- 三號銀銅開發案
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方案:三號銀銅開發案
提案人:任向榮
提案時間:2005.2.12
實驗人:任向梅
試驗時間:2000.10月參考資料:
The Science and Engineering of Materials, Second Edition, Donald R. Ask eland, PWS-KENT Publishing Company.
《機械材料》,新修訂版,金重勳 博士著,從文書局發行。
科技用書《機械材料》，初版，王木琴編著，臺灣從文興業股份有限公司發行。
機電工程系列叢書，《電火花加工技術》，趙萬生主編，哈爾濱工業大學出版社發行。問題：在對模具鋼放電的常規使用下,市場出現純銅對精密模具的精度要求不能完全滿足.
目的:為保證模具尺寸精度,銅電極被要求:
在不影響放電熱能的前提下,減少銅材的熔化、氣化與拋出蝕除，達到電極本身損耗少的企圖。
改善放電后模具穴面的表面粗度，以減少后期拋光量，避免人為影響精度。
設計研究：
由銅—銀平衡相圖（圖一）知，XQ-3#銀銅合金在鑄造結晶過程中，自液相L的銀銅液溶體，當溫度降至a點以下并持續下降，固溶體α開始凝固成核并成長晶粒，此為初晶α固溶體，α的數量沿AM線增多，液相L的量沿AE線不斷減少。
直到溫度低過b點以下，產生了一個單一α相的固態溶液，此為共晶α固溶體。
合金繼續冷卻至c點以下，銀在α固溶體中呈現過飽和狀態，多余的銀就以βⅡ 固溶體的第2固相形式從初始的α相中析出，隨著溫度的繼續降低，α固溶體的溶解度逐漸減小，因此這一析出過程將不斷進行，α相和β相的成分分別沿MF線和NG線變化。
晶界的晶格能較高，故βⅡ優先從α相之晶界析出，其次是從晶粒內的缺陷部位析出，由于固態下的原子擴散能力小，析出的次生相不易長大，較為細小。如圖二（b）所示，其金相應與過共晶鉛—錫合金的組織結構具有相似傾向。
注：（1）降溫至c點以下的析出過程亦稱為二次結晶，析出的相稱為次生相，次生的β固溶體以βⅡ表示，以區別于從液體中直接析出的β固溶體。
（2）因銀的含量低，不足以出現亞共晶組織，對微量元素可視為雜質狀態存在。
對于加入元素，須考慮導電率下降不多的前提，遍觀周期表，因銀之導電度與導熱度占金屬元素中的首位，故試驗微量白銀的添加。由圖三中，含銀量對導電率的變化，理論計算可知，電導率下降有限。另含銀銅具有較高的耐氧化性。
注：（1）各種金屬材料被電火花加工的難易程度依次為：鎢、銅、銀、鉬、鋁、鉭、鉑、鐵、鎳、不銹鋼、鈦。
當脈沖放電能量相同時，金屬的熔點、沸點、比熱、熔化熱、汽化熱愈高，則電蝕量愈小，其加工的難度就愈大。
熱導率愈大的金屬，由于較多地把瞬時產生的熱量傳導散失到其他部位，因而降低了本身的蝕除量，也不易加工。
作為被放電者，銅比銀難加工。雖然銀擁有略優的導熱率，但不足以禰補其熔點太底的影響，所以較少的熱能就容易地將銀蝕除。
四、結果分析：
正極、負極受電子、正離子撞擊的能量、熱量不同，不同電極材料的熔點、氣化點不同，脈沖寬度、脈沖電流大小不同，正、負電極上被拋出材料的數量也不會相同；產品的主要目的在于比純銅進一步地提高放電精度，故研究方向為熱損耗須少。
對銀銅從材料的單一角度來看：
見圖一，熔點只下降很少，估計約0.630C。
對含銀雜質的銅，由電導率的理論推算知，導電率和導熱率比純銅略下降一些，將造成電極發熱較多。
銀銅的理論損耗在單位時間內應比純銅稍微增加。 實物結果卻相反！
從工藝的角度觀之：
由大量實驗資料來看，每次電火化腐蝕的微觀過程是電場力、磁力、熱力、流體動力、電化學和膠體化學等綜合的過程。
（1）火花加工機理：
a.極間介質的電離、擊穿，形成放電通道：
極間介質（工具電極、工件）是主要關心點，其重要影響為放電通道內數量大體相等的正離子、負離子及中性原子組成，正負粒子反向高速運動，碰撞生熱。
在放電過程中，伴隨一系列衍生現象，其中有熱效應、電磁效應、光效應、聲效應及頻率范圍很寬的電磁輻射和爆炸沖擊波等。
b.介質熱分解、電極材料熔化、氣化熱膨脹：
因銀銅熔點下降極少，約0.630C，電極材料的熔化和拋出的效應“變化量”，幾乎可以忽略。
c.電極材料的拋出：
材料拋出是熱爆炸力、電動力、流體動力等綜合作用的結果。
工作液因熱分解產生金屬碳化物的膠團粒，在電場作用下移動向電極表面并吸附，形成碳黑膜。
d.極間介質的消電離：
脈沖間隔（脈間）過間過程，來不及消電離和恢復絕緣體，容易電弧放電，燒傷工具和工件，脈間過久，將降低加工生產率。
抬刀排渣距離是為了電蝕產物排除來保障絕緣和及時散熱來降低帶電粒子自由能，使消電離過程充分。
（2）因導電率、導熱率略下降，脈沖電流密度下降幅度接近3%，從電能轉變為正負粒子動能碰撞再轉變成熱能的電流效應幅度隨之下降，由于能量在轉換型式時發生輻射逸失，根據質能守恒定律，主能量因部分逸失而減少，電極表面溫度隨之下降，進而減少了電極的熱損耗。
注：在正離子、負離子的放電流量通道內
由量子力學知，光既是電磁波，也是具有能量動量的粒子，呈現波粒二向性，粒子性的能量，在原子發光過程，是以電子在不同能階（穩定軌道態）之間不連續的躍進，表現出光波頻率。（可由光譜線知之）
電子在能階間躍遷過程中，發生光誘導磁效應，而電場和磁場的交互變化產生電磁波輻射。
機床的自動進給控制系統會保持放電間隙不變，因電極自身微觀損耗已減少，熱膨脹和局部微爆炸將迫使工件的蝕除增加，此間隙熱爆的強迫蝕除增加量大于能量輻射逸失的熔蝕減少量，從巨觀看，即有利于生產率的增加。
觀察平衡相圖，在鑄造后的冷卻過程，當溫度低過G點以下，可明顯發現βⅡ相中的較多數占據于晶界，其阻礙了進一步的α相晶粒成長，起到了晶粒細化的效果，這提高了電極的表面光潔度。
同時，βⅡ相產生了散布強化的效果，使合金的強度增加，硬度也相對提升。
因銅—銀合金在鑄造時易引起偏析，故于冶煉過程須采取防治手段，來取得均質化。
