ทองแดงและโลหะผสมประเภทต่างๆ มีจุดหลอมเหลวต่างกัน. ทองแดงบริสุทธิ์จะละลายที่ประมาณ 1085 องศาเซลเซียส, แต่โลหะผสมทองแดงทั่วไป เช่น บรอนซ์และทองเหลือง มีจุดหลอมเหลวต่างกัน.
- สีบรอนซ์ (โลหะผสมทองแดงและดีบุก): จุดหลอมเหลวมักจะอยู่ระหว่าง 850 และ 950 องศาเซลเซียส, ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของโลหะผสม.
- ทองเหลือง (ทองแดงและโลหะผสมสังกะสี): จุดหลอมเหลวมักจะอยู่ระหว่าง 900 และ 940 องศาเซลเซียส, และยังแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับปริมาณสังกะสีด้วย.
หลังจากละลายแล้ว, มันมักจะได้รับการขัดเกลา, หล่อ, และระบายความร้อนเพื่อให้มั่นใจในคุณภาพและลักษณะของการหล่อ.
การกลั่นกรอง: ในระหว่างกระบวนการหลอมละลาย, สิ่งสกปรกอาจเกิดขึ้นได้. สิ่งเจือปนเหล่านี้สามารถกำจัดออกได้ และปรับปรุงความบริสุทธิ์ของทองแดงได้โดยการเติมสารทำให้บริสุทธิ์ หรือใช้สภาพแวดล้อมแบบสุญญากาศหรือก๊าซเฉื่อย.
กำลังหล่อ: ทองแดงหลอมเหลวจะถูกเทลงในแม่พิมพ์ที่เตรียมไว้ล่วงหน้าเพื่อให้ได้รูปทรงที่ต้องการ. ขึ้นอยู่กับวิธีการหล่อ, การหล่อทราย, การหล่อแม่พิมพ์โลหะ, หรือกระบวนการอื่น ๆ สามารถเลือกได้.
ระบายความร้อน: หลังจากหล่อเย็นลงในแม่พิมพ์แล้ว, มันมักจะถูกรื้อถอน. ขั้นตอนนี้ต้องใช้ความระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายต่อการหล่อ.
หลังการประมวลผล: หลังจากระบายความร้อนแล้ว, การหล่อทองแดงอาจต้องผ่านกระบวนการต่อมา เช่น การขัดลบคม, ขัด, และการบำบัดความร้อนเพื่อปรับปรุงคุณภาพพื้นผิวและคุณสมบัติทางกล.
การกลั่นทองแดง
การกลั่นทองแดงมีจุดประสงค์หลักเพื่อขจัดสิ่งสกปรกและองค์ประกอบที่เป็นอันตรายออกจากทองแดงหลอมเหลวเพื่อปรับปรุงความบริสุทธิ์และประสิทธิภาพ.
- ละลาย: ละลายทองแดงที่อุณหภูมิสูงเพื่อให้เป็นของเหลว. ในขั้นตอนนี้, ตัวแทนฟลักซ์ (เช่น ฟลูออไรด์) สามารถเพิ่มเพื่อช่วยขจัดสิ่งสกปรกได้.
- การบำบัดก๊าซ: การใช้ก๊าซเฉื่อย (เช่นอาร์กอน) หรือสภาพแวดล้อมสุญญากาศสามารถลดผลกระทบของการเกิดออกซิเดชันและก๊าซที่เกิดปฏิกิริยาได้, จึงช่วยปรับปรุงคุณภาพของทองแดง.
- การลดระดับฟอสฟอรัส: ถ้าทองแดงมีฟอสฟอรัส, สามารถกำจัดออกได้โดยการให้ความร้อนหรือเติมสารเคมีเฉพาะ. ฟอสฟอรัสที่มากเกินไปอาจทำให้ทองแดงเปราะได้.
- การกลั่นด้วยไฟฟ้า: ในเซลล์อิเล็กโทรไลต์, ทองแดงหลอมเหลวถูกใช้เป็นขั้วบวกและทองแดงบริสุทธิ์ถูกใช้เป็นแคโทด. หลังจากใช้พลังแล้ว, ทองแดงบริสุทธิ์จะละลายจากขั้วบวกและสะสมอยู่บนแคโทด, และสิ่งสกปรกยังคงอยู่ในเซลล์อิเล็กโทรไลต์. การกลั่นด้วยไฟฟ้าสามารถบรรลุความบริสุทธิ์ของทองแดงที่สูงมาก (มักจะมากกว่า 99.9%).
การหล่อทองแดง
การหล่อคือกระบวนการเททองแดงหลอมเหลวลงในแม่พิมพ์เพื่อให้ได้รูปทรงเฉพาะ.
- การเตรียมแม่พิมพ์: เลือกวัสดุแม่พิมพ์ที่เหมาะสม (เช่น แม่พิมพ์ทราย, แม่พิมพ์โลหะหรือแม่พิมพ์ปูนปลาสเตอร์), และตรวจสอบให้แน่ใจว่าพื้นผิวแม่พิมพ์เรียบและแห้งเพื่อป้องกันไม่ให้การหล่อติด.
