Медь фосфористая МФ9

Медь фосфористая МФ9 — медно-фосфористый сплав (лигатура), выпускаемый по ГОСТ 4515-93. Содержание фосфора в марке МФ9 составляет от 8,0 до 9,5 %, а сумма меди и фосфора — не менее 99,5 %. Материал применяют как раскислитель и модификатор при плавке меди и медных сплавов, а также в качестве припоя для капиллярной пайки медных соединений. Состав сплава МФ9 близок к эвтектической точке системы Cu–P (8,38 % P, 714 °C), что обеспечивает хорошую текучесть расплава и относительно невысокую температуру плавления.

Химический состав медно-фосфористого сплава МФ9 по ГОСТ 4515-93

Химический состав меди фосфористой МФ9 регламентирован ГОСТ 4515-93 «Сплавы медно-фосфористые. Технические условия». Стандарт предусматривает две марки — МФ9 и МФ10. Марка МФ9 допускает более высокое содержание примесей, чем МФ10, но при этом обладает лучшей текучестью за счёт близости состава к эвтектике.

Компонент	Массовая доля, %
Фосфор (P)	8,0–9,5
Медь + фосфор (Cu+P), не менее	99,5
Висмут (Bi), не более	0,005
Сурьма (Sb), не более	0,100
Железо (Fe), не более	0,15

Массовую долю висмута, сурьмы и железа определяют по требованию потребителя. Методы определения химического состава — по ГОСТ 6674.1–ГОСТ 6674.4. Исходя из нормы Cu+P ≥ 99,5 % и содержания фосфора 8,0–9,5 %, содержание меди в сплаве МФ9 составляет не менее 90,0 %. Суммарная доля примесей (Bi + Sb + Fe) — не более 0,255 %.

Расшифровка марки МФ9

Обозначение МФ9 расшифровывается следующим образом: «М» — медь (основа сплава), «Ф» — фосфор (легирующий элемент), «9» — среднее содержание фосфора в процентах. Условное обозначение плитки из сплава МФ9 при заказе: ПлМФ9 ГОСТ 4515-93.

Фазовая диаграмма Cu–P и температурные характеристики МФ9

Система медь–фосфор образует эвтектику при содержании 8,38 % (масс.) фосфора и температуре 714 °C. Эвтектика представляет собой мелкодисперсную смесь твёрдого раствора фосфора в меди и фосфида Cu₃P. Фосфид меди Cu₃P плавится конгруэнтно при 1022 °C.

Состав сплава МФ9 (8,0–9,5 % P) охватывает область вблизи эвтектической точки. Сплавы с содержанием фосфора ниже 8,38 % являются доэвтектическими (начинают кристаллизоваться с выделением медных дендритов), а выше 8,38 % — заэвтектическими (первыми кристаллизуются включения Cu₃P).

Температуры солидус и ликвидус

Для медно-фосфористого сплава с содержанием фосфора около 9 % температура солидус составляет примерно 715 °C, температура ликвидус — около 820 °C. Точное значение ликвидуса зависит от конкретного содержания фосфора в пределах допускаемого диапазона: чем ближе состав к эвтектическому (8,38 %), тем ниже ликвидус и уже интервал кристаллизации. Это напрямую влияет на технологичность сплава при пайке: узкий интервал плавления обеспечивает равномерное заполнение паяльных зазоров без ликвации.

Роль фосфора в сплаве: раскисление меди и медных сплавов

Основное назначение меди фосфористой МФ9 — раскисление меди и медных сплавов при плавке. Кислород, растворённый в жидкой меди, образует оксид меди(I) Cu₂O, который распределяется по границам зёрен и резко ухудшает механические, технологические и коррозионные свойства. При введении фосфористой меди в расплав фосфор взаимодействует с Cu₂O, связывая кислород в фосфатные соединения, которые всплывают в шлак и легко удаляются.

Фосфор является одним из наиболее эффективных и экономичных раскислителей для медных сплавов. Расход фосфора при раскислении невелик — обычно достаточно введения сотых долей процента по массе расплава. Медь, раскисленная фосфором, маркируется буквой «р» — например, М1р. Содержание кислорода в раскисленной меди не должно превышать 0,01 %.

Фосфористая медь МФ9 как модификатор

Помимо раскисления, введение медной лигатуры МФ9 при плавке бронз и других медных сплавов выполняет функцию модифицирования. Фосфор влияет на процесс кристаллизации: он способствует измельчению зерна, что повышает прочностные характеристики сплава — предел прочности на разрыв, упругость и твёрдость. Именно поэтому фосфористая медь применяется при производстве оловянно-фосфористых бронз (БрОФ), в которых остаточное содержание фосфора обеспечивает интерстициальное упрочнение твёрдого раствора.

