各雜質(zhì)元素對銅的影響-檢測中心（ ）專業(yè)課件

各雜質(zhì)元素對銅的影響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2一、純銅的簡單介紹

銅由于具有一系列的優(yōu)良性能：高電導率和熱導率，強的抗腐蝕性能，優(yōu)良的加工成型性能和強度適中等，獲得廣泛的應用。銅的最突出的優(yōu)點是導電性和導熱性好，其導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)中重要的導電材料。（工業(yè)純金屬的導電、導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。

3一、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。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。4一、純銅的簡單介紹

銅的機械性能：軟態(tài)銅：σb≈200～240MPa，硬度35～45HB，δ≈50%，ψ達75%。硬態(tài)銅：σb≥350～400MPa，硬度110～130HB，δ≈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85～95%而不產(chǎn)生裂紋。純銅在500～600℃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電、導熱性能。固溶于銅的元素（除Ag、Cd外）對銅的導電、導熱性降低較多，而呈第二相析出的元素則對銅的導電、導熱性降低較少。

Ti、P、Si、Fe、Co、As、Be、Mn、Al強烈降低Cu導電性。5一、純銅的簡單介紹名稱數(shù)值名稱數(shù)值原子量63.64體積電阻率（20℃），105·Ω·cm1.673結(jié)晶面心立方電阻溫度系數(shù)（20℃），1/℃0.0043晶格常數(shù)，10-10m3.6147導電率（20℃），%IACS軟：100～102硬：96～98密度（0℃），g/cm38.93抗拉強度，N/mm2軟：195以上硬：345以上熔點，℃1083彈性模數(shù)，kN/mm2136.5線膨脹系數(shù)（20℃），10-6/℃17質(zhì)量磁化率，10-6-0.086熱傳導率（20℃），W/m·k394比熱（20℃），J/（Kg·k）384.9電工用銅的物理性能6一、純銅的簡單介紹純銅一般典型的物理性能性能加工銅退火銅鑄造銅彈性極限（MPa）280～30020～50—屈服點（MPa）340～35050～70—抗拉強度（MPa）370～420220～240170伸長率（%）4～645～50—斷面收縮率（%）35～4565～75—布氏硬度（HBS）1100～1300350～450400剪切強度（MPa）210150—沖擊韌性（J）—16～18—抗壓強度（MPa）——15707T1、TU1牌號銅線坯的化學成分（GB/T3952-2021）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0.00020.000300.0003Te碲0.0002Bi鉍0.0002

2Cr鉻-0.0015Mn錳-Sb銻0.0004Cd鎘-As砷0.0005P磷-3Pb鉛0.00050.00054S硫0.00150.00155Sn錫-0.0020Ni鎳-Fe鐵0.0010Si硅-Zn鋅-Co鈷-6Ag銀0.00250.0025雜質(zhì)元素總質(zhì)量分數(shù)/%0.0065注：T1的氧含量應不大于0.040%；TU1的氧含量應不大于0.0010%。8T2、TU2牌號銅線坯的化學成分（GB/T3952-2021）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99.950.00150.00150.00060.00250.0020.0010.0020.0020.00250.001注：T2的氧含量應不大于0.045%；TU2的氧含量應不大于0.0020%9組別代號化學成分（%）（GB/T5231-2021）Cu+AgPAgBiSbAsFeNiPbSnSZnO純銅T199.950.001—0.0010.0020.0020.0050.0020.0030.0020.0050.0050.02T299.90——0.0010.0020.0020.005—0.005—0.005——T399.70——0.002————0.01————無氧銅TU199.970.002—0.0010.0020.0020.0040.0020.0030.0020.0040.0030.002TU299.970.002—0.0010.0020.0020.0040.0020.0040.0020.0040.0030.003109、人的價值，在招收誘惑的一瞬間被決定。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、低頭要有勇氣，抬頭要有低氣。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:31:51PM11、人總是珍惜為得到。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、人亂于心，不寬余請。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、生氣是拿別人做錯的事來懲罰自己。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、抱最大的希望，作最大的努力。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、一個人炫耀什么，說明他內(nèi)心缺少什么。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、業(yè)余生活要有意義，不要越軌。2023/2/32023/2/303February202317、一個人即使已登上頂峰，也仍要自強不息。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/3二、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率和熱導率。固溶元素（Cd、Ag例外）的影響最大。分類元素組織特性對銅性能的影響固溶于銅的雜質(zhì)及微量元素鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銀、鋅、鎘、硅、錫、磷、銻、砷等其中鎳、錳還與銅無限固溶。α固溶體①都不同程度地提高銅的硬度和強度，同時實際不降低銅的加工塑性；②都不同程度地降低銅的導電性和導熱性；其中以磷、鐵、硅、砷等降低最多，銻、錳、鎳等次之，而銀、鉻、鎘、鋅等降低較少。降低電導率較少的元素，有的還常用作高強、耐磨、耐熱的導電銅材。固溶解釋固溶體指的是物質(zhì)一定結(jié)晶構(gòu)造位置上離子的互相置換，而不改變整個晶體的結(jié)構(gòu)及對稱性等。但微觀結(jié)構(gòu)上如結(jié)點的形狀、大小可能隨成分的變化而改變。129、人的價值，在招收誘惑的一瞬間被決定。2023/2/32023/2/3Friday,February3,202310、低頭要有勇氣，抬頭要有低氣。2023/2/32023/2/32023/2/32/3/20234:31:51PM11、人總是珍惜為得到。2023/2/32023/2/32023/2/3Feb-2303-Feb-2312、人亂于心，不寬余請。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、生氣是拿別人做錯的事來懲罰自己。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/32/3/202314、抱最大的希望，作最大的努力。03二月20232023/2/32023/2/32023/2/315、一個人炫耀什么，說明他內(nèi)心缺少什么。。二月232023/2/32023/2/32023/2/32/3/202316、業(yè)余生活要有意義，不要越軌。2023/2/32023/2/303February202317、一個人即使已登上頂峰，也仍要自強不息。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/3二、各雜質(zhì)元素對銅的影響分類元素組織特性對銅性能的影響很少固溶于銅，并與銅形成易溶熔晶的雜質(zhì)及微量元素鉛、鉍等銅加鉛或鉍的共晶鉛、鉍呈易溶共晶分布的銅的晶界，熱壓時易開裂；鉍還降低銅的室溫塑性，使銅“冷脆”。鉛、鉍對銅的導電、導熱性影響不大，鉛可改善銅的可切削性。接上表幾乎不固溶于銅，并與銅形成熔點較高的脆性化合物的雜質(zhì)及微量元素氧、硫、硒、碲等在銅的晶粒邊界含有Cu2O，或Cu2S，或Cu2Se，或Cu2Te等脆性化合物的共晶。降低銅的塑性。對銅的導電、導熱性影響不大。硒、碲均提高銅的切削性。14二、各雜質(zhì)元素對銅的影響1、氧O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，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電性的影響程度，氧的存在也能使銅中的氫反應，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，致使金屬發(fā)生“冷脆”，冷變形產(chǎn)生困難。

