【2017年整理】各微量元素对铜性能的影响.doc

再生资源网/ 各微量元素对铜性能的影响 铜与微量元素接触不可避免的，由于元素特性的不同，对铜性能的影响也是千差万别的。 氢 氢在铜中的行为是人们正在研究的课题，氢与铜不形成氢化物，氢在液态和固态铜中的溶解度随着温度升高而增大，特别是在液态铜中有很大的溶解度，在凝固时，会在铜中形成气孔，从而导致铜制品的脆性和表面起皮；在固态铜中，氢以质子状态存在，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说是有害的，含氧铜在氢气中退火时会产生裂纹，即“氢病”，原因是发生Cu2O+H2 #8652; 2Cu+H2O反应，产生的水蒸气会造成气孔和裂纹；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等元素减少氢在铜中的溶解度，可以通过减少熔炼时间，调整成分，控制炉料中氢气含量，熔体表面采用木炭覆盖等办法减少铜中氢的含量。 氧 氧在铜的生产过程中是不可避免的，其影响也非常重要，氧很少固溶于铜，1065℃时为0.06%,600℃时为0.002%（重量比）；氧在铜中除极少易固溶外，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精确测定铜中的含氧量。 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,工业铜具有很高的导电率,其原因是氧作为清洁剂,可以从铜中清除掉许多有害杂质，以氧化物形式进入炉渣，特别是能够清除砷、锑、铋等元素，含有少量氧的铜其导电率可以达到100-103%±ACS,高纯铜如6N铜在深冷条件下电阻值是相当低的。 铅 铅不固溶于铜，在铜合金中固溶度也很小，与铜形成易溶共晶组织，38。0-。。%范围的铅，液态下与铜液互不混熔，凝固时形成偏晶组织；固态下，铅在铜中以单质状态分布，可以分布在晶内和晶介，含铅的铜合金，在发生相变或再结晶时，晶介的铅可以转移到晶内；铅对铜及合金导电和导热性能无显著影响，但可以改善切削性能，铅质点又是固相，正是轴承材料所希望的，所以含铅铜及合金是宝贵的易切削材料与轴承材料，因其成本低廉更为市场所欢迎，含铅黄铜使用极为广泛，铅的质点越细小，分布越均匀，性能越优良，含铅铜及合金可以铸态使用，也可以压力加工，铅黄铜在高温（500℃以上）为单相β，热加工性能优良，可以承受大的热变形，而在常温下F为α相和α+β相区，冷变形时变形抗力大，塑性较差，过大的加工率会使合金材料产生裂纹；随着科学技术的发展，常规使用的铅黄铜中含铅量已由0.8-2.5%增加至5%以上,新型的含铅紫铜、黄铜、青铜、白铜正不断地被开发出来；特别应该指出的是，含铅铜合金对原料的适应性极强，可以直接使用再生铜生产含铅铜合金，这对铜加工企业非常重要。 随着技术进步发现，含铅铜及合金在使用中，有铅的溶出，对环境造成污染，因此具有优良切屑性能的无铅铜合金研究正在展开，特别是广泛使用的铅黄铜材料的代用问题已经提到日程，其中可以考虑的替代元素是铋、硫、硅等。 铁、锆、铬、硅、银、铍、镉 这七种金属元素的共同特点是：它们有限固溶于铜，固溶度随着温度变化而激烈的变化，当温度从合金结晶完成之后开始下降时，它们在铜中的固溶度也开始降低，以金属化合物或单质形态从固相中析出，当这些元素固溶于铜中，能够明显地提高其强度，具有固溶强化效应，当它们从固相中析出时，又产生了弥散强化效果，导电和导热性能得到了恢复，它们是典型的时效热处理型铜合金，通过淬火（950℃—980℃、淬水）和时效（450℃—550℃、2-4小时），可以获得高强导电性能；其中微量银，对铜的导电率、导热率降低不大，并能显著提高再结晶温度、抗蠕变性能和耐磨性能，广泛用于电机整流子，近来又普遍用于制造高速列车的接触导线，镉铜具有冲击时不发生火花特性，是重要的航空仪表材料，由于镉具有毒性，污染环境，用途日益缩小；铍铜是著名的弹性材料，铍对铜的强化最为显著，热处理后的铍铜强度，可达纯铜的4-5倍；铁可以细化晶粒，改善铜及合金性能，在要求抗磁的环境下，应严格控制铁的含量，一般应控制在0.003%以下；锆、铬铜合金具有很高的导电率，在航天发动机中有重要的应用；硅青铜具有高的强度和耐磨性能,铁、锆、铬青铜是著名的高强高导铜合金，在电极制造中有重要应用；铁、硅、锆、铬铜合金成了集成电路引线框架铜合金的基础，其合金成分、性能的研究非常活跃。 锌、锡、铝、镍 这四个元素的共同特点是在铜中固溶度很大，分别为39.9%、15.8%9.4%，镍则无限互溶，它们与铜形成连续固溶体，具有宽阔的单相区，它们能够明显地提高铜的机械性能、耐蚀性能，但都使铜的导电、导热性能降低，与其它金属材料相