各雜質(zhì)元素對(duì)銅的影響——檢測(cè)中心學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1各雜質(zhì)各雜質(zhì)(zzh)元素對(duì)銅的影響元素對(duì)銅的影響檢測(cè)中檢測(cè)中心心第一頁，共30頁。主要(zhyo)內(nèi)容一、純銅的簡(jiǎn)單介紹(jisho)二、各雜質(zhì)元素對(duì)銅的影響第1頁/共29頁第二頁，共30頁。一、純銅的簡(jiǎn)單(jindn)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(qiáng)的抗腐蝕性能，優(yōu)良的加工成型性能和強(qiáng)度適中等，獲得廣泛的應(yīng)用。銅的最突出的優(yōu)點(diǎn)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(jī)、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?yàn)椋恒y、銅、鋁、鎂、鋅、鎘、鈷、鐵、鉑、錫、鉛、銻。） 含銅量在以上的新制工業(yè)純銅呈玫瑰紅色，表面被氧

2、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(jí)，編號(hào)方法為是以“T”（銅的漢語拼音字頭）為首(wishu)，后面再附以級(jí)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。 第2頁/共29頁第三頁，共30頁。一、純銅的簡(jiǎn)單(jindn)介紹 純銅加工產(chǎn)品用漢語拼音字母“T”加順序號(hào)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(jī)連

3、接(linji)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(gè)主合金元素符號(hào)及除銅以外的成分字組表示。 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。第3頁/共29頁第四頁，共30頁。一、純銅的簡(jiǎn)單(jindn)介紹 銅的機(jī)械性能：軟態(tài)銅：b200240MPa，硬度3545HB，50%，達(dá)75%。硬態(tài)銅：b3

4、50400MPa，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(jìn)行(jnxng)。 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、Cd外）對(duì)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(duì)銅的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性降低較少。 Ti、P、Si、Fe、Co、As、Be、Mn、Al強(qiáng)烈降低Cu導(dǎo)電性。第4頁/共29頁第五頁，共30頁。一、純銅的簡(jiǎn)單(jindn)介紹電工電工(dingng)用銅的物理性能用銅的物理性能第5頁/共29頁第六頁，共30

5、頁。一、純銅的簡(jiǎn)單(jindn)介紹純銅一般純銅一般(ybn)典型的物理性能典型的物理性能第6頁/共29頁第七頁，共30頁。第7頁/共29頁第八頁，共30頁。第8頁/共29頁第九頁，共30頁。第9頁/共29頁第十頁，共30頁。二、各雜質(zhì)(zzh)元素對(duì)銅的影響 雜質(zhì)及微量合金(hjn)元素的分類及其對(duì)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。第10頁/共29頁第十一頁，共30頁。二、各雜質(zhì)元素(yun s)對(duì)銅的影響接上表第11頁/共29頁第十二頁，共30頁。二、各雜質(zhì)元素(yun s)對(duì)銅的影響1、氧、氧O的影響的影響

6、氧幾乎不固溶于銅。含氧銅凝固時(shí)，氧以（氧幾乎不固溶于銅。含氧銅凝固時(shí)，氧以（Cu+Cu2O）共晶體的形式）共晶體的形式(xngsh)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(duì)可退火性的影響和減少了它們對(duì)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(duì)可退火性的影響和減少了它們對(duì)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。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，致使金屬發(fā)生

7、硬而脆，以粒狀形態(tài)分布于銅晶粒內(nèi)或晶界上，致使金屬發(fā)生“冷脆冷脆”，冷變形產(chǎn)生困難。，冷變形產(chǎn)生困難。 第12頁/共29頁第十三頁，共30頁。二、各雜質(zhì)元素(yun s)對(duì)銅的影響1、氧、氧O的影響的影響 氧對(duì)銅的力學(xué)性能影響見下表。由下表可知，氧能稍微提高銅的強(qiáng)度，但降低氧對(duì)銅的力學(xué)性能影響見下表。由下表可知，氧能稍微提高銅的強(qiáng)度，但降低(jingd)銅的塑性和疲勞極限，氧對(duì)銅的電導(dǎo)率影響不大。銅的塑性和疲勞極限，氧對(duì)銅的電導(dǎo)率影響不大。 第13頁/共29頁第十四頁，共30頁。二、各雜質(zhì)元素(yun s)對(duì)銅的影響 氧與其他雜質(zhì)共存時(shí)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、S

