1. Коэффициент термического расширения чистой меди.
Чистая медь (бескислородная-медь или коммерческая чистая медь, такая как T2, C11000) имеет относительно высокий коэффициент линейного теплового расширения, который является одним из ее важных физических свойств в инженерных приложениях.
От 20 до 100 градусов: примерно 16,5 × 10⁻⁶/градус.
От 20 до 200 градусов: примерно 17,3 × 10⁻⁶/градус.
От 20 до 300 градусов: примерно 17,7 × 10⁻⁶/градус.
Это означает, что при повышении температуры чистая медь заметно расширяется, что необходимо учитывать при тепловом расчете, посадке сборки и при работе с высоко-конструкционными компонентами.
2. Подходит ли чистая медь для длительной-высокой-температурной эксплуатации?
2.1 Заключение
Чистая медь НЕ подходит для длительного-использования при высоких температурах, особенно выше 250 градусов.
Он может поддерживать стабильную работу только в течение длительного-временного срока службы при температуре ниже 150 градусов в неагрессивной атмосфере. Выше этой температуры окисление, размягчение, потеря прочности и структурная деградация становятся серьезными и ограничивают срок службы.
2.2. Ухудшение характеристик чистой меди при высоких температурах
(1) Ускоренное окисление
При температуре ниже 300 градусов медь образует тонкую оксидную пленку (Cu₂O и CuO), которая обеспечивает ограниченную защиту.
При температуре выше 300 градусов окисление значительно ускоряется. Оксидный слой становится толстым, рыхлым и незащитным, постоянно проникая внутрь. При температуре выше 500 градусов окисление происходит чрезвычайно быстро, что приводит к расходованию материала, охрупчиванию поверхности и растрескиванию.
В средах, содержащих серу, хлор и другие агрессивные элементы, высокотемпературная-коррозия еще больше ускоряется, что приводит к преждевременному выходу из строя.
(2) Значительная потеря механической прочности.
Чистая медь имеет низкую жаропрочность, склонна к размягчению и ползучести.
При 100–200 градусах прочность снижается примерно на 10–20 %. При 300–400 градусах прочность падает на 30–50 %, и пластическая деформация под нагрузкой становится неизбежной.
При температуре выше 500 градусов остаточная прочность составляет менее одной трети прочности при комнатной температуре, что делает его непригодным для использования в любых несущих конструкциях.
(3) Ухудшение электро- и теплопроводности.
Хотя медь сохраняет высокую проводимость при высоких температурах, ее удельное электрическое сопротивление увеличивается с температурой (приблизительно +0.4% на градус).
При температуре 500 градусов удельное сопротивление почти удваивается, что снижает эффективность проводимости и увеличивает выделение тепла.
Теплопроводность также постепенно снижается при повышенных температурах, что ослабляет его преимущество в отводе тепла.
2.3 Рекомендуемые диапазоны долгосрочных рабочих температур
Меньше или равна 120 градусам: стандартная температура длительного срока службы электрических компонентов, кабелей и теплообменников; стабильный и надежный.
120–250 градусов: приемлемо для среднесрочной эксплуатации, но с ускоренным старением; требует регулярного осмотра.
>250 градусов: Не рекомендуется для непрерывного длительного использования.
>500 градусов: Только для очень кратковременного воздействия; длительное использование приведет к быстрому выходу из строя.
2.4 Меры по улучшению для высокотемпературных применений
Если чистая медь должна использоваться при повышенных температурах, следующие меры могут продлить срок службы:
Покрытие поверхности: никелирование, лужение или серебрение для изоляции кислорода.
Контролируемая атмосфера: использовать в инертной или восстановительной атмосфере (азот, водород) для подавления окисления.
Замена сплава. Латунные, бронзовые или медно-никелевые сплавы обеспечивают гораздо лучшую высокотемпературную стабильность.
Структурный дизайн: Обеспечьте пространство для теплового расширения и уменьшите тепловое напряжение.
2.5 Резюме
Чистая медь превосходна для тепло- и электропроводности при низких и умеренных температурах (меньше или равно 150 градусов).
Однако из-за быстрого окисления, сильного размягчения и снижения механических свойств он не пригоден для длительной эксплуатации при температуре выше 250 градусов. Для высокотемпературных технических применений при выборе материала следует отдавать предпочтение жаростойким медным сплавам или медным компонентам с защищенной поверхностью со строгими ограничениями по рабочей температуре и условиям эксплуатации.
