各雜質(zhì)元素對銅的影響——檢測中心

1、主要內(nèi)容一、純銅的簡單介紹二、各雜質(zhì)元素對銅的影響一、純銅的簡單介紹 銅由于具有一系列的優(yōu)良性能：高電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率，強的抗腐蝕性能，優(yōu)良的加工成型性能和強度適中等，獲得廣泛的應(yīng)用。銅的最突出的優(yōu)點是導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性好，其導(dǎo)電性在各種元素中僅次于銀而居第二位，是電機、電器工業(yè)中重要的導(dǎo)電材料。 （工業(yè)純金屬的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性由高到低的順序為：銀、銅、鋁、鎂、鋅、鎘、鈷、鐵、鉑、錫、鉛、銻。） 含銅量在99.50以上的新制工業(yè)純銅呈玫瑰紅色，表面被氧化而生成氧化銅薄膜后呈紫紅色，故一般稱工業(yè)純銅為紫銅。 工業(yè)上按含氧量和生產(chǎn)方法的不同將純銅分為低氧銅和無氧銅兩大類。低氧銅按所含雜質(zhì)的多少分為四級，編號方

2、法為是以“T”（銅的漢語拼音字頭）為首，后面再附以級別數(shù)字，有T1、T2、T3三種，數(shù)字越大，則純度越差；無氧銅字母則為“TU”，有TU1、TU2兩種。 一、純銅的簡單介紹 純銅加工產(chǎn)品用漢語拼音字母“T”加順序號表示。黃銅、青銅、白銅分別以漢語拼音字母 H、 Q 、B 表示。 黃銅是由銅和鋅所組成的合金，由銅、鋅組成的黃銅就叫作普通黃銅。黃銅常被用于制造閥門、水管、空調(diào)內(nèi)外機連接管和散熱器等。普通黃銅用“H”加銅含量平均數(shù)表示，如H68即銅的平均含量為68%的黃銅。 青銅是由銅和錫所組成的合金，是金屬治鑄史上最早的合金。用大寫拼音字母“ Q”加第一個主合金元素符號及除銅以外的成分字組表示。

3、白銅是由銅和鎳所組成的合金，呈銀白色，有金屬光澤，故名白銅。銅鎳之間彼此可無限固溶，從而形成連續(xù)固溶體，鎳含量越高，顏色越白。用大寫拼音字母 “B” 加鎳含量表示， 如 B30 即平均鎳含量為 30%的白銅。一、純銅的簡單介紹 銅的機械性能：軟態(tài)銅：b200240MPa，硬度3545HB，50%，達75%。硬態(tài)銅：b350400MPa，硬度110130HB，6%。 銅為面心立方晶格，滑移系多，變形易，退火態(tài)銅不經(jīng)中間退火可壓縮8595%而不產(chǎn)生裂紋。純銅在500600呈現(xiàn)“中溫脆性”，熱加工需在高于脆性區(qū)溫度下進行。 所有雜質(zhì)和加入元素，不同程度降低銅的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能。固溶于銅的元素（除Ag、

4、Cd外）對銅的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性降低較多，而呈第二相析出的元素則對銅的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性降低較少。 Ti、P、Si、Fe、Co、As、Be、Mn、Al強烈降低Cu導(dǎo)電性。一、純銅的簡單介紹電工用銅的物理性能電工用銅的物理性能一、純銅的簡單介紹純銅一般典型的物理性能純銅一般典型的物理性能T1、TU1牌號銅線坯的化學成分（GB/T 3952-2008）元素組雜質(zhì)元素質(zhì)量分數(shù)/%，不大于元素組總質(zhì)量分數(shù)/%，不大于1Se硒0.000 20.000 300.000 3Te碲0.000 2Bi鉍0.000 22Cr鉻-0.001 5Mn錳-Sb銻0.000 4Cd鎘-As砷0.000 5P磷-3Pb鉛0.000 5

