Efectul conținutului de oxigen asupra proprietăților cuprului pur
Oxigenul este unul dintre cele mai comune și mai influente elemente de impuritate din cuprul pur. Chiar și concentrațiile foarte scăzute de oxigen pot modifica semnificativ proprietățile fizice, mecanice, electrice, termice și de prelucrare ale cuprului. În producția industrială, conținutul de oxigen este de obicei strict controlat în funcție de scenariile de aplicare, iar impactul său se reflectă în principal în următoarele aspecte.
În primul rând, oxigenul are un efect evident asupra conductivității electrice a cuprului pur.
Oxidul de cupru format din oxigen și cupru este un compus semiconductor cu rezistivitate mult mai mare decât matricea de cupru. Când oxigenul se dizolvă în cupru sub formă de soluție solidă sau precipită sub formă de particule de oxid de cupru la granițele granulelor, acesta va împiedica mișcarea electronilor liberi, va crește împrăștierea electronilor și, astfel, va reduce conductivitatea electrică. În general, odată cu creșterea conținutului de oxigen, conductivitatea cuprului scade treptat. Pentru cuprul de-conductivitate ridicată utilizat în cabluri, fire, motoare și transformatoare, conținutul de oxigen trebuie să fie strict limitat, de obicei controlat sub 10 ppm, altfel va afecta direct eficiența transmisiei și consumul de energie al produselor electrice.
În al doilea rând, conținutul de oxigen determină conductivitatea termică a cuprului pur.
Similar conductivității, existența oxigenului și a oxidului de cupru va interfera cu propagarea fluxului de căldură în cristal. Conținutul ridicat de oxigen reduce conductivitatea termică a cuprului, făcându-l mai puțin potrivit pentru componentele de disipare a căldurii, cum ar fi radiatoarele, schimbătoarele de căldură și materialele de ambalare electronice. În schimb, cuprul cu conținut scăzut de-oxigen sau fără-oxigen are o conductivitate termică extrem de ridicată și poate exporta rapid căldură, care este esențială pentru echipamentele electronice și electrice de înaltă-performanță.
În al treilea rând, oxigenul are un impact critic asupra proprietăților mecanice ale cuprului pur, în special asupra plasticității și durității.
Când conținutul de oxigen este scăzut, cuprul păstrează încă o ductilitate și o maleabilitate bune, potrivite pentru ștanțare, trefilare, îndoire și alte lucrări la rece. Cu toate acestea, atunci când oxigenul depășește un anumit interval, se formează un număr mare de incluziuni de oxid de cupru și faze fragile la granițele granulelor, ceea ce reduce semnificativ plasticitatea și duritatea la impact a cuprului. Un astfel de cupru este predispus la fracturi intergranulare în timpul procesării, iar suprafața este predispusă la fisuri și defecte de coajă de portocală. În același timp, rezistența și duritatea cuprului vor crește ușor odată cu creșterea oxigenului, dar acest lucru este cu prețul plasticității, care nu este propice procesării profunde.
În al patrulea rând, conținutul de oxigen afectează direct performanța de sudare și lucrabilitatea la cald a cuprului pur, care este, de asemenea, una dintre cele mai preocupate probleme în procesarea industrială.
Cuprul cu un conținut ridicat de oxigen este foarte ușor de a produce fragilizare prin hidrogen în timpul sudării sau lipirii. Hidrogenul din atmosfera sau fluxul de sudare reacţionează cu oxidul de cupru la temperatură ridicată pentru a produce vapori de apă. Un număr mare de bule de vapori de apă se acumulează în interiorul materialului, rezultând micro-fisuri și pori, care reduc serios rezistența îmbinării și etanșeitatea la aer. Prin urmare, cuprul cu conținut ridicat de-oxigen este dificil de sudat în mod fiabil și este, de asemenea, predispus la crăpare în timpul laminarii la cald, forjării la cald și a altor procesări termice. În schimb, cuprul fără oxigen-sau cuprul cu conținut scăzut de-oxigen are performanțe excelente de sudare și este utilizat pe scară largă în dispozitive de vid, ghidaje de undă și piese de sudură de precizie.
În plus, oxigenul afectează și rezistența la coroziune și calitatea suprafeței cuprului pur.
Incluziunile de oxid de cupru devin ușor puncte de inițiere a coroziunii, accelerând coroziunea locală, cum ar fi coroziunea prin pitting și coroziunea intergranulară în medii umede, acide sau poluate. Materialele cu conținut ridicat de oxigen sunt, de asemenea, mai dificil de obținut o suprafață netedă și strălucitoare în timpul galvanizării, lustruirii și altor tratamente de suprafață și sunt predispuse la pete, gropi și aderență slabă a acoperirilor.
În clasificarea industrială, cuprul pur este adesea împărțit în-cupru fără oxigen (OF-Cu), cupru cu-oxigen scăzut și cupru cu-cu oxigen ridicat, în funcție de conținutul de oxigen.
Cuprul fără oxigen-cu conținut de oxigen mai mic de 5 ppm are cea mai bună conductivitate, conductivitate termică, plasticitate și performanță de sudare și este utilizat în domeniul electronic-de vârf, în domeniul aerospațial și al comunicațiilor. Cuprul cu-oxigen scăzut este utilizat pe scară largă în firele, cablurile și hardware-ul de zi cu zi datorită costului și performanței sale moderate. Cuprul cu o cantitate mare de-oxigen este utilizat numai în situații cu cerințe scăzute pentru procesare și conductivitate, cum ar fi unele piese de turnare.
În concluzie
Oxigenul este un element-dublu din cupru pur. Oxigenul excesiv va deteriora conductivitatea electrică, conductibilitatea termică, plasticitatea, performanța de sudare și rezistența la coroziune, în timp ce oxigenul ultra-scăzut este cheia pentru a asigura cuprul de-înaltă performanță. În producție și aplicare, controlul precis al conținutului de oxigen este un mijloc important de a echilibra costul, performanța și durata de viață a materialelor de cupru pur.
