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元素对铜合金的影响
    微量元素进入铜是不可避免的,由于元素特性的不同,可以不固溶于铜、微量固溶、大量固溶、无限互溶,固溶度随温度下降而激烈降低、固相下有复杂相变等,。
氢
氢在铜中的行为是人们正在研究的课题,氢与铜不形成氢化物,氢在液态和固态铜中的溶解度随着温度升高而增大,特别是在液态铜中有很大的溶解度,在凝固时,会在铜中形成气孔,从而导致铜制品的脆性和表面起皮;在固态铜中,氢以质子状态存在,氢的电子填充铜原子的S层轨道,形成质子型固溶体,氢对铜的性能虽然影响甚微,但氢对铜及铜合金来说是有害的,含氧铜在氢气中退火时会产生裂纹,即“氢病”,原因是发生Cu2O+H2 ⇌ 2Cu+H2O反应,产生的水蒸气会造成气孔和裂纹;各种元素对氢在铜中的溶解度影响不一,其中Ni、Mn等元素引起溶解度增加,P、Si等元素减少氢在铜中的溶解度,可以通过减少熔炼时间,调整成分,控制炉料中氢气含量,熔体表面采用木炭覆盖等办法减少铜中氢的含量。
氧
氧在铜的生产过程中是不可避免的,其影响也非常重要,氧很少固溶于铜,1065℃%,600℃%(重量比);氧在铜中除极少易固溶外,均以Cu2O形式存在,铜的氧化物不固溶于铜,呈现Cu+Cu2O共晶组织,分布于晶界,共晶反应为:% 1065℃%+Cu2O,亚共晶铜中的含氧量与共晶量成正比,可在显微镜下与标准图片比较来精确测定铜中的含氧量。
氧对铜及合金性能的影响是复杂的,微量氧对铜的导电率和机械性能影响甚微,工业铜具有很高的导电率,其原因是氧作为清洁剂,可以从铜中清除掉许多有害杂质,以氧化物形式进入炉渣,特别是能够清除***、锑、铋等元素,含有少量氧的铜其导电率可以达到100-103%±ACS,高纯铜如6N铜在深冷条件下电阻值是相当低的。
电真空构件用铜应严格控制其中氧的含量,其原因是电真空器件需要在氢气中密封,铜中氧的存在会导致氢病发生,引起器件高真空环境破坏,因此电真空用铜应该是无氧铜,中国国家标准中规定无氧铜中含氧量小于20ppm,美国ASTM标准中规定为3ppm,为控制氧含量,在无氧铜生产中都应选择优质电解铜原料,在熔炼工艺中采取还原性气氛,加强熔池表面覆盖,一般使用木炭保护;铜及铜合金熔炼时,一般均应进行脱氧,脱氧剂有磷、硼、镁等,以中间合金方式加入,磷是最有效的脱氧剂,不过应严格控制磷的残留量,因其能够强烈降低铜及合金的导电率。
锑、铋、硫、碲、硒
这些元素在铜中固溶度极小,室温下基本不溶于铜,它们以金属化合物形式存在,分布于晶界,对铜的的导电、导热影响不大,但是都严重的恶化了铜及合金的塑性加工性能,应该严格控制其含量,%;由于含有这些元素的铜,具有良好的切削性能,在工程技术界也有应用,比如铋钼,可以作为真空开关中断路器的触头,在断路时,防止开关触头的沾结,%-%;-%的碲铜合金,可作为高导电、易切削无氧铜使用,能够加工成精密的电子原器件;作为特殊用途的铜合金,可以加入这些元素,但其加工工艺是特殊的,可采用包套挤压、冷挤、铸造、粉末冶金等方法。
***、硼
***在铜中有很大的固溶度,-%,***在铜中存在强烈的降低其导电率和导热性能,一般作为变质剂加入,特别是对黄铜冷凝器合金来说更为宝贵,近一百年来火电和舰船冷凝器管材使用实践表明,含***-%的黄铜,能够防止黄铜脱锌腐蚀,解决了黄铜冷凝管早期泄漏的致命问题,所以各国材料标准中都规定必须加入***,经验表明,不含***的HSn70-1冷凝管,经常在使用初期的2-3年内发生泄漏事故,而加入***之后,寿命可增至15-20年,被称为铜合金研究中重大的技术进步;***之所以能够防止黄铜脱锌腐蚀,许多研究表明,***能够降低铜的电极电位,从而降低了电化学腐蚀倾向;由于***的氧化物污染环境,对人体有害,所以熔炼合金的工厂都应有专门的环保和防护措施;***应以中间合金方式加入,***铜中间合金中***含量可达15-20%,一般由熔炼工厂自己制作。
硼在铜中固溶度不大,一般作为脱氧剂使用,残余的硼可以细化晶粒,人们发现硼的变质作用十分显著,在加***-%硼,具有更好的防止黄铜脱锌腐蚀;硼的氧化物是铜合金熔炼时优良覆盖剂,已经被广泛的使用;在铜的焊接材料中也普遍的加入硼,可防止焊接金属的氧化。
磷
铜磷二元相固表明,在714℃时存在着共晶反应:%→%+Cu3P,随着温度降低,磷在铜中的固溶量迅速减少,300℃%,200℃%;固溶于铜中的磷显著的降低其导电率,