5、0.000 54S硫0.001 50.001 55Sn錫-0.002 0Ni鎳-Fe鐵0.001 0Si硅-Zn鋅-Co鈷-6Ag銀0.002 50.002 5雜質(zhì)元素總質(zhì)量分數(shù)/%0.006 5注：T1的氧含量應(yīng)不大于0.040%；TU1的氧含量應(yīng)不大于0.0010%。T2、TU2牌號銅線坯的化學成分（GB/T 3952-2008）Cu+Ag不小于雜質(zhì)元素，不大于As砷S銻Bi鉍Fe鐵Pb鉛Sn錫Ni鎳Zn鋅S硫P磷99.950.001 50.001 50.000 60.002 50.0020.0010.0020.0020.002 50.001注：T2的氧含量應(yīng)不大于0.045%；TU2的氧

6、含量應(yīng)不大于0.002 0%二、各雜質(zhì)元素對銅的影響 雜質(zhì)及微量合金元素的分類及其對銅導(dǎo)體綜合性能的影響見下表。任何雜質(zhì)元素都不同程度的降低銅的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率。固溶元素（Cd、Ag例外）的影響最大。二、各雜質(zhì)元素對銅的影響接上表二、各雜質(zhì)元素對銅的影響1、氧、氧O的影響的影響 氧幾乎不固溶于銅。含氧銅凝固時，氧以（Cu+Cu2O）共晶體的形式析出，分布于銅的晶界上。氧能與較多雜質(zhì)元素反應(yīng)，把這些元素從銅固溶體中析出來，阻止了它們對可退火性的影響和減少了它們對導(dǎo)電性的影響程度，氧的存在也能使銅中的氫反應(yīng)，從而去除銅中所含的氫 。但共晶中的化合物Cu20硬而脆，以粒狀形態(tài)分布于銅晶粒內(nèi)或晶界上，致

7、使金屬發(fā)生“冷脆”，冷變形產(chǎn)生困難。 二、各雜質(zhì)元素對銅的影響1、氧、氧O的影響的影響 氧對銅的力學性能影響見下表。由下表可知，氧能稍微提高銅的強度，但降低銅的塑性和疲勞極限，氧對銅的電導(dǎo)率影響不大。 材料狀態(tài)氧含量/%抗拉強度/MPa伸長率/%電導(dǎo)率/%LACS疲勞強度5107次/MPa700退火30min0.0160.0400.0600.0900.1700.360228225228232242260545056534955101.4101.6101.5100.699.099.2779491847777冷狀態(tài)0.0360.0490.0940.2202632632672883029272799

8、.698.997.994.6130123134120二、各雜質(zhì)元素對銅的影響 氧與其他雜質(zhì)共存時則影響極為復(fù)雜，例如微量氧可氧化高純銅中的痕量雜質(zhì)Fe、Sn、P等，提高銅的電導(dǎo)率；若雜質(zhì)含量較多時，則氧的這種作用就顯不出來。氧能部分削弱Sb、Cd對銅導(dǎo)電性的影響，但不改變As、S、Se、T、Bi等對銅電導(dǎo)性的影響。 工業(yè)中還生產(chǎn)出一種不含氧的紫銅，即為無氧銅。無氧銅具有較高的導(dǎo)電性、延展性和氣密性，低氫脆傾向，在電力電子領(lǐng)域受到青睞，如制作電線電纜、電機換向器、高真空電子裝置等。有些紫銅還特意保留一定量的氧，方面它對銅性能的影響不大，另一方面Cu2O可與Bi、Sb、As等雜質(zhì)起反應(yīng)，形成高熔點

