发布时间:2022-06-09点击:2554
微量元素进入铜是不可避免的,,,,,由于元素特性的不同,,,,,可以不固溶于铜、微量固溶、大量固溶、无限互溶,,,,,固溶度随温度下降而激烈降低、固相下有复杂相变等,,,,,因此对铜性能的影响千差万别。。。。。。
氢
氢在铜中的行为是人们正在研究的课题,,,,,氢与铜不形成氢化物,,,,,氢在液态和固态铜中的溶解度随着温度升高而增大,,,,,特别是在液态铜中有很大的溶解度,,,,,在凝固时,,,,,会在铜中形成气孔,,,,,从而导致铜制品的脆性和表面起皮;;;;;;;
在固态铜中,,,,,氢以质子状态存在,,,,,氢的电子填充铜原子的S层轨道,,,,,形成质子型固溶体,,,,,氢对铜的性能虽然影响甚微,,,,,但氢对铜及铜合金来说是有害的,,,,,含氧铜在氢气中退火时会产生裂纹,,,,,即“氢病”,,,,,原因是发生Cu2O+H2 ? 2Cu+H2O反应,,,,,产生的水蒸气会造成气孔和裂纹;;;;;;;
各种元素对氢在铜中的溶解度影响不一,,,,,其中Ni、Mn等元素引起溶解度增加,,,,,P、Si等元素减少氢在铜中的溶解度,,,,,可以通过减少熔炼时间,,,,,调整成分,,,,,控制炉料中氢气含量,,,,,熔体表面采用木炭覆盖等办法减少铜中氢的含量。。。。。。
氧
氧在铜的生产过程中是不可避免的,,,,,其影响也非常重要,,,,,氧很少固溶于铜,,,,,1065℃时为0.06%,600℃时为0.002%(重量比);;;;;;;氧在铜中除极少易固溶外,,,,,均以Cu2O形式存在,,,,,铜的氧化物不固溶于铜,,,,,呈现Cu+Cu2O共晶组织,,,,,分布于晶界,,,,,共晶反应为:L含氧0.39% 1065℃ α含氧0.01%+Cu2O,亚共晶铜中的含氧量与共晶量成正比,可在显微镜下与标准图片比较来精确测定铜中的含氧量。。。。。。
氧对铜及合金性能的影响是复杂的,微量氧对铜的导电率和机械性能影响甚微,工业铜具有很高的导电率,其原因是氧作为清洁剂,可以从铜中清除掉许多有害杂质,,,,,以氧化物形式进入炉渣,,,,,特别是能够清除砷、锑、铋等元素,,,,,含有少量氧的铜其导电率可以达到100-103%±ACS,高纯铜如6N铜在深冷条件下电阻值是相当低的。。。。。。
电真空构件用铜应严格控制其中氧的含量,,,,,其原因是电真空器件需要在氢气中密封,,,,,铜中氧的存在会导致氢病发生,,,,,引起器件高真空环境破坏,,,,,因此电真空用铜应该是无氧铜,,,,,中国国家标准中规定无氧铜中含氧量小于20ppm,,,,,美国ASTM标准中规定为3ppm,,,,,为控制氧含量,,,,,在无氧铜生产中都应选择优质电解铜原料,,,,,在熔炼工艺中采取还原性气氛,,,,,加强熔池表面覆盖,,,,,一般使用木炭;;;;;;;;;;;;;;
铜及铜合金熔炼时,,,,,一般均应进行脱氧,,,,,脱氧剂有磷、硼、镁等,,,,,以中间合金方式加入,,,,,磷是***有效的脱氧剂,,,,,不过应严格控制磷的残留量,,,,,因其能够强烈降低铜及合金的导电率。。。。。。
磷
铜磷二元相固表明,,,,,在714℃时存在着共晶反应:L8.4%→α1.75%+Cu3P,,,,,随着温度降低,,,,,磷在铜中的固溶量迅速减少,,,,,300℃时为0.6%,,,,,200℃时为0.4%;;;;;;;固溶于铜中的磷显著的降低其导电率,,,,,含P0.014%的软带导电率为94%IACS,,,,,含P0.14%的导电率仅为45.2%;;;;;;;
磷是***有效、成本***低的脱氧剂,,,,,微量磷的存在,,,,,可以提高熔体的流动性,,,,,改善铜及合金的焊接性能、耐蚀性能、提高抗软化程度,,,,,所以磷又是铜及合金的宝贵添加元素,,,,,含P0.015-0.04%的磷铜合金,,,,,广泛用于生产建筑用水道管、制冷和空调器散热管、舰船海水管路;;;;;;;
低磷铜合金板、带材在电子和化工工业中广泛应用,,,,,集成电路引线框架铜带也大量使用低磷铜合金;;;;;;;共晶成份的磷铜合金,,,,,是优良的焊接材料,,,,,高磷铜合金在580-620℃之间具有超塑性,,,,,可以热挤成φ3-φ5毫米焊丝,,,,,是焊接铜及铜合金、钢和铜零件的重要材料。。。。。。
其它金属元素对铜的影响
镁、锂、钙有限固溶于铜,,,,,锰与铜无限互溶,,,,,这四个元素都可作为铜的脱氧剂;;;;;;;锰可以提高铜的强度,,,,,低锰铜合金具有高强和耐蚀性能,,,,,在化学工程中有所应用,,,,,锰铜电阻温度系很少,,,,,是优良的电阻合金;;;;;;;由于有同素异晶转变,,,,,使铜锰合金固态下相变十分复杂,,,,,固相下具有调幅分解,,,,,变晶转变等过程,,,,,具有减振降噪性能,,,,,是***的阻尼合材料。。。。。。
以铈为代表的稀土元素几乎不固溶于铜,,,,,它们在铜中的作用是变质和净化,,,,,可以脱硫与脱氧,,,,,并能与低熔点杂质形成高熔点化合物,,,,,消除有害作用,,,,,提高铜及合金的塑性,,,,,在上引铸造线坯中加入稀土元素,,,,,能够改善塑性,,,,,减少冷加工的裂纹。。。。。。
文章来源:铜信宝
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