各雜質(zhì)元素對(duì)銅的影響-檢測(cè)中心（ ）專(zhuān)業(yè)課件

各雜質(zhì)元素對(duì)銅的影響1主要內(nèi)容一、純銅的簡(jiǎn)單介紹二、各雜質(zhì)元素對(duì)銅的影響2一、純銅的簡(jiǎn)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(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(chēng)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(wú)氧銅兩大類(lèi)。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(yǔ)拼音字頭）為首，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(wú)氧銅字母則為“TU”，有TU1、TU2兩種。

3一、純銅的簡(jiǎn)單介紹

純銅加工產(chǎn)品用漢語(yǔ)拼音字母“T”加順序號(hào)表示。黃銅、青銅、白銅分別以漢語(yǔ)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(mén)、水管、空調(diào)內(nèi)外機(jī)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(xiě)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(wú)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(xiě)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(jiǎn)單介紹

銅的機(jī)械性能：軟態(tài)銅：σb≈200～240MPa，硬度35～45HB，δ≈50%，ψ達(dá)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(jìn)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、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。5一、純銅的簡(jiǎn)單介紹名稱(chēng)數(shù)值名稱(chēng)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(dǎo)電率（20℃），%IACS軟：100～102硬：96～98密度（0℃），g/cm38.93抗拉強(qiáng)度，N/mm2軟：195以上硬：345以上熔點(diǎn)，℃1083彈性模數(shù)，kN/mm2136.5線(xiàn)膨脹系數(shù)（20℃），10-6/℃17質(zhì)量磁化率，10-6-0.086熱傳導(dǎo)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(jiǎn)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(diǎn)（MPa）340～35050～70—抗拉強(qiáng)度（MPa）370～420220～240170伸長(zhǎng)率（%）4～645～50—斷面收縮率（%）35～4565～75—布氏硬度（HBS）1100～1300350～450400剪切強(qiáng)度（MPa）210150—沖擊韌性（J）—16～18—抗壓強(qiáng)度（MPa）——15707T1、TU1牌號(hào)銅線(xiàn)坯的化學(xué)成分（GB/T3952-2021）元素組雜質(zhì)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%，不大于元素組總質(zhì)量分?jǐn)?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?jǐn)?shù)/%0.0065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%。8T2、TU2牌號(hào)銅線(xiàn)坯的化學(xué)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(yīng)不大于0.045%；TU2的氧含量應(yīng)不大于0.0020%9組別代號(hào)化學(xué)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(wú)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(jià)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(qǐng)。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、生氣是拿別人做錯(cuò)的事來(lái)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(gè)人炫耀什么，說(shuō)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(gè)人即使已登上頂峰，也仍要自強(qiáng)不息。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/3二、各雜質(zhì)元素對(duì)銅的影響

雜質(zhì)及微量合金元素的分類(lèi)及其對(duì)銅導(dǎo)體綜合性能的影響見(jiàn)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。分類(lèi)元素組織特性對(duì)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(wú)限固溶。α固溶體①都不同程度地提高銅的硬度和強(qiáng)度，同時(shí)實(shí)際不降低銅的加工塑性；②都不同程度地降低銅的導(dǎo)電性和導(dǎo)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(dǎo)率較少的元素，有的還常用作高強(qiáng)、耐磨、耐熱的導(dǎo)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(gè)晶體的結(jié)構(gòu)及對(duì)稱(chēng)性等。但微觀結(jié)構(gòu)上如結(jié)點(diǎn)的形狀、大小可能隨成分的變化而改變。129、人的價(jià)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(qǐng)。2023/2/32023/2/32023/2/3Friday,February3,202313、生氣是拿別人做錯(cuò)的事來(lái)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(gè)人炫耀什么，說(shuō)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(gè)人即使已登上頂峰，也仍要自強(qiáng)不息。2023/2/32023/2/32023/2/32023/2/3二、各雜質(zhì)元素對(duì)銅的影響分類(lèi)元素組織特性對(duì)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(shí)易開(kāi)裂；鉍還降低銅的室溫塑性，使銅“冷脆”。鉛、鉍對(duì)銅的導(dǎo)電、導(dǎo)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(diǎn)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(duì)銅的導(dǎo)電、導(dǎo)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(duì)銅的影響1、氧O的影響

