تاثیر عناصر بر خواص مس

تأثیر عناصر بر خواص مس

ورود عناصر کمیاب به مس اجتناب ناپذیر است. به دلیل ویژگی های متفاوت عناصر، ممکن است در مس حل نشوند، مقدار کمی محلول جامد، مقدار زیادی محلول جامد یا حلالیت متقابل نامحدودی داشته باشند. حلالیت جامد با کاهش دما به شدت کاهش می یابد و تغییرات فاز پیچیده در فاز جامد وجود دارد. و غیره، بنابراین تأثیر بر خواص مس بسیار متفاوت است.

هیدروژن

رفتار هیدروژن در مس موضوعی است که در حال بررسی است. هیدروژن و مس هیدرید تشکیل نمی دهند. حلالیت هیدروژن در مس مایع و جامد با افزایش دما افزایش می یابد، به ویژه در مس مایع که حلالیت زیادی دارد. در حین انجماد، منافذی در مس ایجاد می شود که منجر به شکنندگی و لایه برداری سطحی محصولات مس می شود.

در مس جامد، هیدروژن در حالت پروتون وجود دارد. الکترون های هیدروژن مدار لایه S اتم های مس را پر می کنند تا یک محلول جامد پروتون تشکیل دهند. اگرچه هیدروژن تأثیر کمی بر عملکرد مس دارد، هیدروژن برای مس و آلیاژهای مس مضر است. مس حاوی اکسیژن هنگام بازپخت در هیدروژن ترک ایجاد می کند که به آن "بیماری هیدروژن" می گویند. دلیل آن این است که واکنش Cu2O+H2 ⇌ 2Cu+H2O رخ می دهد و بخار آب تولید شده باعث ایجاد منافذ و ترک می شود.

عناصر مختلف اثرات متفاوتی بر حلالیت هیدروژن در مس دارند. عناصری مانند Ni و منگنز حلالیت را افزایش می دهند، در حالی که عناصری مانند P و Si حلالیت هیدروژن را در مس کاهش می دهند. هیدروژن موجود در شارژ را می توان با کاهش زمان ذوب و تنظیم ترکیب کنترل کرد. سطح مذاب با زغال چوب پوشانده شده است تا مقدار هیدروژن در مس کاهش یابد.

اکسیژن

اکسیژن در فرآیند تولید مس اجتناب ناپذیر است و تأثیر آن نیز بسیار مهم است. اکسیژن به ندرت جامد در مس حل می شود. {{0}} است.06% در 1065 درجه و 0.002% (نسبت وزن) در 600 درجه؛ اکسیژن در مس دپلاریزه می شود. به جز اینکه به راحتی در محلول جامد حل می شوند، همه آنها به شکل Cu2O وجود دارند. اکسیدهای مس به طور جامد در مس محلول نیستند و ساختار یوتکتیک Cu+Cu2O دارند که در مرزهای دانه توزیع شده است. واکنش یوتکتیک عبارت است از: L حاوی اکسیژن 0.39٪ 1065 درجه حاوی اکسیژن 0.01٪ + Cu2O، محتوای اکسیژن در مس هیپوئوتکتیک متناسب با مقدار یوتکتیک است و با مقایسه آن با تصاویر استاندارد زیر می توان محتوای اکسیژن در مس را به دقت تعیین کرد. یک میکروسکوپ

تأثیر اکسیژن بر خواص مس و آلیاژها پیچیده است. مقدار کمی از اکسیژن تأثیر کمی بر هدایت الکتریکی و خواص مکانیکی مس دارد. مس صنعتی رسانایی الکتریکی بالایی دارد. دلیل آن این است که اکسیژن به عنوان یک ماده شوینده می تواند بسیاری از عناصر را از مس پاک کند. ناخالصی های مضر به شکل اکسید وارد سرباره می شود، به ویژه آنهایی که می توانند آرسنیک، آنتیموان، بیسموت و سایر عناصر را حذف کنند. رسانایی مس حاوی مقدار کمی اکسیژن می تواند به 100-103% ± ACS برسد. مس با خلوص بالا مانند مس 6N در شرایط برودتی مقدار مقاومت بسیار کم است.

محتوای اکسیژن مس مورد استفاده در اجزای خلاء الکتریکی باید به شدت کنترل شود. دلیل آن این است که دستگاه های خلاء الکتریکی باید در هیدروژن آب بندی شوند. وجود اکسیژن در مس باعث بیماری هیدروژنی و آسیب به محیط خلاء بالای دستگاه خواهد شد. بنابراین، مس مورد استفاده در قطعات خلاء الکتریکی باید مس بدون اکسیژن باشد، استانداردهای ملی چین تصریح می کند که میزان اکسیژن در مس بدون اکسیژن کمتر از 20ppm است و استاندارد ASTM آمریکا میزان اکسیژن را 3ppm می داند. به منظور کنترل میزان اکسیژن، باید مواد اولیه مس الکترولیتی با کیفیت بالا در تولید مس بدون اکسیژن انتخاب شود. در فرآیند ذوب، یک اتمسفر کاهنده برای افزایش پوشش سطح حوضچه مذاب اتخاذ می شود، و زغال چوب به طور کلی برای محافظت استفاده می شود.

