1. Coeficient d'expansió tèrmica del coure pur
El coure pur (coure-sense oxigen o coure pur comercial, com ara T2, C11000) té un coeficient d'expansió tèrmica lineal relativament alt, que és una de les seves propietats físiques importants en aplicacions d'enginyeria.
De 20 graus a 100 graus: aproximadament 16,5 × 10⁻⁶ / grau
De 20 graus a 200 graus: aproximadament 17,3 × 10⁻⁶ / grau
De 20 graus a 300 graus: aproximadament 17,7 × 10⁻⁶ / grau
Això vol dir que quan augmenta la temperatura, el coure pur s'expandeix notablement, cosa que s'ha de tenir en compte en el disseny tèrmic, els ajustos de muntatge i els components estructurals d'alta-temperatura.
2. El coure pur és adequat per al servei a llarg termini-alta-temperatura?
2.1 Conclusió
El coure pur NO és adequat per a un ús-a llarg termini a altes temperatures, especialment per sobre dels 250 graus .
Només pot mantenir un rendiment estable per a un servei-a llarg termini a menys de 150 graus en atmosferes no corrosives. Per sobre d'aquesta temperatura, l'oxidació, el suavització, la pèrdua de resistència i la degradació estructural es tornen greus i limiten la seva vida útil.
2.2 Degradació del rendiment del coure pur a altes temperatures
(1) Oxidació accelerada
Per sota dels 300 graus, el coure forma una fina pel·lícula d'òxid (Cu₂O i CuO) que proporciona una protecció limitada.
Per sobre dels 300 graus, l'oxidació s'accelera significativament. La capa d'òxid es torna gruixuda, solta i no protectora, penetrant contínuament cap a l'interior. Per sobre dels 500 graus, l'oxidació és extremadament ràpida, provocant un consum de material, fragilitat superficial i esquerdes.
En entorns que contenen sofre, clor o altres elements corrosius, la corrosió a -alta temperatura s'accelera encara més i provoca una fallada primerenca.
(2) Pèrdua important de resistència mecànica
El coure pur té una resistència baixa a alta temperatura i és propens a suavitzar-se i fluir.
A 100-200 graus, la resistència disminueix entre un 10% i un 20%. A 300-400 graus, la resistència cau entre un 30% i un 50% i la deformació plàstica sota càrrega es fa inevitable.
Per sobre de 500 graus, la resistència residual és inferior a un terç de la resistència a la temperatura ambient, la qual cosa la fa inadequada per a qualsevol estructura de càrrega.
(3) Deteriorament de la conductivitat elèctrica i tèrmica
Tot i que el coure continua sent altament conductor a altes temperatures, la seva resistivitat elèctrica augmenta amb la temperatura (aproximadament un +0.4% per grau).
A 500 graus, la resistivitat gairebé es duplica, reduint l'eficiència de conducció i augmentant la generació de calor.
La conductivitat tèrmica també disminueix gradualment a temperatures elevades, debilitant el seu avantatge de dissipació de calor.
2.3 Intervals de temperatura de funcionament a llarg termini recomanats
Menor o igual a 120 graus: temperatura estàndard de llarg servei per a components elèctrics, cables i intercanviadors de calor; estable i fiable.
120-250 graus: acceptable per a un servei a mitjà termini, però amb un envelliment accelerat; requereix una inspecció periòdica.
>250 graus: no es recomana per a un ús continuat a llarg termini.
>500 graus: només per a una exposició a curt termini; l'ús a llarg termini conduirà a un fracàs ràpid.
2.4 Mesures de millora per a aplicacions d'alta temperatura
Si s'ha d'utilitzar coure pur a temperatures elevades, les mesures següents poden allargar la vida útil:
Recobriment superficial: niquelat, estanyat o platejat per aïllar l'oxigen.
Atmosfera controlada: s'utilitza en atmosferes inerts o reductores (nitrogen, hidrogen) per suprimir l'oxidació.
Substitució d'aliatges: els aliatges de llautó, bronze o coure-níquel proporcionen una estabilitat a alta temperatura molt millor.
Disseny estructural: permetre l'espai d'expansió tèrmica i reduir l'estrès tèrmic.
2.5 Resum
El coure pur és excel·lent per a la conducció tèrmica i elèctrica a temperatures baixes a moderades (menys o igual a 150 graus).
No obstant això, a causa de la ràpida oxidació, el suavització sever i la disminució de les propietats mecàniques, no és adequat per a un servei a llarg termini d'alta temperatura per sobre de 250 graus. Per a aplicacions d'enginyeria d'alta temperatura, la selecció del material hauria d'afavorir aliatges de coure resistents a la calor o components de coure protegits en superfície, amb límits estrictes de temperatura de funcionament i entorn de servei.