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(lái)，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(duì)銅的影響1、氧O的影響氧對(duì)銅的力學(xué)性能影響見(jiàn)下表。由下表可知，氧能稍微提高銅的強(qiáng)度，但降低銅的塑性和疲勞極限，氧對(duì)銅的電導(dǎo)率影響不大。材料狀態(tài)氧含量/%抗拉強(qiáng)度/MPa伸長(zhǎng)率/%電導(dǎo)率/%LACS疲勞強(qiáng)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(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、Sn、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(lái)。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(wú)氧銅。無(wú)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(xiàn)電纜、電機(jī)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(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O的影響17二、各雜質(zhì)元素對(duì)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(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(chēng)“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(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(jiàn)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(duì)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(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。硫?qū)?9.99％銅性能的影響見(jiàn)下表。材料狀態(tài)硫含量/%屈服點(diǎn)/MPa抗拉強(qiáng)度/MPa伸長(zhǎng)率/%電導(dǎo)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(duì)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(duì)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(duì)銅的各種性能影響見(jiàn)下表。材料狀態(tài)硒含量/%屈服點(diǎn)/MPa抗拉強(qiáng)度/MPa伸長(zhǎng)率/%電導(dǎo)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(duì)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(diǎn)存在，對(duì)銅的電導(dǎo)率及熱導(dǎo)率的影響很小，但能顯著改善銅的可切削性能。碲對(duì)銅性能的影響見(jiàn)下表。含0.06％～0.7％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（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(duì)銅的影響材料狀態(tài)碲含量/%屈服點(diǎn)/MPa抗拉強(qiáng)度/MPa伸長(zhǎng)率/%電導(dǎo)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(duì)銅的影響

在共晶溫度645℃時(shí)，銻在銅中的溶解量可達(dá)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(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(jiàn)下表。6、銻Sb的影響銻含量/%抗拉強(qiáng)度/MPa伸長(zhǎng)率/%電導(dǎo)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(duì)銅的影響

在共晶溫度時(shí)，砷在銅中的溶解度可達(dá)6.77％。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)形成高熔點(diǎn)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As的影響

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(guò)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(yán)重降低銅的加工性能。因此，其含量不得大于0.002％。Bi對(duì)銅的熱導(dǎo)率與電導(dǎo)率的影響不大。真空開(kāi)關(guān)觸頭銅可含0.7％～1.0％Bi。因?yàn)樗懈叩碾妼?dǎo)率，并能防止開(kāi)關(guān)粘結(jié)，提高其工作期限并能確保運(yùn)轉(zhuǎn)安全。8、鉍Bi的影響24二、各雜質(zhì)元素對(duì)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(shí))為1.75%，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(dòng)性。磷對(duì)在700℃退火300min后的銅性能的影響見(jiàn)下表。磷含量/%抗拉強(qiáng)度/MPa伸長(zhǎng)率/%電導(dǎo)率/%LACS疲勞強(qiáng)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(duì)銅的影響10、鐵Fe的影響1050℃時(shí)．鐵在銅中的溶解度可達(dá)3.5％，635℃時(shí)的溶解量下降到0.15％。鐵能細(xì)化銅晶粒，延遲銅的再結(jié)晶過(guò)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(wú)磁性銅線(xiàn)，必須通過(guò)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0.45％～4.5％Fe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(lèi)獲得應(yīng)用的電工材料。26二、各雜質(zhì)元素對(duì)銅的影響11、鉛Pb的影響

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(wú)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(yán)重降低Cu的高溫塑性，即伸長(zhǎng)率δ與面縮率Ψ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。27二、各雜質(zhì)元素對(duì)銅的影響12、銀Ag的影響

在共晶溫度780℃時(shí)，銀在銅中的溶解度為7.9％，但室溫時(shí)的溶解度僅0.