Het effect van het zuurstofgehalte op de eigenschappen van puur koper
Zuurstof is een van de meest voorkomende en invloedrijke onzuiverheidselementen in puur koper. Zelfs zeer lage zuurstofconcentraties kunnen de fysieke, mechanische, elektrische, thermische en verwerkingseigenschappen van koper aanzienlijk veranderen. Bij industriële productie wordt het zuurstofgehalte doorgaans strikt gecontroleerd volgens toepassingsscenario's, en de impact ervan komt vooral tot uiting in de volgende aspecten.
Ten eerste heeft zuurstof een duidelijk effect op de elektrische geleidbaarheid van puur koper.
Koperoxide gevormd door zuurstof en koper is een halfgeleiderverbinding met een veel hogere soortelijke weerstand dan kopermatrix. Wanneer zuurstof in koper oplost in de vorm van een vaste oplossing of neerslaat als koperoxidedeeltjes op korrelgrenzen, zal dit de beweging van vrije elektronen belemmeren, de elektronenverstrooiing vergroten en zo de elektrische geleidbaarheid verminderen. Over het algemeen neemt de geleidbaarheid van koper geleidelijk af naarmate het zuurstofgehalte toeneemt. Voor koper met een hoge- geleidbaarheid dat wordt gebruikt in kabels, draden, motoren en transformatoren, moet het zuurstofgehalte strikt beperkt zijn, meestal onder de 10 ppm, anders heeft dit directe gevolgen voor de transmissie-efficiëntie en het energieverbruik van elektrische producten.
Ten tweede bepaalt het zuurstofgehalte de thermische geleidbaarheid van puur koper.
Net als bij geleidbaarheid zal de aanwezigheid van zuurstof en koperoxide de voortplanting van de warmtestroom in het kristal verstoren. Een hoog zuurstofgehalte vermindert de thermische geleidbaarheid van koper, waardoor het minder geschikt is voor warmteafvoercomponenten zoals koellichamen, warmtewisselaars en elektronische verpakkingsmaterialen. Koper met een laag-zuurstof-gehalte heeft daarentegen een extreem hoge thermische geleidbaarheid en kan snel warmte exporteren, wat essentieel is voor hoogwaardige elektronische en elektrische apparatuur-.
Ten derde heeft zuurstof een cruciale invloed op de mechanische eigenschappen van puur koper, vooral op de plasticiteit en taaiheid.
Wanneer het zuurstofgehalte laag is, behoudt koper nog steeds een goede ductiliteit en kneedbaarheid, geschikt voor stampen, trekken, buigen en ander koud bewerken. Wanneer zuurstof echter een bepaald bereik overschrijdt, worden er een groot aantal koperoxide-insluitsels en brosse fasen gevormd aan de korrelgrenzen, wat de plasticiteit en slagvastheid van koper aanzienlijk vermindert. Dergelijk koper is gevoelig voor intergranulaire breuk tijdens de verwerking, en het oppervlak is gevoelig voor scheuren en sinaasappelschildefecten. Tegelijkertijd zullen de sterkte en hardheid van koper lichtjes toenemen met de toename van zuurstof, maar dit gaat ten koste van de plasticiteit, wat niet bevorderlijk is voor diepe verwerking.
Ten vierde heeft het zuurstofgehalte een directe invloed op de lasprestaties en de warme verwerkbaarheid van puur koper, wat ook een van de meest zorgwekkende problemen is bij industriële verwerking.
Koper dat veel zuurstof bevat, veroorzaakt zeer gemakkelijk waterstofverbrossing tijdens het lassen of hardsolderen. Waterstof in de lasatmosfeer of het vloeimiddel reageert bij hoge temperatuur met koperoxide, waardoor waterdamp ontstaat. Een groot aantal waterdampbellen hoopt zich op in het materiaal, wat resulteert in micro-scheurtjes en poriën, die de verbindingssterkte en luchtdichtheid ernstig verminderen. Daarom is koper met een hoog-zuurstofgehalte moeilijk betrouwbaar te lassen, en is het ook gevoelig voor scheuren tijdens warmwalsen, heet smeden en andere thermische behandelingen. Daarentegen heeft zuurstof-vrij koper of-zuurstofkoper uitstekende lasprestaties en wordt het veel gebruikt in vacuümapparaten, golfgeleiders en precisielasonderdelen.
Bovendien heeft zuurstof ook invloed op de corrosieweerstand en oppervlaktekwaliteit van puur koper.
Koperoxide-insluitsels kunnen gemakkelijk corrosie-initiatiepunten worden, waardoor lokale corrosie zoals putcorrosie en intergranulaire corrosie in vochtige, zure of vervuilde omgevingen wordt versneld. Bij materialen met een hoog zuurstofgehalte is het ook moeilijker om een glad en helder oppervlak te verkrijgen tijdens galvaniseren, polijsten en andere oppervlaktebehandelingen, en zijn ze gevoelig voor vlekken, putjes en een slechte hechting van coatings.
In de industriële classificatie wordt zuiver koper vaak onderverdeeld in zuurstof-vrij koper (OF-Cu), laag-zuurstofkoper en hoog-zuurstofkoper, afhankelijk van het zuurstofgehalte.
Zuurstof-vrij koper met een zuurstofgehalte van minder dan 5 ppm heeft de beste geleidbaarheid, thermische geleidbaarheid, plasticiteit en lasprestaties, en wordt gebruikt in de hoogwaardige- elektronica-, ruimtevaart- en communicatiesector. Koper met een laag-zuurstofgehalte wordt veel gebruikt in dagelijkse draden, kabels en hardware vanwege de bescheiden kosten en prestaties. Koper met een hoog-zuurstofgehalte wordt alleen gebruikt in situaties waar lage eisen worden gesteld aan de verwerking en geleidbaarheid, zoals bij sommige gietonderdelen.
Samengevat
Zuurstof is een tweesnijdend element- in puur koper. Overmatig zuurstof zal de elektrische geleidbaarheid, thermische geleidbaarheid, plasticiteit, lasprestaties en corrosieweerstand beschadigen, terwijl een ultra-laag zuurstofgehalte de sleutel is om koper- met hoge prestaties te garanderen. Bij productie en toepassing is het nauwkeurig regelen van het zuurstofgehalte een belangrijk middel om de kosten, prestaties en levensduur van zuivere kopermaterialen in evenwicht te brengen.