- ทองแดงละลาย: ให้ความร้อนทองแดงจนมีสถานะหลอมเหลวในเตาเผา, ทำให้มั่นใจได้ว่าอุณหภูมิจะสม่ำเสมอและหลีกเลี่ยงจุดเย็น.
- กำลังหล่อ: เททองแดงที่หลอมละลายลงในแม่พิมพ์อย่างระมัดระวัง, และทองแดงที่มีความลื่นไหลที่ดีสามารถเติมเต็มทุกรายละเอียดของแม่พิมพ์ได้. ในเวลานี้, จำเป็นต้องควบคุมความเร็วการหล่อและมุมเอียงเพื่อลดฟองอากาศและข้อบกพร่อง.
การระบายความร้อนด้วยทองแดง
การระบายความร้อนเป็นขั้นตอนสำคัญในกระบวนการหล่อ. วัตถุประสงค์หลักคือการเปลี่ยนทองแดงหลอมเหลวจากของเหลวเป็นของแข็งเพื่อให้ได้รูปทรงและคุณสมบัติที่ต้องการ.
- ความเย็นตามธรรมชาติ: การหล่อเย็นลงตามธรรมชาติในแม่พิมพ์, มักจะผ่านการนำความร้อนของอากาศหรือวัสดุแม่พิมพ์. การระบายความร้อนตามธรรมชาติจะช้าลงและช่วยลดความเครียดภายใน.
- บังคับระบายความร้อน: ในบางกรณี, การบังคับทำความเย็นสามารถทำได้โดยใช้ตัวกลาง เช่น น้ำหรือลม เพื่อเร่งกระบวนการทำความเย็น. สิ่งนี้สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตได้, แต่จำเป็นต้องควบคุมอัตราการทำความเย็นเพื่อป้องกันความเครียดจากความร้อนไม่ให้เกิดรอยแตกร้าว.
- เวลาทำความเย็น: ระยะเวลาในการทำความเย็นขึ้นอยู่กับความหนา, รูปร่างและวัสดุของการหล่อ. การหล่อแบบหนาต้องใช้เวลาในการหล่อเย็นนานขึ้นเพื่อให้แน่ใจว่ามีการแข็งตัวสม่ำเสมอ.
- การตรวจสอบอุณหภูมิ: ในระหว่างกระบวนการทำความเย็น, สิ่งสำคัญคือต้องติดตามการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของการหล่อเพื่อให้แน่ใจว่าแข็งตัวตามที่คาดไว้.
- การรื้อถอน: หลังจากหล่อเย็นลงจนมีความแข็งเพียงพอแล้ว, สามารถถอดแม่พิมพ์ออกได้.
หลังการประมวลผล
กระบวนการหลังการประมวลผลของทองแดงมักจะมีดังต่อไปนี้:
- การขัดสี: หลังจากถอดแบบหล่อออกจากแม่พิมพ์แล้ว, อาจมีเสี้ยนคมที่ขอบ. การลบคมมักกระทำโดยวิธีทางกล (เช่นการบด, การตัด) หรือวิธีทางเคมี (เช่นการดอง) เพื่อความปลอดภัยและปรับปรุงรูปลักษณ์.
- การรักษาพื้นผิว: การหล่อทองแดงอาจทำความสะอาดและขัดเงาเพื่อขจัดชั้นออกไซด์และสิ่งปนเปื้อนอื่นๆ และปรับปรุงความมันวาวของพื้นผิว. วิธีการทั่วไป ได้แก่ การขัดเงาด้วยกลไก, การขัดด้วยสารเคมีและการขัดด้วยไฟฟ้า.
- การรักษาความร้อน: การอบชุบด้วยความร้อนสามารถปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของทองแดงได้, เช่นการเพิ่มความแข็งแกร่งและความเหนียว. วิธีการรักษาความร้อนทั่วไป ได้แก่ การหลอม (ความร้อนตามด้วยการระบายความร้อนช้า) และดับ (ระบายความร้อนอย่างรวดเร็ว), ทางเลือกเฉพาะขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของโลหะผสมและการใช้งานขั้นสุดท้ายของทองแดง.
- การเคลือบ: เพื่อปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนหรือเปลี่ยนรูปลักษณ์, การหล่อทองแดงสามารถเคลือบได้, เช่น การชุบด้วยไฟฟ้า, การฉีดพ่นหรือทาสี. สิ่งนี้สามารถให้การปกป้องเพิ่มเติมและปรับปรุงรูปลักษณ์ของทองแดง.
- การตรวจสอบและการควบคุมคุณภาพ: หลังการประมวลผลเสร็จสิ้น, การหล่อจะต้องผ่านการตรวจสอบต่างๆ (เช่น การตรวจด้วยสายตา, การตรวจสอบอัลตราโซนิก, การตรวจเอ็กซ์เรย์, ฯลฯ) เพื่อให้แน่ใจว่าเป็นไปตามข้อกำหนดด้านการออกแบบและประสิทธิภาพ.
