 — это образец после того, как сборка была закончена, и медь готова к разливке на проволочные стержни. Пробы на заводе дают: серебро 0,8 унции. за тонну; мышьяк и сурьма 0,0035%; проводимость (твердотянутая) 97,5 процента; прочность на растяжение, 64 200 фунтов на квадратный дюйм; удлинение, 1 процент; кручения на 6 дюймов, 89.

Образец № 0 плавильного завода в Буффало представляет собой затвердевшую медь; остальные шесть из набора, №№ 1, 2, 3, 4, 5 и 6, были взяты с интервалом в 15 минут в течение периода полинга: № 1 был отлит после того, как столбы находились в печи в течение 15 минут. ; № 6 — это готовая рафинированная медь, доведенная до пека, из которого отливают слитки или кеки. Образцы № А и В из другой загрузки представляют собой медь, доведенную до состояния слиткового пека и проволочного пека соответственно, при этом особое внимание было уделено медленному охлаждению образцов.

Образец Nichols Chemical Co. представляет собой пластинчатый пек, то есть пек, необходимый для отливки тонких электродов.

Изломы, воспроизведенные на рис. с 9 по 18 включительно готовили обычным способом. Надрез глубиной около 0,125 дюйма был сделан на выпуклой стороне пуговицы холодным долотом, затем пуговица была зажата в тисках так, чтобы надрез чуть выступал над губками, и был нанесен один или несколько режущих ударов тяжелым коротким -ручной молоток. При использовании затвердевшей меди одного удара было достаточно, чтобы разломить образец надвое; чем ближе образец приближался к вязкой меди, тем большее число ударов требовалось для получения разрушения.

Было проведено несколько экспериментов, чтобы найти наилучшее освещение и необходимое время экспозиции, положение образца по отношению к свету и надлежащее увеличение для выявления деталей на фотографии. Использовалась двусторонняя камера Premo размером 4 на 5 дюймов с солнечным светом, образец помещался на белый фон. Были опробованы выдержки 40, 80 и 160 секунд с использованием диафрагмы № 32. С негативами вдвое меньшего размера, такого же размера, в полтора и два раза превышающего размер оригинала, выдержки от 40 до 80 секунд дали хорошие результаты. Попробовав контровой и боковой свет, выяснилось, что последний выделяет структуру более удовлетворительно, чем первый. Полуторакратное увеличение было необходимо, чтобы ясно показать детали на фотографии.

В связи с тем, что постоянные условия с солнечным светом непросты, был заменен электрический свет от лампы накаливания мощностью 16 свечей и использован увеличивающий фотоаппарат E. & N. T. Anthony. При расположении источника света на расстоянии около 5 дюймов от образца, чтобы образовать угол 45° с лицом, и использовании средней диафрагмы экспозиция в течение 6 минут дала наилучший негатив. При мелкозернистых трещинах лучше фильтровать свет через матовое стекло, но время воздействия пришлось увеличить до 10 минут; с более крупными структурами лучшие результаты были получены без матового стекла.

Рис. 9, 10 и 11 дают изломы образцов № 1, 2 и 3 из Бостона и Монтаны в полтора раза больше их естественных размеров. Рис. 9, катодная медь после плавки и шлифовки, но до шлифовки, излом лучистый, столбчатый, блеск отсутствует, цвет темно-красный. рис. 10 застыло-медный, излом потерял радиальный характер и стал крупностолбчатым до крупнокубовидного, остается матовым, цвет изменился на кирпично-красный; в вершине вдавленной поверхности появился характерный одиночный пузырек. Наконец, на рис. 11 представлена ​​рафинированная медь, доведенная до состояния проволочного пека; излом мелкозернистый и волокнистый, блеск очень шелковистый, цвет розовый.

Образцы № 0–6 компании Calumet & Hecla Co., показанные на рис. с 12 по 18, начните с затвердевшей меди и закончите слитковой медью. Трещины, начиная с крупностолбчатых и кубовидных (рис. 12), теряют столбчатый характер, оставаясь крупными и кубовидными (рис. 13), они становятся грубо лучистыми (рис. 14), затем

Радиация предполагает более тонкие формы, а грануляция становятся в появлении (фиг. 15), грануляция преобладает над радиацией (рис. ), пока на рис. 18 излучение не было полностью заменено грануляцией. Подобным же образом блеск, отсутствующий на рис. 12, сначала становится слегка шелковистым; затем шелковистость увеличивается до тех пор, пока не будет достигнута полная шелковистость с рис. 18. Темно-кирпично-красный цвет рис. 12 становится светлее (рис. 13, 14 и 15), начинает проявляться розовый цвет (рис. 15 и 16) до тех пор, пока полный розовый цвет достигается с помощью рис. 18.

