تأثیر محتوای اکسیژن بر خواص مس خالص

اکسیژن یکی از رایج ترین و تأثیرگذارترین عناصر ناخالصی در مس خالص است. حتی غلظت های بسیار کم اکسیژن می تواند به طور قابل توجهی خواص فیزیکی، مکانیکی، الکتریکی، حرارتی و فرآوری مس را تغییر دهد. در تولید صنعتی، محتوای اکسیژن معمولاً با توجه به سناریوهای کاربردی به شدت کنترل می شود و تأثیر آن عمدتاً در جنبه های زیر منعکس می شود.

اکسید مس تشکیل شده توسط اکسیژن و مس یک ترکیب نیمه رسانا با مقاومت بسیار بالاتر از ماتریس مس است. هنگامی که اکسیژن در مس به شکل محلول جامد حل می شود یا به صورت ذرات اکسید مس در مرزهای دانه رسوب می کند، مانع حرکت الکترون های آزاد، افزایش پراکندگی الکترون ها و در نتیجه کاهش رسانایی الکتریکی می شود. به طور کلی، با افزایش محتوای اکسیژن، رسانایی مس به تدریج کاهش می یابد. برای مس با رسانایی بالا که در کابل‌ها، سیم‌ها، موتورها و ترانسفورماتورها استفاده می‌شود، محتوای اکسیژن باید کاملاً محدود باشد، معمولاً کمتر از 10 ppm کنترل می‌شود، در غیر این صورت مستقیماً بر راندمان انتقال و مصرف انرژی محصولات الکتریکی تأثیر می‌گذارد.

دوم، محتوای اکسیژن هدایت حرارتی مس خالص را تعیین می کند. 

مشابه رسانایی، وجود اکسیژن و اکسید مس در انتشار جریان گرما در کریستال اختلال ایجاد می کند. محتوای بالای اکسیژن رسانایی حرارتی مس را کاهش می دهد و آن را برای اجزای اتلاف حرارتی مانند سینک های حرارتی، مبدل های حرارتی و مواد بسته بندی الکترونیکی مناسب نمی کند. در مقابل، مس آزاد کم-اکسیژن یا اکسیژن- هدایت حرارتی بسیار بالایی دارد و می‌تواند به سرعت گرما را صادر کند، که برای تجهیزات الکترونیکی و الکتریکی با کارایی بالا ضروری است.

سوم، اکسیژن تأثیر مهمی بر خواص مکانیکی مس خالص، به ویژه پلاستیسیته و چقرمگی دارد. 

هنگامی که میزان اکسیژن کم است، مس همچنان شکل پذیری و چکش خواری خوبی را حفظ می کند، مناسب برای مهر زنی، کشیدن، خم شدن و سایر کارهای سرد. با این حال، هنگامی که اکسیژن از یک محدوده خاص فراتر رود، تعداد زیادی آخال اکسید مس و فازهای شکننده در مرزهای دانه تشکیل می‌شوند که به طور قابل توجهی انعطاف پذیری و چقرمگی ضربه مس را کاهش می‌دهد. چنین مسی در حین پردازش مستعد شکستگی بین دانه‌ای است و سطح آن مستعد ترک‌خوردگی و نقص پوست پرتقال است. در عین حال، استحکام و سختی مس با افزایش اکسیژن اندکی افزایش می یابد، اما این به قیمت پلاستیسیته است که برای پردازش عمیق مناسب نیست.

چهارم، محتوای اکسیژن مستقیماً بر عملکرد جوشکاری و کارپذیری گرم مس خالص تأثیر می‌گذارد، که این نیز یکی از نگران‌کننده‌ترین مشکلات در پردازش صنعتی است. 

مس حاوی اکسیژن بالا بسیار آسان است برای ایجاد شکنندگی هیدروژنی در حین جوشکاری یا لحیم کاری. هیدروژن در جو یا شار جوش با اکسید مس در دمای بالا واکنش می دهد و بخار آب تولید می کند. تعداد زیادی حباب بخار آب در داخل ماده تجمع می‌یابد که منجر به ایجاد ترک‌ها و منافذ کوچک می‌شود که به طور جدی استحکام مفصل و سفتی هوا را کاهش می‌دهد. بنابراین، مس با اکسیژن بالا به سختی قابل اطمینان است و همچنین در هنگام نورد گرم، آهنگری داغ و سایر فرآیندهای حرارتی در معرض ترک خوردن است. در مقابل، مس بدون اکسیژن یا مس بدون اکسیژن{7} عملکرد جوشکاری عالی دارد و به طور گسترده در دستگاه های خلاء، موجبرها و قطعات جوش دقیق استفاده می شود.

آخال‌های اکسید مس به راحتی به نقاط شروع خوردگی تبدیل می‌شوند و باعث تسریع خوردگی موضعی مانند خوردگی حفره‌ای و خوردگی بین دانه‌ای در محیط‌های مرطوب، اسیدی یا آلوده می‌شوند. موادی که محتوای اکسیژن بالایی دارند نیز در حین آبکاری، پرداخت و سایر عملیات‌های سطحی به سختی می‌توانند سطح صاف و روشنی داشته باشند و مستعد ایجاد لکه‌ها، حفره‌ها و چسبندگی ضعیف پوشش‌ها هستند.

مس آزاد{0}}اکسیژن با محتوای اکسیژن کمتر از 5 پی پی ام بهترین رسانایی، هدایت حرارتی، انعطاف پذیری و عملکرد جوشکاری را دارد و در زمینه های الکترونیکی، هوافضا و ارتباطات پیشرفته استفاده می شود. مس کم اکسیژن به دلیل هزینه و کارایی متوسطی که دارد به طور گسترده در سیم‌ها، کابل‌ها و سخت‌افزارهای روزانه استفاده می‌شود. مس با اکسیژن بالا فقط در مواردی استفاده می شود که نیازهای کمی برای پردازش و رسانایی دارند، مانند برخی از قطعات ریخته گری.

اکسیژن یک عنصر دو لبه-در مس خالص است. اکسیژن بیش از حد به رسانایی الکتریکی، هدایت حرارتی، انعطاف پذیری، عملکرد جوشکاری و مقاومت در برابر خوردگی آسیب می رساند، در حالی که اکسیژن بسیار{2}}کم کلید تضمین عملکرد مس-بالا است. در تولید و کاربرد، کنترل دقیق محتوای اکسیژن وسیله مهمی برای متعادل کردن هزینه، عملکرد و عمر مفید مواد مس خالص است.