Применение меди фосфористой МФ9 в пайке

Сплав МФ9, благодаря близости к эвтектической точке системы Cu–P, обладает высокой текучестью в расплавленном состоянии и хорошо затекает в капиллярные зазоры. Это делает его эффективным припоем для соединения меди с медью.

Самофлюсующие свойства при пайке меди

Важная особенность медно-фосфористых припоев — способность к самофлюсованию при пайке медных деталей. Фосфор в расплаве взаимодействует с оксидной плёнкой на поверхности меди, восстанавливая её. Это позволяет выполнять пайку медь–медь без применения дополнительного флюса, что упрощает технологический процесс и исключает необходимость последующей отмывки.

Ограничения при использовании в качестве припоя

Медно-фосфористые припои на основе МФ9 имеют ряд ограничений, которые необходимо учитывать при выборе материала:

Недопустимо паять стальные и чугунные детали. Фосфор реагирует с железом и никелем, образуя хрупкие фосфиды по границам зёрен. Паяное соединение становится непрочным и подвержено хрупкому разрушению.

Не рекомендуется паять медно-никелевые сплавы (мельхиор, нейзильбер, константан) по той же причине — образование хрупких никелевых фосфидов.

При пайке латуни и бронзы медно-фосфористый припой применяется, однако требует использования дополнительного флюса, так как самофлюсующий эффект проявляется только на чистой меди.

Области применения в пайке

Медно-фосфористые припои типа МФ9 широко применяются при монтаже и ремонте медных трубопроводов в системах холодоснабжения, кондиционирования, отопления. Пайка медных трубок в теплообменниках, испарителях, конденсаторах холодильного оборудования — одна из основных сфер использования данного материала. Также припой МФ9 применяют при соединении медных токоведущих шин и контактов в электротехнике.

Формы поставки медно-фосфористого сплава МФ9

Согласно ГОСТ 4515-93, основная форма выпуска сплава МФ9 — литые плитки (чушки) со следующими габаритными размерами:

Параметр	Значение
Длина, мм	370 ± 10
Ширина, мм	215 ± 10
Толщина, мм	30 ± 5
Количество долей	40
Масса одной плитки (ориентировочно)	11–12 кг

Плитка разделена пережимами на 40 долей, что позволяет отламывать нужное количество материала без механической резки. Заливы отдельных пережимов допускаются на не более чем 10 % плиток в партии и не являются браковочным признаком. Наличие долевых частей плиток (до 10 % массы партии) также не считается дефектом.

По согласованию изготовителя с потребителем допускается выпуск МФ9 в виде полосы (ленты) толщиной от 0,3 до 1,2 мм и прутков по согласованным размерам. Лента и прутки применяются как припой при механизированной и ручной пайке.

Требования к качеству плиток МФ9

ГОСТ 4515-93 устанавливает следующие требования к качеству готовой продукции:

Поверхность плиток не должна содержать посторонних включений. Металл в изломе плиток должен иметь однородное строение без шлаковых и иных посторонних включений. При обнаружении дефектов контроль проводится на удвоенной выборке, результаты повторного испытания распространяются на всю партию.

Маркировка медно-фосфористого сплава МФ9

На каждой плитке МФ9 должны быть нанесены: товарный знак (или наименование) предприятия-изготовителя, номер плавки и цветная маркировка. Для сплава МФ9 цветная маркировка наносится чёрной несмываемой краской в виде полос по всей длине плитки и долевых частей.

Приёмка и контроль качества

Сплав МФ9 предъявляют к приёмке партиями. Каждая партия состоит из плиток одной марки сплава и одной плавки. Для контроля химического состава, размеров и качества излома отбирают не менее трёх плиток от партии. На предприятии-изготовителе допускается отбор проб от каждого ковша жидкого металла.

Контроль качества поверхности выполняют визуально на всех или не менее двадцати плитках от партии. Размеры проверяют универсальным мерительным инструментом по ГОСТ 166 и ГОСТ 427.

Отбор проб для химического анализа

От каждой отобранной плитки берут пробу сверлением (диаметр сверла 10–20 мм, без смазки, с минимально возможной скоростью) в пяти точках: в середине и четырёх точках по диагонали на расстоянии ⅕–⅙ диагонали от угла. Места входа и выхода сверла предварительно зачищают на глубину не менее 0,5 мм. Полученную объединённую пробу обрабатывают магнитом, перемешивают и используют для анализа.