Наблюдения за трещинами сведены в Таблицу II. (на стр. 686).

Кислород в различных пробах определяли методом Гампе, заключающимся в восстановлении оксида мелкодисперсной меди (доведенного до ярко-красного каления) в токе водорода, потеря веса дает меру содержания кислорода. Хампе, а затем и Хейн свидетельствуют о том, что редукция завершена. Аппарат, использованный и рекомендованный Хампе, был несколько изменен, частично в соответствии с предложениями Арчбатта, а частично в результате изменений, которые напрашивались в ходе работы. Из-за малости образцов для анализов пришлось использовать меньше материала, чем у Гампе, а именно от 10 до 13 граммов. Используемый аппарат состоял из 16,5-дюймового. Газогенератор Киппа (заправленный соляной кислотой и перовым цинком), баллон для промывки газа, заполненный на две трети насыщенным раствором едкого натра, сушильная башня с палочками едкого натра, U-образная трубка, заполненная хлоридом кальция. , трубка-колба, заполненная медными отверстиями, и вторая U-образная трубка, заполненная хлоридом кальция.

Колба-трубка из богемского стекла толщиной 3/16 дюйма, длиной 8 дюймов и колбой длиной 3 дюйма и диаметром 1,25 дюйма. Он поддерживался рамой (длиной 5 дюймов, шириной 3 дюйма и высотой 2,5 дюйма) из «уралита» (асбестовой обшивки), имеющей на концах прорези глубиной 1,25 дюйма

для установки цилиндрических концов лампочка. Каркас помещался на тонкий лист асбестовой бумаги, опирающийся на кольцевую подставку. Под ним разместили горелку Тиррела с пламегасителем. Все было окружено рамой из тяжелого асбестового мата (7 дюймов в длину, 6 дюймов в ширину и 13 дюймов в высоту) с прорезями по бокам для размещения выступающих цилиндрических концов колбы.

Метод процедуры был следующим: на пробу брали от 20 до 25 граммов сверления, магнитом удаляли мелкие кусочки железа, сверла промывали в стакане четыре-пять раз спиртом и высушивали для удаления последние следы спирта, стараясь избежать любого окисления меди. Затем отверстия делили на примерно равные части, переносили на взвешенные колбы-трубки и взвешивали. В печь была помещена колба, соединенная резиновой трубкой с цепью водород-аппарат, водород пропускался в течение пяти минут со скоростью шесть пузырьков в секунду, газ, выходящий из второй хлоркальциевой трубки, воспламенялся, и колба медленно довели до ярко-красного каления. Когда в стакане, ведущем ко второй хлоркальциевой трубке, перестала появляться вода, поток газа уменьшили так, что через промывочную бутыль проходило только три пузырька в секунду, а колба держалась на ярко-красном огне в течение одного-двух часов. -полтора часа. По истечении этого времени подачу газа снова увеличили до шести пузырьков в секунду, убрали лампу и дали остыть меди. После остывания колбу отсоединяли, через нее аспирировали воздух, очищали и взвешивали колбу.

Полученные результаты приведены в таблице III. Следует заметить, что средний процент оксида меди в меди для пруткового проката Boston & Montana выше, чем в меди Calumet & Hecla, хотя первая была доведена до более высокого пека и, следовательно, должна содержать меньше кислород. Расхождение можно объяснить тем, что медь Boston & Montana содержит больше примесей, чем медь Calumet & Hecla; и эти примеси присутствуют в виде оксидов.

Микроскопия

Кусочки меди, использованные для изготовления микрошлифов, были выпилены как можно ближе к центру трещины, так как предполагалось, что в охлаждение. Более поздние наблюдения, однако, показали, что эта предосторожность была излишней, пока исключалась поверхностно окисленная поверхность. Все образцы были обработаны с помощью полировальной машины, изготовленной Бостонской испытательной лабораторией. При использовании машины для грубой полировки наждак на шлифовальном круге изрыл поверхность до такой степени, что возникла необходимость отшлифовать образец, прежде чем продолжать дальнейшие действия. Поэтому при обычной работе распиленные образцы сначала обрабатывали грубым, затем гладким напильником, а затем полировали румянами и водой на вращающемся деревянном диске, покрытом тканью. При полировке поначалу возникали значительные трудности, так как на полированных поверхностях при осмотре под микроскопом обнаруживались неприятные царапины. Полировка вручную румянами и водой на гладкой доске, покрытой сначала листовой резиной, а затем замшей, давала более блестящую поверхность, чем при использовании колеса, но в то же время усиливала царапины. Это указывало на вероятное присутствие крупных частиц в румянах. Для их удаления около одного объема румян взбалтывали в стакане с двумя объемами воды, оставляли примерно на 30 секунд и наносили взвеси кистью на суконный диск. Результаты были удовлетворительными, и все образцы были обработаны таким образом. После полировки их очищали спиртом и вытирали насухо замшей. Таким образом, нанося румяна, можно было отказаться от попадания воды на машину, что сделало всю операцию чище. Опыты с декантацией взвешенных румян от осевших, фильтрованием и последующим нанесением фильтрующего содержимого на диск не увенчались успехом.