9、的球狀質(zhì)點分布于晶粒內(nèi)，消除了晶界脆性。1、氧、氧O的影響的影響二、各雜質(zhì)元素對銅的影響2、氫、氫H的影響的影響 氫在固態(tài)銅中形成間隙式固溶體，可提高銅硬度。 氫在液態(tài)與固態(tài)銅中的溶解度均隨著溫度的升高而增大。含氧銅在氫氣氛中退火時，氫可與銅中的Cu2O反應(yīng)，產(chǎn)生高壓水蒸氣，使銅破裂，俗稱“氫病”。 CO也能使Cu2O中的Cu還原，生成高壓CO2使銅破裂，但不像氫那樣敏感。氫病的發(fā)生與危害程度與溫度有關(guān)。在150時，因水蒸氣處于凝聚狀態(tài)，不引發(fā)氫病，在400氫氣中只能停放70h。以Mg或B脫氧的銅不發(fā)生氫病。 氫在凝固與固態(tài)銅中的溶解度均隨著溫度的升高而增大。（見下表）二、各雜質(zhì)元素對銅的影響

10、3、硫、硫S的影響的影響 硫在室溫銅中的溶解度為零，硫在銅中以Cu2S的彌散的質(zhì)點存在。Cu2S雖然降低了銅的電導(dǎo)率與熱導(dǎo)率，但它能極大的降低銅的塑性，并能顯著改善銅的可切削性能。硫?qū)?9.99銅性能的影響見下表。材料狀態(tài)硫含量/%屈服點/MPa抗拉強度/MPa伸長率/%電導(dǎo)率/%LACS冷拉銅（加工率360.000.150.230.540.780.9735534836136939739836636736938239739821.414.315.012.17.98.699.797.897.695.191.690.9600退火1h0.000.150.230.540.780.97610570550

11、630777722823023223624424560.053.651.450.745.745.710099.399.696.792.591.4二、各雜質(zhì)元素對銅的影響4、硒、硒Se的影響的影響 硒在銅中的溶解度極小，以Cu2Se化合物形式存在。硒對銅的電導(dǎo)率及熱導(dǎo)率的影響很小，但顯著降低銅的塑性，并大幅度提高銅的可切削性能。硒對銅的各種性能影響見下表。材料狀態(tài)硒含量/%屈服點/MPa抗拉強度/MPa伸長率/%電導(dǎo)率/%LACS冷拉銅（加工率36）0.000.110.260.481.011.4435536036335835136536637437237637538121.419.915.715

12、.711.410.099.798.998.097.494.492.0600C退火1h0.000.110.260.481.011.4461596256507122823022823023423360.057.155.752.948.642.110099.010098.895.694.4二、各雜質(zhì)元素對銅的影響5、碲、碲Te的影響的影響 碲在固態(tài)銅中的溶解度很小，以Cu2Te彌散質(zhì)點存在，對銅的電導(dǎo)率及熱導(dǎo)率的影響很小，但能顯著改善銅的可切削性能。碲對銅性能的影響見下表。含0.060.7Te的銅在工業(yè)中獲得了應(yīng)用，并在淬火和加工狀態(tài)下應(yīng)用，不要回火，以免Cu2Te沿晶界沉淀，使材料變脆。微量（0.

13、0030）硒和碲(0.00050.0030)顯著降低銅的可焊性能。二、各雜質(zhì)元素對銅的影響材料狀態(tài)碲含量/%屈服點/MPa抗拉強度/MPa伸長率/%電導(dǎo)率/%LACS冷拉銅（加工率360.000.100.250.451.052.4235635636235636035936637337537337438421.415.014.311.410.77.199.799.598.998.297.194.5600退火1h0.000.100.250.451.052.4261555557586222823023223223323460.053.654.351.441.410099.810099.998.096

14、.15、碲、碲Te的影響的影響二、各雜質(zhì)元素對銅的影響 在共晶溫度645時，銻在銅中的溶解量可達9.5，并隨著溫度的下降而急速減少。銻降低銅的抗蝕性、電導(dǎo)率與熱導(dǎo)率。電工銅含Sb量不得大于0.02。銻可與含氧銅中的Cu2O反應(yīng)形成高熔點的球狀質(zhì)點，分布于晶粒內(nèi)，可消除晶界上的Cu十Cu2O共晶體，提高銅的塑性。銻對銅性能的影響見下表。6、銻、銻Sb的影響的影響銻含量/%抗拉強度/MPa伸長率/%電導(dǎo)率/%LACS15650.0040.0200.0460.0920.220.47222226225234236234626160485897.494.894.175.656.486.083.481.3