8、n、P等，提高銅的電導(dǎo)率；若雜質(zhì)含量較多時(shí)，則氧的這種作用就顯不出來。氧能部分削弱Sb、Cd對(duì)銅導(dǎo)電性的影響，但不改變As、S、Se、T、Bi等對(duì)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(dinz)領(lǐng)域受到青睞，如制作電線電纜、電機(jī)換向器、高真空電子(dinz)裝置等。有些紫銅還特意保留一定量的氧，方面它對(duì)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(diǎn)的球狀質(zhì)點(diǎn)分布于晶粒內(nèi)，消除了晶界脆性。1、氧、氧O的影響的影響(yngxing)第14頁/共29頁第十五頁，共30頁。二、各雜質(zhì)

9、元素(yun s)對(duì)銅的影響2、氫、氫H的影響的影響(yngxing) 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(shí)，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(shn chn)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(shí)，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）第15頁/共29頁第十六頁，共30頁。二、各雜質(zhì)

10、元素(yun s)對(duì)銅的影響3、硫、硫S的影響的影響(yngxing) 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(diǎn)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(xngnng)。硫?qū)︺~性能(xngnng)的影響見下表。第16頁/共29頁第十七頁，共30頁。二、各雜質(zhì)元素(yun s)對(duì)銅的影響4、硒、硒Se的影響的影響(yngxing) 硒在銅中的溶解度極小，以Cu2Se化合物形式存在。硒對(duì)銅的電導(dǎo)率及熱導(dǎo)率的影響很小，但顯著降低(jingd)銅的塑性，并大幅度提高銅的可切削性能。硒對(duì)銅的各種性能影響見下表。第17頁/共29頁第十

11、八頁，共30頁。二、各雜質(zhì)(zzh)元素對(duì)銅的影響5、碲、碲Te的影響的影響(yngxing) 碲在固態(tài)銅中的溶解度很小，以Cu2Te彌散質(zhì)點(diǎn)存在，對(duì)銅的電導(dǎo)率及熱導(dǎo)率的影響很小，但能顯著(xinzh)改善銅的可切削性能。碲對(duì)銅性能的影響見下表。含Te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（）硒和碲)顯著(xinzh)降低銅的可焊性能。第18頁/共29頁第十九頁，共30頁。二、各雜質(zhì)元素(yun s)對(duì)銅的影響5、碲、碲Te的影響的影響(yngxing)第19頁/共29頁第二十頁，共30頁。二、各雜質(zhì)元素(yun s)對(duì)銅的影響

12、在共晶溫度645時(shí)，銻在銅中的溶解量可達(dá)，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(bu de)大于。銻可與含氧銅中的Cu2O反應(yīng)形成高熔點(diǎn)的球狀質(zhì)點(diǎn)，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(duì)銅性能的影響見下表。6、銻、銻Sb的影響的影響(yngxing)第20頁/共29頁第二十一頁，共30頁。二、各雜質(zhì)元素(yun s)對(duì)銅的影響 在共晶溫度時(shí)，砷在銅中的溶解度可達(dá)。少量砷可改善含氧銅的加工性能，對(duì)力學(xué)性能的影響很小，并能顯著提高銅的再結(jié)晶強(qiáng)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)(fnyng)形成高熔點(diǎn)