При исследовании полированных срезов под микроскопом пробовали увеличения от 30 до 750 диаметров. Так как большое увеличение не выделяло структуру более отчетливо, чем увеличение меньшего диаметра, а только сужало поле наблюдения, было выбрано сравнительно небольшое увеличение в 100 диаметров. Это дало увеличение около 230 диаметров на фотопластинке. На глаз контраст между черной закисью меди в эвтектике (или голубовато-черным избытком закиси меди в образцах, содержащих более 3,45% Cu2O) и красной медью был хорошо заметен, но фотопластинка этого не улавливала. . Для более четкого выявления структуры предпринимались различные попытки травления азотной кислотой, серной кислотой, азотнокислым серебром и электрическим током, но они не улучшали дела. Тепловое тонирование помогло, но недостаточно. Затем были опробованы экраны желтого и оранжевого цветов; из них стекло оранжевого цвета оказалось лучшим, особенно когда для фотографирования использовалась светосильная изохроматическая пластинка, особенно чувствительная к оранжевому и желтому свету. Оранжевый свет придавал меди желтоватый оттенок, но мало влиял на закись меди. Одна лишь медь оказывала актиничное действие на фотопластинку, она казалась белой на позитиве, а окись меди — черной. Установлено, что время воздействия, дающее наилучшие результаты, составляет две с половиной минуты.

Образец № 1 из Бостона и Монтаны (рис. 19), взятый после плавления и снятия катодов, содержит небольшой избыток закиси меди по сравнению с эвтектикой, хотя анализ дает только 3% закиси меди. Черные кристаллы мелкие, но их легко отличить от закиси меди эвтектики. Образец № 2 (рис. 20), застывшая медь, содержит большой избыток закиси меди над эвтектикой; на нем видны папоротниковидные формы, рельефно возвышающиеся на эвтектическом фоне. Папоротникообразные формы распространены очень неравномерно; эвтектическое поле в одних местах было свободно от них, в других было сплошь покрыто ими. Образец № 3 (рис. 21) — проволочно-прутковая медь — имеет равномерно распределенную тонкую сетку эвтектики, вмещающую крупные ячейки меди.

В серии Calumet & Hecla образец № 0 (рис. 22), затвердевшая медь, показывает участки избытка закиси меди в эвтектике. Образец № 1 (рис. 23), взятый через 15 мин после начала полинга, мало чем отличается от образца № 0, что свидетельствует о том, что восстановление не зашло слишком далеко. В целом оба образца очень напоминают образец застывшей меди (№ 2) из ​​Бостона и Монтаны, хотя и не имеют столь отчетливо развитых папоротниковидных форм. Эвтектика в большинстве случаев слегка отделена от участков кристаллов избыточной закиси меди узкой полосой меди, а закись меди в эвтектике, по-видимому, несколько отделилась от своей меди, что придает полю сферолитовый вид. . В пробе № 2 (рис. 24), взятой третьей, восстановление идет быстро, но в ней еще содержится небольшой избыток закиси меди по сравнению с эвтектической смесью. Напоминает образец №1 из серии Boston & Montana. В образце № 3 (рис. 25) эвтектика пройдена, и проявляется избыток меди. Образец № 4 (рис. 26) показывает, что за 15 минут, прошедших между взятием образцов № 3 и № 4, в снижении был достигнут незначительный прогресс. Объяснение этому состоит в том, что в этот период, через 45 минут после Начались столбы, столбы были сняты и на их место поставлены новые. В образце № 5 (рис. 27) закись меди очень сильно уменьшена, эвтектика образует тонкую сетку, заключающую в своих ячейках медь. Наконец, образец № 6 (рис. 28) представляет собой рафинированную медь, доведенную до слиткового пека. Сеть эвтектики несовершенна и разорвана, а темные части эвтектики сгруппированы вместе и больше, чем ожидалось. Объяснение этой своеобразной структуры можно найти, когда на рис. 2 и 8 микрофотоснимков Хейна сравниваются в предположении, что образец охлаждался, когда он был еще выше 1084°С, температуры плавления эвтектики, что предотвратило выделение эвтектики в виде сплошного скелета. Для выяснения правильности этого представления был получен и исследован новый образец (А), взятый на стадии слитка-меди из другой шихты и медленно охлажденный. Рис. 29четко показывает разницу между быстрым и медленным охлаждением. На рис. 30 образец (В) представляет ту же партию меди, готовую к разливке в прутки, образец также был медленно охлажден. Каркас здесь также виден сплошным, а не разорванным, как на рис. 28.