هنگامی که مس و آلیاژهای مس ذوب می شوند، به طور کلی باید اکسید زدایی انجام شود. اکسید زداها شامل فسفر، بور، منیزیم و ... هستند که به صورت آلیاژهای اصلی اضافه می شوند. فسفر موثرترین اکسید کننده است، اما مقدار باقیمانده فسفر باید به شدت کنترل شود زیرا می تواند رسانایی مس و آلیاژها را به شدت کاهش دهد.

فسفر

جامد فاز دوتایی مس-فسفر نشان می دهد که یک واکنش یوتکتیک در 714 درجه وجود دارد: L8.4٪ → 1.75٪ + Cu3P. با کاهش دما، مقدار محلول جامد فسفر در مس به سرعت کاهش می یابد. در 300 درجه، 0.6%, 0.4% در 200 درجه است. فسفر حل شده در مس رسانایی آن را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. رسانایی نوار نرم حاوی P0.014٪ 94٪ IACS است و رسانایی نوار نرم حاوی P0.14٪ فقط 45.2٪ است.

فسفر موثرترین و کم‌هزینه‌ترین اکسیدکننده است. وجود مقادیر کمی فسفر می تواند سیالیت مذاب را بهبود بخشد، عملکرد جوشکاری، مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت نرم شدن مس و آلیاژها را بهبود بخشد، بنابراین فسفر عناصر افزودنی با ارزش مس و آلیاژها، آلیاژ مس فسفر حاوی P{1 }}.015-0.04% به طور گسترده در تولید لوله های آب ساختمان، لوله های حرارتی تبرید و تهویه مطبوع و لوله های آب دریا کشتی استفاده می شود.

صفحات و نوارهای آلیاژ مس کم فسفر به طور گسترده در صنایع الکترونیک و شیمیایی استفاده می شود. آلیاژهای مس کم فسفر نیز به طور گسترده در نوارهای مسی قاب مدار مجتمع استفاده می شود. آلیاژهای فسفر-مس با ترکیب یوتکتیک مواد جوشکاری عالی هستند. از آلیاژهای مس با فسفر بالا استفاده می‌شود که دارای فوق‌الطبیعه بین 580-620 درجه است و می‌توان آن را به صورت گرم در سیم جوش φ3-φ5 میلی‌متر اکسترود کرد. این ماده مهمی برای جوشکاری مس و آلیاژهای مس، فولاد و قطعات مس است.

تأثیر سایر عناصر فلزی بر روی مس

منیزیم، لیتیوم و کلسیم به طور محدود در مس و منگنز و مس بی نهایت در یکدیگر محلول هستند. این چهار عنصر همگی می توانند به عنوان اکسید کننده برای مس استفاده شوند. منگنز می تواند استحکام مس را بهبود بخشد. آلیاژهای مس کم منگنز استحکام و مقاومت در برابر خوردگی بالایی دارند و در مهندسی شیمی کاربرد دارند. در بسیاری از برنامه ها استفاده می شود. منگنز-مس دارای سیستم های دمایی مقاومت بسیار کمی است و یک آلیاژ مقاومت عالی است. با توجه به تبدیل آلوتروپیک، تبدیل فاز آلیاژ مس- منگنز در حالت جامد بسیار پیچیده است. در فاز جامد، دارای تجزیه مدولاسیون دامنه، تبدیل کریستال و سایر فرآیندها است. دارای خواص کاهش ارتعاش و نویز است و یک ماده کامپوزیت میرایی عالی است.

عناصر خاکی کمیاب که توسط سریم نشان داده می شوند تقریباً در مس جامد محلول نیستند. نقش آنها در مس دگردیسی و خالص سازی است. آنها می توانند گوگرد زدایی و اکسیدزدایی کنند و می توانند ترکیباتی با نقطه ذوب بالا با ناخالصی های با نقطه ذوب پایین برای از بین بردن اثرات مضر و بهبود عملکرد مس و آلیاژها تشکیل دهند. پلاستیسیته، افزودن عناصر خاکی کمیاب به سیم سیم ریخته‌گری فوقانی می‌تواند انعطاف‌پذیری را بهبود بخشد و ترک‌های سرد کار را کاهش دهد.