[文献] 低松装密度雾化铜粉生产

1前言

铜粉是粉末冶金制品生产使用的重要原料。国际工业性铜粉的生产开始于20世纪20年代，当时使用的生产方法为还原铜氧化法和电解法。50年代以后，国际上出现了新的铜粉生产方法——置换沉淀法和水冶法，后来，又出现了雾化法。

我国于1958年开始了铜粉的试制工作。当时进行的是电解铜粉的生产试验。60年代中期，电解铜粉试制获得成功并投入小批量生产。70年代中期，我国建立了第一条电解铜粉的生产线。80年代并90年代，随着我国国民经济的迅速发展，铜粉用量大幅度增加。为了满足市场需求，国内一些大型企业通过挖潜革新和进行技术改造，使铜粉产量翻了几番。在此期间，相继建立和发展了10多个铜粉生产企业，全国铜粉的生产能力达到4000t左右，年产量平均约1400t。

铜粉的生产方法主要有电解法，水雾化法和氧化还原法3种。电解法生产历史悠久，工艺成熟。用电解法生产的铜粉，具有树枝状的微观形状，还有比表面发达、纯度高、成形性能好等特点，因而广泛应用于粉末冶金制品、电碳制品、铜基摩擦材料、金刚石制品和电工合金等生产领域，目前在我国仍有广阔的市场。然而，用电解法生产铜粉有着严重污染环境和能耗高的缺点。为此，60年代国外开始采用Atmising-Oxidizing-Reducing（简称AOR）法制造铜粉。美国OMG（SCM）公司使用AOR法生产低松装密度铜粉已达30多年，目前的年产量近2万t（基本情况可参阅IntroductionofOMGroupInc）。但是在我国，这项技术最近两年才开始研究。这说明，随着当前我国政府和人民的生态环境保护意识的提高，已在考虑并着手采用低能耗，无环境污染的生产方法来进行工业生产。在铜粉生产方面，能够替代电解法的，当首推雾化制粉法。但是，实践证明，单一雾化法生产的铜粉存在松装密度大、成形性差等缺点，在实际应用中无法替代电解铜粉。因此，近年笔者采用水雾化制粉，再加上氧化还原等后续处理工艺（即AOR法），研制开发了符合环保需要的低松装密度雾化铜粉。本文仅对该产品的生产工艺、粉末形貌和性能，以及应用结果等作一个简要的介绍。

2生产工艺
AOR铜粉的工艺流程如图1所示。

图1AOR铜粉工艺流程图

2.1雾化
工业化的雾化铜粉生产分气雾化法和水雾化法两种。生产实践证明，水雾化生产效果比气雾化好。相同的粒度及粒度组成的水雾化和气雾化铜粉，在相同的后续处理条件下，其氧化效果及成品的松装密度是不同的，见表1。

表1相同粒度及粒度组成铜粉的氧化结果比较

究其原因，水雾化粉末的颗粒形状比气雾化粉末不规则，因而更有利于加快氧化速度。

2.2氧化
氧化过程对生产高性能低松装密度铜粉的影响极大。在生产中发现，氧化方式、氧化时间及氧化温度对粉末的氧化效果影响很大。特别是在相同的氧化时间和氧化温度条件下，氧化方式对氧化效果的影响尤其大。氧化方式分为静态及动态两种方式。静态氧化时，铜粉氧化速度十分缓慢，而且容易结块;动态氧化则不然，故其氧化效果甚佳。两种氧化方式的比较见表2。

表2氧化方式对铜粉氧化效果的影响

当然，在氧化过程中，适当的氧化温度和氧化时间也很重要，这里不再论述。

2.3还原
还原过程相对比较简单，还原温度一般为400～600℃，时间60～120min。

2.4破碎
还原后的铜粉，呈块状，有时板结严重，需要破碎。但须注意，破碎方式对成品的松装密度影响很大，它能直接影响成品的成形性能。普通滚动球磨，仅只磨15～30min，就会使松装密度从2.49g/cm3提高到3.3g/cm3。为了克服该问题，笔者专门设计并制造了一套破碎装置，使用时不会提高粉末的松装密度，而且破碎效率高，效果十分理想。

2.5抗氧化处理
铜粉由于自身特点，容易氧化，我们采用自己开发的氧化剂处理后，其抗氧化效果可达2年之久。

3粉末性能
3.1粉末形貌
采用AOR法研制开发的低松装密度雾化铜粉，其微观形状为珊瑚不规则状，比表面发达，成形性好，能够替代电解铜粉，其颗粒形貌见图2。

图2所制AOR铜粉的颗粒形貌

3.2粉末性能
所制AOR铜粉的化学成分和工艺性能分别示于表3和表4。

表3AOR铜粉的化学成分

表4AOR铜粉的工艺性能

4应用结果
用AOR法生产的铜粉，由于微观形状呈不规则状，氧含量低，成形性好，工艺性能稳定，故能替代电解铜粉。应用于铁基制品及对生坯强度要求较高的铜基摩擦材料、电碳制品中，经过国内几家知名的粉末冶金和电碳企业大量使用，效果十分理想。
AOR铜粉在抗氧化效果方面比电解铜粉好，在相同条件下，AOR法铜粉抗氧化效果比电解铜粉高1倍。这一点对使用铜粉的金刚石工具生产企业尤为重要，因为这些企业铜粉一次用量较少，因而要求粉末的保质期长，抗氧化效果好。使用结果令用户满意。

5结论
(1)使用AOR法成功地生产出低松装密度铜粉。该方法完全可以替代污染环境、能耗高的电解法，从而开辟了高性能铜粉生产的新工艺。

(2)AOR铜粉具有形状不规则、成形性好、抗氧化性好等优点，在应用方面完全可以替代电解铜粉。