Результаты приёмосдаточных испытаний отражают в сопроводительном документе, в котором указывают: товарный знак изготовителя, марку сплава, массу партии, номер плавки, номер партии, результаты химического анализа и обозначение стандарта.

Транспортирование и хранение фосфористой меди МФ9

Плитки МФ9 транспортируют всеми видами транспорта в крытых транспортных средствах в соответствии с действующими правилами перевозки грузов. Хранение осуществляется в крытых помещениях в условиях, исключающих попадание влаги.

Для транспортирования плитки формируют в пакеты по ГОСТ 21399 и ГОСТ 24597. Пакет состоит из плиток одной марки и одной плавки. Обвязка пакетов выполняется стальной упаковочной лентой по ГОСТ 3560. Лента натягивается и скрепляется в замок, длина свободного конца после обрезки — не более 50 мм.

Отличия сплавов МФ9 и МФ10

ГОСТ 4515-93 регламентирует два сплава — МФ9 и МФ10. Основные различия между ними:

Параметр	МФ9	МФ10
Фосфор (P), %	8,0–9,5	9,5–11,0
Cu+P, не менее, %	99,5	99,8
Висмут (Bi), не более, %	0,005	0,002
Сурьма (Sb), не более, %	0,100	0,002
Железо (Fe), не более, %	0,15	—
Цветная маркировка	Чёрная полоса	Белая полоса (только для экспорта)

Сплав МФ10 — более чистый: требования к содержанию примесей значительно жёстче. Его изготовляют из меди по ГОСТ 859 с массовой долей меди не менее 99,9 % и красного технического фосфора по ГОСТ 8655. МФ10 применяется там, где необходима минимальная контаминация примесями — например, для раскисления меди высокой чистоты. МФ9 допускает более высокий уровень примесей, что делает его более доступным для общепромышленного применения.

Технологические рекомендации по применению МФ9

Раскисление при плавке

При использовании МФ9 в качестве раскислителя его вводят в расплав меди или медного сплава непосредственно перед разливкой. Количество вводимой фосфористой меди рассчитывают исходя из содержания кислорода в расплаве. Как правило, для эффективного раскисления достаточно обеспечить остаточное содержание фосфора в сплаве на уровне сотых долей процента. Избыток фосфора нежелателен, так как он снижает электропроводность меди.

Раскисление обычно проводят в два этапа: предварительное — в плавильной печи, окончательное — в разливочном ковше. Фосфористую медь добавляют под слой расплава, погружая долевую часть плитки специальным приспособлением. Перед введением лигатуры расплав должен быть нагрет до рабочей температуры (обычно 1150–1250 °C для чистой меди).

Пайка медных соединений

При использовании МФ9 в качестве припоя для капиллярной пайки меди необходимо учитывать следующие особенности:

Рекомендуемый зазор в соединении для медно-фосфористых припоев — от 0,025 до 0,13 мм при длине соединения менее 25 мм, и от 0,18 до 0,38 мм при длине более 25 мм. Нагрев выполняют газовой горелкой с восстановительным пламенем. Быстрый равномерный прогрев зоны пайки критически важен — при медленном нагреве возможна ликвация (расслоение) припоя, когда легкоплавкая эвтектическая составляющая вытекает раньше, оставляя тугоплавкий остаток.

Температура пайки должна быть выше ликвидуса сплава. Для МФ9 рабочий диапазон — от 750 до 850 °C в зависимости от конкретного состава. При пайке медь–медь дополнительный флюс не требуется. При пайке латуни или бронзы необходимо применять паяльный флюс.

Нормативно-техническая документация

Производство и приёмка медно-фосфористых сплавов МФ9 регулируется следующими документами:

Обозначение	Назначение
ГОСТ 4515-93	Сплавы медно-фосфористые. Технические условия
ГОСТ 6674.1–ГОСТ 6674.4	Методы определения химического состава
ГОСТ 859	Медь. Марки (исходное сырьё)
ГОСТ 8655	Фосфор красный технический (исходное сырьё)
ГОСТ 166	Штангенциркули (контроль размеров)
ГОСТ 427	Линейки измерительные металлические (контроль размеров)

Условия поставки медно-фосфористого сплава МФ9

Медь фосфористая МФ9 поставляется из наличия и под заказ в виде плиток (чушек), лент и прутков. Каждая партия сопровождается документом о качестве с результатами химического анализа. Условия поставки, объёмы и сроки — по согласованию.