元素對銅合金性能的影響

微量元素進(jìn)入銅是不可避免的，有的是銅及銅合金生產(chǎn)過程中進(jìn)入的，有的是各種原料帶入的，也有人為加入的，這些元素通過改變銅的組織，組織又決定著性 能，從而對銅的性能產(chǎn)生重要的影響。由于元素特性的不同，可以不固溶于銅、微量固溶、大量固溶、無限互溶，固溶度隨溫度下降而激烈降低、固相下有復(fù)雜相變等，因此對銅性能的影響千差萬別。

元素在銅中的行為需要辯證的看待，從某種需要是有害的，但從另一種需要卻是有利的，銅合金工作者正是根據(jù)實際需要，研制出寶貴的合金，以適應(yīng)工程和科學(xué)界不同的需求，各元素在銅中的行為研究正在不斷深入。現(xiàn)對各元素對銅性能的影響分別加以介紹。 

一、氫 

氫與銅不形成氫化物，Cu-H相圖表明，氫在液態(tài)和固態(tài)銅中的溶解度隨著溫度升高而增大，特別是在液態(tài)銅中有很大 的溶解度，在凝固時，會在銅中形成氣孔，從而導(dǎo)致銅制品的脆性和表面起皮；在固態(tài)銅中，氫以質(zhì)子狀態(tài)存在，氫的電子填充銅原子的S層軌道，形成質(zhì)子型固溶體，氫對銅的性能雖然影響甚微，但氫對銅及銅合金來說是有害的，含氧銅在氫氣中退火時會產(chǎn)生裂紋，即“氫病”。

原因是發(fā)生 Cu2O+H2 ? 2Cu+H2O反應(yīng)，產(chǎn)生的水蒸氣會造成氣孔和裂紋；各種元素對氫在銅中的溶解度影響不一，其中Ni、Mn等元素引起溶解度增 加，P、Si等元素減少氫在銅中的溶解度，可以通過減少熔煉時間，調(diào)整成分，控制爐料中氫氣含量，熔體表面采用木炭覆蓋等辦法減少銅中氫的含量。 

二、氧 

氧在銅的生產(chǎn)過程中是不可避免的，其影響也非常重要，Cu-O二元狀態(tài)圖表明，氧很少固溶于銅，1065℃時為 0.06%，600℃時為0.002%。氧在銅中除少量易固溶外，均以Cu2O形式存在，銅的氧化物不固溶于銅，呈現(xiàn)Cu+Cu2O共晶組織，分布于晶界，共晶反應(yīng)為：L含氧0.39% 1065℃ α含氧0.01%+Cu2O，亞共晶銅中的含氧量與共晶量成正比，可在顯微鏡下與標(biāo)準(zhǔn)圖片比較來測定銅中的含氧量。 

氧對銅及合金性能的影響是復(fù)雜的，微量氧對銅的導(dǎo)電率和機械性能影響甚微，工業(yè)銅具有很高的導(dǎo)電率，其原因是氧作為清潔劑，可以從銅中清除掉許多有害雜質(zhì)，以氧化物形式進(jìn)入爐渣，特別是能夠清除砷、銻、鉍等元 素，含有少量氧的銅其導(dǎo)電率可以達(dá)到100-103%±ACS，高純銅如6N銅在深冷條件下電阻值是相當(dāng)?shù)偷摹?/p>

三、磷 

銅磷二元相固表明，在714℃時存在著共晶反應(yīng)：L8.4%→α1.75%+Cu3P，隨著溫度降低，磷在銅中的固溶量迅速減 少，300℃時為0.6%，200℃時為0.4%；固溶于銅中的磷顯著的降低其導(dǎo)電率，含P0.014%的軟帶導(dǎo)電率為94%IACS，含P0.14%的 導(dǎo)電率僅為45.2%；磷是有效、成本低的脫氧劑，微量磷的存在，可以提高熔體的流動性，改善銅及合金的焊接性能、耐蝕性能、提高抗軟化程度。

所以磷又是銅及合金的寶貴添加元素，含P0.015-0.04%的磷銅合金，廣泛用于生產(chǎn)建筑用水道管、制冷和空調(diào)器散熱管、艦船海水管路；低磷銅合金板、帶材在電子和化工工業(yè)中廣泛應(yīng)用，集成電路引線框架銅帶也大量使用低磷銅合金；共晶成份的磷銅合金，是優(yōu)良的焊接材料，高磷銅合金在580-620℃之間具有超塑性，可以熱擠成φ3-φ5毫米焊絲，是焊接銅及銅合金、鋼和銅零件的重要材料。