13、的砷酸銅質(zhì)點(diǎn)，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(yngxing) 鉍在銅中的溶解度可忽略不計(jì)，即使在800時(shí)的溶解度也只不過。鉍在270與銅形成共晶體，其中的鉍呈薄膜分布于晶界，嚴(yán)重降低銅的加工性能。因此，其含量不得大于。Bi對(duì)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Bi。因?yàn)樗懈叩碾妼?dǎo)率，并能防止開關(guān)粘結(jié)，提高其工作期限并能確保運(yùn)轉(zhuǎn)安全。8、鉍、鉍Bi的影響的影響第21頁/共29頁第二十二頁，共30頁。二、各雜質(zhì)元素(yun s)對(duì)銅的影響9、磷、磷P的影響的影響(yngxing) 磷在銅中的最大溶解度(714共晶溫度時(shí))為1.75

14、%，室溫時(shí)幾乎為零。磷雖顯著降低銅的電導(dǎo)率及熱導(dǎo)率，但對(duì)銅的力學(xué)性能(xngnng)與焊接性能(xngnng)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(dòng)性。磷對(duì)在700退火300 min后的銅性能(xngnng)的影響見下表。第22頁/共29頁第二十三頁，共30頁。二、各雜質(zhì)(zzh)元素對(duì)銅的影響10、鐵、鐵Fe的影響的影響(yngxing) 1050時(shí)鐵在銅中的溶解度可達(dá)，635時(shí)的溶解量下降到。鐵能細(xì)化銅晶粒，延遲銅的再結(jié)晶過程，提高其強(qiáng)度與硬度。但鐵降低銅的塑性、電導(dǎo)率與熱導(dǎo)率。如果(rgu)鐵在銅中呈獨(dú)立的相，則銅具有鐵磁性。在電工儀表中用的無磁

15、性銅線，必須通過反復(fù)電解等手段，進(jìn)一步降低高純銅中的含鐵量達(dá)到約1ppm以下的水平。 含F(xiàn)e的銅合金既有高的強(qiáng)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。第23頁/共29頁第二十四頁，共30頁。二、各雜質(zhì)元素(yun s)對(duì)銅的影響11、鉛、鉛Pb的影響的影響(yngxing) 鉛不固溶于銅，呈黑色質(zhì)點(diǎn)分布于易熔共晶體中，存在于晶界上。Pb對(duì)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Pb的銅合金用于加工(ji gng)高速切削零件。Pb嚴(yán)重降低Cu的高溫塑性，即伸長(zhǎng)率與面縮率劇烈下降，同時(shí)高溫脆性區(qū)也隨著銅含量的增加而擴(kuò)大。第24頁/共2

16、9頁第二十五頁，共30頁。二、各雜質(zhì)(zzh)元素對(duì)銅的影響12、銀、銀Ag的影響的影響(yngxing) 在共晶溫度780時(shí)，銀在銅中的溶解度為，但室溫時(shí)的溶解度僅左右。盡管如此，含Ag的銅合金在實(shí)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(shí)，銅的電導(dǎo)率與熱導(dǎo)率的下降不多，對(duì)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(qiáng)度(qingd)。 因此，含Ag的銅合金成為一類很有實(shí)用價(jià)值的電工材料。 銅的力學(xué)性能與含銀量的關(guān)系見圖，銀對(duì)銅的導(dǎo)電系數(shù)和軟化溫度的影響見圖。第25頁/共29頁第二十六頁，共30頁。二、各雜質(zhì)元素(yun s)對(duì)銅的影響12、銀、銀Ag的影響的影響(yngxing)圖6.5 銀對(duì)銅的導(dǎo)電系數(shù)和軟化(runhu)溫度的影響1導(dǎo)電系數(shù)； 2軟化(runhu)溫度圖6.4 銅的力學(xué)性能與含銀量的關(guān)系第26頁/共29頁第二十七頁，共30頁。二、各雜質(zhì)元素(yun s)對(duì)銅的影響13、錳、錳Mn的影響的影響(yngxing) 錳可作為銅的脫氧(tu yng)劑，在以錳脫氧(tu yng)的銅中一般含Mn，固溶于銅。一方面提高銅的軟化溫度，另一方面有益于銅的力學(xué)性能與工藝性能。14、鎳、鎳Ni的影響的影響 鎳影響銅的導(dǎo)電性，但不明顯，除非其含量超過10ppm。第27頁/共