Влияние содержания кислорода на свойства чистой меди

Кислород является одним из наиболее распространенных и влиятельных элементов-примесей в чистой меди. Даже очень низкие концентрации кислорода могут существенно изменить физические, механические, электрические, термические и технологические свойства меди. В промышленном производстве содержание кислорода обычно строго контролируется в соответствии со сценариями применения, и его влияние в основном отражается в следующих аспектах.

Оксид меди, образованный кислородом и медью, представляет собой полупроводниковое соединение с гораздо более высоким удельным сопротивлением, чем медная матрица. Когда кислород растворяется в меди в виде твердого раствора или выпадает в виде частиц оксида меди на границах зерен, он препятствует движению свободных электронов, увеличивает рассеяние электронов и, таким образом, снижает электропроводность. Вообще говоря, с увеличением содержания кислорода проводимость меди постепенно снижается. Для меди с высокой-проводимостью, используемой в кабелях, проводах, двигателях и трансформаторах, содержание кислорода должно быть строго ограничено, обычно ниже 10 частей на миллион, в противном случае это напрямую повлияет на эффективность передачи и энергопотребление электротехнических изделий.

Во-вторых, содержание кислорода определяет теплопроводность чистой меди. 

Подобно проводимости, наличие кислорода и оксида меди будет мешать распространению теплового потока в кристалле. Высокое содержание кислорода снижает теплопроводность меди, что делает ее менее подходящей для компонентов, рассеивающих тепло, таких как радиаторы, теплообменники и электронные упаковочные материалы. Напротив, медь с низким-кислородом или-бескислородной медью обладает чрезвычайно высокой теплопроводностью и может быстро отводить тепло, что крайне важно для высокопроизводительного электронного и электрооборудования.

В-третьих, кислород оказывает решающее влияние на механические свойства чистой меди, особенно на пластичность и ударную вязкость. 

Когда содержание кислорода низкое, медь сохраняет хорошую пластичность и ковкость, что делает ее пригодной для штамповки, волочения, гибки и другой холодной обработки. Однако при превышении содержания кислорода определенного диапазона на границах зерен образуется большое количество включений оксида меди и хрупких фаз, что существенно снижает пластичность и ударную вязкость меди. Такая медь склонна к межкристаллитному разрушению в процессе обработки, а поверхность склонна к образованию трещин и дефектов «апельсиновой корки». В то же время с увеличением кислорода прочность и твердость меди несколько возрастут, но это за счет пластичности, не способствующей глубокой переработке.

В-четвертых, содержание кислорода напрямую влияет на сварочные характеристики и горячую обрабатываемость чистой меди, что также является одной из наиболее важных проблем промышленной обработки. 

Медь с высоким содержанием кислорода очень легко вызывает водородное охрупчивание во время сварки или пайки. Водород в сварочной атмосфере или флюсе вступает в реакцию с оксидом меди при высокой температуре с образованием водяного пара. Внутри материала скапливается большое количество пузырьков водяного пара, в результате чего образуются микротрещины и поры, которые серьезно снижают прочность и герметичность шва. Поэтому медь с высоким-кислородом трудно надежно сваривать, а также она склонна к растрескиванию во время горячей прокатки, горячей ковки и другой термической обработки. Напротив, медь,-бескислородная или медь с низким-низким содержанием кислорода, напротив, обладает превосходными сварочными характеристиками и широко используется в вакуумных устройствах, волноводах и деталях для прецизионной сварки.

Включения оксида меди легко становятся точками инициирования коррозии, ускоряя локальную коррозию, такую ​​как питтинговая и межкристаллитная коррозия, во влажной, кислой или загрязненной среде. Материалы с высоким содержанием кислорода также сложнее получить гладкую и блестящую поверхность при гальванике, полировке и других поверхностных обработках, а также склонны к образованию пятен, ямок и плохой адгезии покрытий.

Бескислородная-медь с содержанием кислорода менее 5 частей на миллион обладает наилучшей проводимостью, теплопроводностью, пластичностью и сварочными характеристиками и используется в высокотехнологичной-электронике, аэрокосмической и коммуникационной областях. Медь с низким-кислородом широко используется в повседневных проводах, кабелях и метизах из-за ее умеренной стоимости и производительности. Медь с высоким-кислородом используется только в случаях с низкими требованиями к обработке и проводимости, например, при литье некоторых деталей.

Кислород — обоюдоострый элемент-в чистой меди. Избыток кислорода ухудшает электропроводность, теплопроводность, пластичность, сварочные характеристики и коррозионную стойкость, а сверх-низкое содержание кислорода является ключом к обеспечению высоких-производительных характеристик меди. В производстве и применении точный контроль содержания кислорода является важным средством достижения баланса между стоимостью, производительностью и сроком службы материалов из чистой меди.