微量元素进入铜是不可防止的,有些是铜及铜合金生产过程中进入的,有些是各种材料带入的,也有人为加入的,这类元素通过改变铜的组织,组织又决定着性 能,从而对铜的性能产生要紧的影响。因为元素特质的不同,可以不固溶于铜、微量固溶、很多固溶、无限互溶,固溶度随温度降低而激烈减少、固相下有复杂相变等,因此对铜性能的影响千差万别。
微量元素进入铜是不可防止的,有些是铜及铜合金生产过程中进入的,有些是各种材料带入的,也有人为加入的,这类元素通过改变铜的组织,组织又决定着性 能,从而对铜的性能产生要紧的影响。因为元素特质的不同,可以不固溶于铜、微量固溶、很多固溶、无限互溶,固溶度随温度降低而激烈减少、固相下有复杂相变等,因此对铜性能的影响千差万别。
元素在铜中的行为需要辩证的看待,从某种需如果有害的,但从另一种需要却是有利的,铜合金工作者正是依据实质需要,研制出宝贵的合金,以适应工程和科学界不一样的需要,各元素在铜中的行为研究正在不断深入。现对各元素对铜性能的影响分别加以介绍。
1、氢
氢与铜不形成氢化物,Cu-H相图表明,氢在液态和固态铜中的溶解度伴随温度升高而增大,尤其是在液态铜中有非常大 的溶解度,在凝固时,会在铜中形成气孔,从而致使铜制品的脆性和表面起皮;在固态铜中,氢以质子状况存在,氢的电子填充铜原子的S层轨道,形成质子型固溶体,氢对铜的性能虽然影响甚微,但氢对铜及铜合金来讲是有害的,含氧铜在氢气中退火时会产生裂纹,即“氢病”。
缘由是发生 Cu2O+H2 ? 2Cu+H2O反应,产生的水蒸气会导致气孔和裂纹;各种元素对氢在铜中的溶解度影响不一,其中Ni、Mn等元素引起溶解度增 加,P、Si等元素降低氢在铜中的溶解度,可以通过降低熔炼时间,调整成分,控制炉料中氢气含量,熔体表面使用木炭覆盖等方法降低铜中氢的含量。
2、氧

氧在铜的生产过程中是不可防止的,其影响也尤为重要,Cu-O二元状况图表明,氧极少固溶于铜,1065℃时为 0.06%,600℃时为0.002%。氧在铜中除少量易固溶外,均以Cu2O形式存在,铜的氧化物不固溶于铜,呈现Cu+Cu2O共晶组织,分布于晶界,共晶反应为:L含氧0.39% 1065℃ α含氧0.01%+Cu2O,亚共晶铜中的含氧量与共晶量成正比,可在显微镜下与标准图片比较来测定铜中的含氧量。
氧对铜及合金性能的影响是复杂的,微量氧对铜的导电率和机械性能影响甚微,工业铜具备非常高的导电率,其缘由是氧作为清洗剂,可以从铜中清除掉很多有害杂质,以氧化物形式进入炉渣,尤其是可以清除砷、锑、铋等元 素,含有少量氧的铜其导电率能达到100-103%±ACS,高纯铜如6N铜在深冷条件下电阻值是相当低的。
3、磷
铜磷二元相固表明,在714℃时存在着共晶反应:L8.4%→α1.75%+Cu3P,伴随温度减少,磷在铜中的固溶量飞速减 少,300℃时为0.6%,200℃时为0.4%;固溶于铜中的磷显著的减少其导电率,含P0.014%的软带导电率为94%IACS,含P0.14%的 导电率仅为45.2%;磷是有效、本钱低的脱氧剂,微量磷的存在,可以提升熔体的流动性,改变铜及合金的焊接性能、耐蚀性能、提升抗软化程度。
所以磷又是铜及合金的宝贵添加元素,含P0.015-0.04%的磷铜合金,广泛用于生产建筑用水道管、制冷和空调器散热管、舰船海水管路;低磷铜合金板、带材在电子和化工工业中广泛应用,集成电路引线框架铜带也很多用低磷铜合金;共晶成份的磷铜合金,是优良的焊接材料,高磷铜合金在580-620℃之间具备超塑性,可以热挤成φ3-φ5毫米焊丝,是焊接铜及铜合金、钢和铜零件的要紧材料。