15、80.766.651.4二、各雜質(zhì)元素對銅的影響 在共晶溫度時，砷在銅中的溶解度可達6.77。少量砷可改善含氧銅的加工性能，對力學性能的影響很小，并能顯著提高銅的再結(jié)晶強度，但是卻降低銅的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能。砷可與銅中的Cu2O起反應(yīng)形成高熔點的砷酸銅質(zhì)點，消除了晶界上的Cu十Cu2O共晶體，從而提高了銅的塑性。7、砷、砷As的影響的影響 鉍在銅中的溶解度可忽略不計，即使在800時的溶解度也只不過0.01。鉍在270與銅形成共晶體，其中的鉍呈薄膜分布于晶界，嚴重降低銅的加工性能。因此，其含量不得大于0.002。Bi對銅的熱導(dǎo)率與電導(dǎo)率的影響不大。真空開關(guān)觸頭銅可含0.71.0Bi。因為它有高的電導(dǎo)

16、率，并能防止開關(guān)粘結(jié)，提高其工作期限并能確保運轉(zhuǎn)安全。8、鉍、鉍Bi的影響的影響二、各雜質(zhì)元素對銅的影響9、磷、磷P的影響的影響 磷在銅中的最大溶解度(714共晶溫度時)為1.75%，室溫時幾乎為零。磷雖顯著降低銅的電導(dǎo)率及熱導(dǎo)率，但對銅的力學性能與焊接性能有良好的影響。因此，在以磷脫氧的銅中，要求有一定量的殘留磷。磷能提高銅熔體的流動性。磷對在700退火300 min后的銅性能的影響見下表。磷含量/%抗拉強度/MPa伸長率/%電導(dǎo)率/%LACS疲勞強度5107次/MPa0.0140.0300.0450.0960.1480.1780.2540.4940.6900.7900.9502422252

17、28232239246249270270281281625950626361636263646694.378.272.455.545.242.533.119.715.514.011.6778487991059294108115123120二、各雜質(zhì)元素對銅的影響10、鐵、鐵Fe的影響的影響 1050時鐵在銅中的溶解度可達3.5，635時的溶解量下降到0.15。鐵能細化銅晶粒，延遲銅的再結(jié)晶過程，提高其強度與硬度。但鐵降低銅的塑性、電導(dǎo)率與熱導(dǎo)率。如果鐵在銅中呈獨立的相，則銅具有鐵磁性。在電工儀表中用的無磁性銅線，必須通過反復(fù)電解等手段，進一步降低高純銅中的含鐵量達到約1ppm以下的水平。 含0

18、.454.5Fe的銅合金既有高的強度又有良好的耐熱性與導(dǎo)電性，可焊性好，易于加工成型，是一類獲得應(yīng)用的電工材料。二、各雜質(zhì)元素對銅的影響11、鉛、鉛Pb的影響的影響 鉛不固溶于銅，呈黑色質(zhì)點分布于易熔共晶體中，存在于晶界上。Pb對銅的電導(dǎo)率與熱導(dǎo)率無顯著影響，還能大幅度提高銅的可切削性能。約含1.0Pb的銅合金用于加工高速切削零件。Pb嚴重降低Cu的高溫塑性，即伸長率與面縮率劇烈下降，同時高溫脆性區(qū)也隨著銅含量的增加而擴大。二、各雜質(zhì)元素對銅的影響12、銀、銀Ag的影響的影響 在共晶溫度780時，銀在銅中的溶解度為7.9，但室溫時的溶解度僅0.1左右。盡管如此，含0.5Ag的銅合金在實際生產(chǎn)中仍可能為單一的固溶體，銀與可固溶Cu的元素不同，含銀量少時，銅的電導(dǎo)率與熱導(dǎo)率的下降不多，對塑性的影響也很小，并顯著提高銅的再結(jié)晶溫度與蠕變強度。