用金相法检测铜包铝线的铜铝比例

    由于铜资源的缺乏，为降低成本，我国越来越多的企业开始生产可以替代铜线的铜包铝线。

   通过金相镶嵌的方法，我们可以取得很好的试样来完成对铜包铝线的铜层厚度和铜体积比进行观察。这样我们才能更好地控制铜包铝线的质量，在即降低成本又保证质量的情况下生产，使企业和消费者都满意。

   铜包铝线是在铝芯线上同心地包覆铜层的双金属线。它与纯铜线相比有很多优点：首先，铝的密度要远低于铜，这样铜包铝线的密度就远远低于纯铜线，这就意味着同等重量条件下，铜包铝线的长度要远长于纯铜线，这就大大节约了铜资源。其次，同样长度的铜包铝线的电缆比纯铜线的要轻，因而运输、安装方便，降低了敷设费用。另外，铜包铝线比纯铜线更具可塑性，又不像铝那样会生成绝缘的氧化物，因此更易加工处理。加上与纯铜线相比，铜包铝线对盗窃犯来说价值要低得多，因为要把铜包覆层与铝芯线分离几乎不可能。因此，能收到额外的防盗效果。由于铜包铝线的许多优势，在发达国家上世纪70年代就开始生产，并有了广泛的运用。由于铜资源的缺乏，为降低成本，我国越来越多的企业开始生产这种可以替代铜线的铜包铝线。

    由于铜包铝线的广泛运用，电子行业制定了相关的行业标准SJ/T11223-2000，它规定了铜包铝线的产品分类、要求、试验方法、检验规则、包装、标志、运输、贮存等。铜包铝线的铜层沿圆周和纵向分布的均匀性，对电磁波传输性能有很大影响；铜层的体积比又是重要的经济指标。因此，标准对铜层厚度和铜体积比都有相应的规定。从铜包铝线的结构来分析，铜层应沿圆周方向均匀地分布在铝芯线外，具有较好的同心度，标准上根据其结构特点，对铜包铝线的铜层厚度最薄点或铜层体积比的测定制定了“断面抛光测量法”的试验方法。即从样品一端截取适当长度的铜包铝线试样，将导线横截面研磨、抛光后，使用足够精度的读数显微镜在下图所示的相互垂直的四个位置上测定铜层厚度，在这四个位置中应包含铜层最薄部位。

    铜层厚度的测定位置

    铜层厚度用四个位置测量值的平均值计算，并按下式计算铜层体积比。

    S=[1-(D-2t)2/D2]*100%…（１）

    式中：S—铜层体积比;

    D—铜包铝线直径(mm);

    t—铜层平均厚度(mm)。

   试验方法规定从样品一端截取适当长度的铜包铝线试样，将导线横截面研磨、抛光后对截面进行观察，但在实际操作的过程中，却遇到了很多问题。首先，铜包铝线的线径都极细，最粗也只有5mm左右，一般样品粗细都大于1.78mm。如此细小的样品，是很难平稳地放置在读数显微镜的视场范围内的，这就给观察带来了很大的难度，而且也极大地影响了测量数据的精确程度。其次，如此细小的样品，要对其进行研磨和抛光本身就存在很大的难度，加之铜铝均为软金属，在研磨的过程中很容易变形，外层的铜在研磨过程中也极易出现倒边等现象，这样会给测量数据带来很大的误差。由此可见试样的制备对测量和观察都是极其重要的，但如何才能减少误差，取得比较清晰的观测面呢？经过实践，我们发现用金相镶嵌的方法可以取得较好的效果。

   金相镶嵌的方法有热压镶嵌、冷镶嵌法、机械镶嵌法。热压镶嵌就是使用专门的热压镶嵌机，将镶嵌料加热至一定温度并施加一定压力和保温一定时间，使镶嵌料与试样紧固地粘合在一起，由于不需要观察铜铝的金属基体组织，且热镶嵌所需的加热温度对其也不会产生什么影响，所以采用这种方法方便，快捷。冷镶嵌法是利用模子，用可以在常温固化的物质进行充填（或称浇铸），这个方法比较麻烦，一般不常见。机械镶嵌法就是将试样置于钢圈或小钢夹中，然后用螺钉和垫块加以固定，但这对较软的有色金属是不合适的。

   取三到五根需要测量的试样，用细铜线将其捆成一小捆，截取适当长度（保证试样仍是一小捆紧密捆扎），将其平整面放置在镶嵌机内进行热压镶嵌，待镶嵌完成即可取出试样进行研磨和抛光了。镶嵌时要注意温度、保温时间、压力、装填量的控制。温度不够，镶嵌料仍呈粉末状态；保温时间不够，边上的已经固化，中心的仍为粉末；压力不够易产生空洞现象，所以在热压镶嵌中除了开头要加压外，当温度到达设定温度后还要加次压，以保证镶嵌出来的东西密实；装填量太小，填充不满，试样顶住模子，周围还是空的，没有达到镶嵌的目的；装填量太大，一是浪费材料，二是也不便手拿。如果铜包铝线极细成丝状，可以用以下两种方法进行加工。一种可将铜包铝线并排压于两片有机玻璃中，用氯仿胶合。待干后，截取试样，即可进行磨制抛光。另一种将丝材对穿于一空心纸筒中，然后浇以环氧树脂镶嵌，待凝固后，截取横截面即可磨制抛光。但在实际检测的过程中成丝状的样品较少，一般直径都在1.78mm以上。镶嵌后的试样再用金相砂纸由粗到细逐道磨制。在换用下一道砂纸时应清洁试样，这样可以避免将上道较粗的砂粒带到下一道细砂纸上，同时将原来磨制的方向改变90度。每道磨制应将前道磨制所留下的磨痕消除，并得到一个磨痕细密的平整磨面。由于铜质地较软，磨制时还需用力均匀，着力不可太重，使用两种砂纸的粒度不可相差太大，这样会使前一道加工所留下的粗大磨痕为表层金属流动和金属粉末填充，而造成表面磨得很好的错觉。抛光一般采用机械抛光，选用丝绒作为抛光织物，抛光时用力要适中，可以延着抛光盘来回运动。抛光分为粗抛和细抛两道工序，即先用W3～W5的金刚石研磨膏粗抛，然后用W0.5～W2.5的金刚石研磨膏细抛，选择金刚石颗粒较细小的抛光剂为宜。

   试样经镶嵌后可以平稳地放置在显微镜下，经研磨抛光后可以得到清晰的观察面。铜包铝线经过镶嵌，铝芯线外层所包的铜层被镶嵌料所包裹，起到了很好的保护作用，铜包铝线间紧密相挨，铜层与铜层相接触，由于硬度相当，磨制时彼此不会有影响，也进一步保护了铜包铝线外层的铜。这样可以尽量减少研磨和抛光对铜包铝线外层所包裹的铜产生的影响。在一个镶嵌试样中，我们同时可以观测到三到五根铜包铝线，可以分别对每根线进行测量，多次测量计算，将数据进行比对，也可提高测量数据的准确性。经镶嵌后的试样不会变形，由于镶嵌料的保护，铜包铝线的外层铜不会被划伤或缺损，方便了保存。如果有需要，在经过一段时间后要重新观测样品，只需对其观测面重新磨制抛光，这样也便于检测结果的核对和复查。

    （作者单位：江苏省常州市产品质量监督检验所）