L'efecte del contingut d'oxigen sobre les propietats del coure pur
L'oxigen és un dels elements d'impuresa més comuns i influents del coure pur. Fins i tot concentracions molt baixes d'oxigen poden canviar significativament les propietats físiques, mecàniques, elèctriques, tèrmiques i de processament del coure. En la producció industrial, el contingut d'oxigen sol estar estrictament controlat segons els escenaris d'aplicació, i el seu impacte es reflecteix principalment en els aspectes següents.
En primer lloc, l'oxigen té un efecte evident sobre la conductivitat elèctrica del coure pur.
L'òxid de coure format per oxigen i coure és un compost semiconductor amb una resistivitat molt més alta que la matriu de coure. Quan l'oxigen es dissol en el coure en forma de solució sòlida o es precipita com a partícules d'òxid de coure als límits del gra, dificultarà el moviment dels electrons lliures, augmentarà la dispersió d'electrons i, per tant, reduirà la conductivitat elèctrica. En termes generals, amb l'augment del contingut d'oxigen, la conductivitat del coure disminueix gradualment. Per al coure d'alta-conductivitat utilitzat en cables, cables, motors i transformadors, el contingut d'oxigen s'ha de limitar estrictament, normalment controlat per sota de 10 ppm, en cas contrari afectarà directament l'eficiència de transmissió i el consum d'energia dels productes elèctrics.
En segon lloc, el contingut d'oxigen determina la conductivitat tèrmica del coure pur.
De manera similar a la conductivitat, l'existència d'oxigen i òxid de coure interferirà amb la propagació del flux de calor al cristall. L'alt contingut d'oxigen redueix la conductivitat tèrmica del coure, per la qual cosa és menys adequat per a components de dissipació de calor com ara dissipadors de calor, intercanviadors de calor i materials d'embalatge electrònic. En canvi, el coure baix-oxigen o sense-oxigen té una conductivitat tèrmica extremadament alta i pot exportar calor ràpidament, que és essencial per a equips electrònics i elèctrics d'alt rendiment.
En tercer lloc, l'oxigen té un impacte crític en les propietats mecàniques del coure pur, especialment la plasticitat i la duresa.
Quan el contingut d'oxigen és baix, el coure encara manté una bona ductilitat i mal·leabilitat, adequat per estampar, dibuixar, doblegar i altres treballs en fred. Tanmateix, quan l'oxigen supera un cert rang, es formen un gran nombre d'inclusions d'òxid de coure i fases trencadisses als límits del gra, la qual cosa redueix significativament la plasticitat i la resistència a l'impacte del coure. Aquest coure és propens a fractures intergranulars durant el processament, i la superfície és propensa a esquerdes i defectes de pell de taronja. Al mateix temps, la força i la duresa del coure augmentaran lleugerament amb l'augment d'oxigen, però això és a costa de la plasticitat, que no afavoreix un processament profund.
En quart lloc, el contingut d'oxigen afecta directament el rendiment de la soldadura i la treballabilitat en calent del coure pur, que també és un dels problemes més preocupats en el processament industrial.
El coure que conté un alt oxigen és molt fàcil de produir fragilitat per hidrogen durant la soldadura o la soldadura forta. L'hidrogen de l'atmosfera o flux de soldadura reacciona amb l'òxid de coure a alta temperatura per produir vapor d'aigua. Un gran nombre de bombolles de vapor d'aigua s'acumulen a l'interior del material, donant lloc a micro-esquerdes i porus, que redueixen seriosament la resistència de les unions i l'estanquitat a l'aire. Per tant, el coure amb alt-oxigen és difícil de soldar de manera fiable i també és propens a esquerdes durant el laminat en calent, la forja en calent i altres processaments tèrmics. En canvi, el coure-sense oxigen o el coure baix-oxigen té un rendiment de soldadura excel·lent i s'utilitza àmpliament en dispositius de buit, guies d'ones i peces de soldadura de precisió.
A més, l'oxigen també afecta la resistència a la corrosió i la qualitat superficial del coure pur.
Les inclusions d'òxid de coure són fàcils de convertir en punts d'inici de corrosió, accelerant la corrosió local, com ara la corrosió per picadura i la corrosió intergranular en ambients humits, àcids o contaminats. Els materials amb alt contingut d'oxigen també són més difícils d'obtenir una superfície llisa i brillant durant la galvanoplastia, el poliment i altres tractaments superficials, i són propensos a taques, fosses i mala adherència dels recobriments.
En la classificació industrial, el coure pur es divideix sovint en coure-oxigen lliure (OF-Cu), coure amb-oxigen baix i coure-alt en oxigen segons el contingut d'oxigen.
El coure-exempt d'oxigen amb un contingut d'oxigen inferior a 5 ppm té la millor conductivitat, conductivitat tèrmica, plasticitat i rendiment de soldadura, i s'utilitza en els camps de l'electrònica, l'aeroespacial i les comunicacions de gamma alta-. El coure de baix-oxigen s'utilitza àmpliament en cables, cables i maquinari diaris a causa del seu cost i rendiment moderats. El coure d'alt-oxigen només s'utilitza en ocasions amb baixos requisits de processament i conductivitat, com ara algunes peces de fosa.
En resum
L'oxigen és un element de doble-tall de coure pur. L'excés d'oxigen danyarà la conductivitat elèctrica, la conductivitat tèrmica, la plasticitat, el rendiment de la soldadura i la resistència a la corrosió, mentre que l'oxigen ultra-baix és la clau per garantir un coure d'alt-rendiment. En la producció i aplicació, controlar amb precisió el contingut d'oxigen és un mitjà important per equilibrar el cost, el rendiment i la vida útil dels materials de coure pur.