Наконец, микрофотография на рис. 31 представляет образец меди из Nichols Chemical Co., доведенный до листового пека, т.е. опоры были перенесены дальше, чем в случае с самым высоким шагом проволочных стержней Calumet & Hecla Co.

Измерения площадей, которые дали Соверу такие интересные факты, казались очень многообещающими применительно к образцам меди, содержащим меньше оксида меди, чем эвтектическая смесь. Измерение площадей меди и вычитание их из общей площади дало бы площадь эвтектики, и из нее можно было бы легко рассчитать процентное содержание закиси меди. Было бы бесполезно, если вообще возможно, измерять площади закиси меди в эвтектике; а из-за неравномерного распределения закиси меди в образцах с большим содержанием закиси меди, чем в эвтектике, данные будут ошибочными.

Для проведения измерений были изготовлены увеличенные образцы № 3 (проволочно-прутковая медь) производства Boston & Montana Co., образцов № 3, 4, 5 и 6 (слитковая медь, отбеленная) производства Калумет и Хекла Ко.; также образца A (медный слиток, медленно охлаждаемый) и образца B (медный стержень, медленно охлаждаемый) от Calumet & Hecla Co.; и образца пластинчатой ​​меди от Nichols Chemical Co.

Увеличение измерялось 16 на 20 дюймов, что давало пятикратное увеличение по сравнению с микрофотографиями, или около 1150 диаметров. На увеличенном изображении был нарисован круг диаметром 12 дюймов, разделенный на четыре квадранта, и в каждом из них были произведены измерения. Использовался планиметр Амслера. Он обычно используется для измерения индикаторных карточек с точностью до 0,1%. Области меди на увеличенной микрофотографии обведены карандашом для облегчения измерения. Все измерения проводились в двух повторностях. На измерение медных участков микрофотографии ушло от 1,5 до 2 часов, причем время менялось в зависимости от четкости, с которой определялись края эвтектики. Так, образцы № 5 и особенно № 6 серии Calumet & Hecla было очень трудно измерить. При расчете процентного содержания закиси меди в эвтектике была выбрана цифра 3,45, представляющая собой среднее значение двух определений Хейна, 3,4 и 3,5.

Степень точности измерений, проведенных не менее чем в двух повторностях, показана примерами в таблице IV., в которой A-V представляют площади меди одного образца.

Процентное содержание закиси меди, полученное в результате измерений в нескольких квадрантах, и средние значения приведены в таблице V. -острова распределены в эвтектической сети неравномерно. Избыток составляющих в одном квадранте, однако, уравновешивается недостатком в другом, что дает в целом весьма удовлетворительное среднее значение.

Результаты, полученные при гидроразрыве и химическом и микроскопическом анализе, сведены в Таблицу VI.

Особенности, относящиеся к переломам, уже были обобщены. Сравнивая содержание закиси меди, полученное химическим анализом и планиметрическим измерением, можно увидеть, что процентное содержание закиси меди, обнаруженное анализом в пробе № 3 из Бостона и Монтаны, и в пробах № 3 и 4 из Калумет и Хекла , несколько выше, чем по измерению. Это может быть связано с тем, что химический анализ дает общий кислород, как меди, так и примесей, в то время как измерение дает только кислород меди. То, что кислород, обнаруженный анализом в образцах № 5 и 6 Calumet & Hecla, ниже, чем кислород, полученный измерением, вероятно, связано с сегрегацией закиси меди в эвтектике, вызывающей некоторое растекание последней. Взяв результаты в целом, они показывают, что измерения площади увеличенных микрофотографий чистой меди, содержащей меньше кислорода, чем эвтектика, дают хорошие оценки содержания кислорода. Кроме того, представляется вполне возможным быстро провести точную оценку процентного содержания закиси меди, содержащейся в образце меди, просто исследуя полированную поверхность под микроскопом, когда после некоторого опыта

получено. Принцип работы может быть следующим: взять образец пуговицы, медленно охладить его и закалить, когда он затвердеет, вырезать кусок циркулярной пилой, отшлифовать до гладкости на нескольких вращающихся деревянных дисках, покрытых наждаком. — тканью или на вращающихся напильниках, отполируйте румянами и водой на вращающемся диске, покрытом сукном (зеркальная поверхность не нужна), и под микроскопом оцените процент присутствующей окиси меди. Всю операцию можно было сделать за 6-8 минут. Затем полярность можно было бы контролировать с помощью микроскопа, а степень пека, желаемая для слитков, больших или малых лепешек, проволочных стержней или электродной меди, определялась легко определяемым количеством оксида меди, который должен присутствовать.