15二、各雜質(zhì)元素對銅的影響1、氧O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，氧對銅的電導率影響不大。材料狀態(tài)氧含量/%抗拉強度/MPa伸長率/%電導率/%LACS疲勞強度5×107次/MPa700℃退火30min0.0160.0400.0600.0900.1700.360228225228232242260545056534955101.4101.6101.5100.699.099.2779491847777冷狀態(tài)0.0360.0490.0940.2202632632672883029272799.698.997.994.613012313412016二、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對銅導電性的影響，但不改變As、S、Se、T、Bi等對銅電導性的影響。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，形成高熔點的球狀質(zhì)點分布于晶粒內(nèi)，消除了晶界脆性。1、氧O的影響17二、各雜質(zhì)元素對銅的影響2、氫H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，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）溫度400500600700800900100011001200130014001500溶解度0.060.160.300.490.721.081.586.38.110.011.813.618二、各雜質(zhì)元素對銅的影響3、硫S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率與熱導率，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/%電導率/%LACS冷拉銅（加工率36％0.000.150.230.540.780.9735534836136939739836636736938239739821.414.315.012.17.98.699.797.897.695.191.690.9600℃退火1h0.000.150.230.540.780.97610570550630777722823023223624424560.053.651.450.745.745.710099.399.696.792.591.419二、各雜質(zhì)元素對銅的影響4、硒Se的影響

硒在銅中的溶解度極小，以Cu2Se化合物形式存在。硒對銅的電導率及熱導率的影響很小，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/%電導率/%LACS冷拉銅（加工率36％）0.000.110.260.481.011.4435536036335835136536637437237637538121.419.915.715.711.410.099.798.998.097.494.492.0600°C退火1h0.000.110.260.481.011.4461596256507122823022823023423360.057.155.752.948.642.110099.010098.895.694.420二、各雜質(zhì)元素對銅的影響5、碲Te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，對銅的電導率及熱導率的影響很小，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0.06％～0.7％Te的銅在工業(yè)中獲得了應用，并在淬火和加工狀態(tài)下應用，不要回火，以免Cu2Te沿晶界沉淀，使材料變脆。微量（0.0030％）硒和碲(0.0005～0.0030％)顯著降低銅的可焊性能。21二、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/%電導率/%LACS冷拉銅（加工率36％0.000.100.250.451.052.4235635636235636035936637337537337438421.415.014.311.410.77.199.799.598.998.297.194.5600℃退火1h0.000.100.250.451.052.4261555557586222823023223223323460.053.654.351.441.4－10099.810099.998.096.15、碲Te的影響22二、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、電導率與熱導率。電工銅含Sb量不得大于0.02％。銻可與含氧銅中的Cu2O反應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Sb的影響銻含量/%抗拉強度/MPa伸長率/%電導率/%LACS15℃65℃0.0040.0200.0460.0920.220.4722222622523423623462616048－58－97.494.894.175.656.486.083.481.380.766.651.423二、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，但是卻降低銅的導電、導熱性能。砷可與銅中的Cu2O起反應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As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對銅的熱導率與電導率的影響不大。真空開關(guān)觸頭銅可含0.7％～1.0％Bi。因為它有高的電導率，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Bi的影響24二、各雜質(zhì)元素對銅的影響9、磷P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率及熱導率，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300min后的銅性能的影響見下表。磷含量/%抗拉強度/MPa伸長率/%電導率/%LACS疲勞強度5×107次/MPa0.0140.0300.0450.0960.1480.1780.2540.4940.6900.7900.950242225228232239246249270270281281625950626361636263646694.378.272.455.545.242.533.119.715.514.011.677848799105929410811512312025二、各雜質(zhì)元素對銅的影響10、鐵Fe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、電導率與熱導率。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0.45％～4.5％Fe的銅合金既有高的強度又有良好的耐熱性與導電性，可焊性好，易于加工成型，是一類獲得應用的電工材料。26二、各雜質(zhì)元素對銅的影響11、鉛Pb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對銅的電導率與熱導率無顯著影響，還能大幅度提高銅的可切削性能。約含1.0％Pb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δ與面縮率Ψ劇烈下降，同時高溫脆性區(qū)也隨著銅含量的增加而擴大。27二、各雜質(zhì)元素對銅的影響12、銀Ag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.