O efeito do teor de oxigênio nas propriedades do cobre puro

O oxigênio é um dos elementos de impureza mais comuns e influentes no cobre puro. Mesmo concentrações muito baixas de oxigênio podem alterar significativamente as propriedades físicas, mecânicas, elétricas, térmicas e de processamento do cobre. Na produção industrial, o teor de oxigênio é geralmente estritamente controlado de acordo com os cenários de aplicação, e seu impacto se reflete principalmente nos seguintes aspectos.

O óxido de cobre formado por oxigênio e cobre é um composto semicondutor com resistividade muito maior que a matriz de cobre. Quando o oxigênio se dissolve no cobre na forma de solução sólida ou precipita como partículas de óxido de cobre nos limites dos grãos, isso dificultará o movimento dos elétrons livres, aumentará o espalhamento de elétrons e, assim, reduzirá a condutividade elétrica. De modo geral, com o aumento do teor de oxigênio, a condutividade do cobre diminui gradativamente. Para cobre de alta{3}condutividade usado em cabos, fios, motores e transformadores, o teor de oxigênio deve ser estritamente limitado, geralmente controlado abaixo de 10 ppm, caso contrário afetará diretamente a eficiência de transmissão e o consumo de energia dos produtos elétricos.

Em segundo lugar, o teor de oxigênio determina a condutividade térmica do cobre puro. 

Semelhante à condutividade, a existência de oxigênio e óxido de cobre interferirá na propagação do fluxo de calor no cristal. O alto teor de oxigênio reduz a condutividade térmica do cobre, tornando-o menos adequado para componentes de dissipação de calor, como dissipadores de calor, trocadores de calor e materiais de embalagens eletrônicas. Por outro lado, o cobre com baixo teor de-oxigênio ou sem oxigênio-tem condutividade térmica extremamente alta e pode exportar calor rapidamente, o que é essencial para equipamentos eletrônicos e elétricos de alto-desempenho.

Terceiro, o oxigênio tem um impacto crítico nas propriedades mecânicas do cobre puro, especialmente na plasticidade e na tenacidade. 

Quando o teor de oxigênio é baixo, o cobre ainda mantém boa ductilidade e maleabilidade, adequado para estampagem, trefilação, dobra e outros trabalhos a frio. No entanto, quando o oxigênio excede uma certa faixa, um grande número de inclusões de óxido de cobre e fases frágeis são formados nos limites dos grãos, o que reduz significativamente a plasticidade e a resistência ao impacto do cobre. Esse cobre está sujeito a fraturas intergranulares durante o processamento, e a superfície está sujeita a rachaduras e defeitos de casca de laranja. Ao mesmo tempo, a resistência e a dureza do cobre aumentarão ligeiramente com o aumento do oxigênio, mas isso ocorre às custas da plasticidade, que não conduz ao processamento profundo.

Quarto, o teor de oxigênio afeta diretamente o desempenho da soldagem e a trabalhabilidade a quente do cobre puro, que também é um dos problemas mais preocupantes no processamento industrial. 

O cobre contendo alto teor de oxigênio é muito fácil de produzir fragilização por hidrogênio durante a soldagem ou brasagem. O hidrogênio na atmosfera ou fluxo de soldagem reage com o óxido de cobre em alta temperatura para produzir vapor de água. Um grande número de bolhas de vapor de água se acumula dentro do material, resultando em micro-fissuras e poros, que reduzem seriamente a resistência da junta e a estanqueidade ao ar. Portanto, o cobre com alto-oxigênio é difícil de soldar de forma confiável e também é propenso a rachaduras durante laminação a quente, forjamento a quente e outros processos térmicos. Por outro lado, o cobre-isento de oxigênio ou o cobre com baixo-oxigênio tem excelente desempenho de soldagem e é amplamente utilizado em dispositivos de vácuo, guias de onda e peças de soldagem de precisão.

As inclusões de óxido de cobre são fáceis de se tornarem pontos de início de corrosão, acelerando a corrosão local, como corrosão por pite e corrosão intergranular em ambientes úmidos, ácidos ou poluídos. Materiais com alto teor de oxigênio também são mais difíceis de obter uma superfície lisa e brilhante durante galvanoplastia, polimento e outros tratamentos de superfície, e são propensos a manchas, buracos e má adesão de revestimentos.

O cobre-isento de oxigênio com teor de oxigênio abaixo de 5 ppm tem a melhor condutividade, condutividade térmica, plasticidade e desempenho de soldagem e é usado em-eletrônica de alta tecnologia, aeroespacial e campos de comunicação. O cobre com baixo-oxigênio é amplamente utilizado em fios, cabos e hardware diários devido ao seu custo e desempenho moderados. O cobre com alto-oxigênio é usado apenas em ocasiões com baixos requisitos de processamento e condutividade, como algumas peças fundidas.

O oxigênio é um elemento-de dois gumes no cobre puro. O excesso de oxigênio danificará a condutividade elétrica, a condutividade térmica, a plasticidade, o desempenho da soldagem e a resistência à corrosão, enquanto o oxigênio ultra-baixo é a chave para garantir cobre de alto-desempenho. Na produção e aplicação, controlar com precisão o teor de oxigênio é um meio importante para equilibrar custo, desempenho e vida útil de materiais de cobre puro.