В стандартных марках
меди присутствуют примеси различных элементов, по-разному влияющих на ее
механические, физические и технологические свойства.
По
содержанию примесей к меди предъявляют жесткие требования как по отдельным
элементам, так и по суммарному их количеству. Особенно высокие требования
предъявляют к меди, которую используют в электронной технике. Высокие
требования по примесям предъявляют также к микролегированным
медным
сплавам с высокой электропроводностью, которые образуют особую группу так
называемых проводниковых материалов.
Висмут
оказывает отрицательное влияние на механические и технологические свойства меди.
В системе
Cu-Bi
образуется легкоплавкая эвтектика, температура плавления которой (270°С) всего
на один градус ниже температуры плавления висмута. Растворимость висмута в
твердой меди ничтожно мала и не превышает
0,001%,
а состав эвтектики почти совпадает с чистым висмутом. Поэтому эвтектические
прослойки практически из чистого висмута выделяются по границам зерен при
ничтожно малых количествах висмута и вызывают охрупчивание меди. Содержание
висмута даже в меди марки М3 ограничено 0,003%.
Кислород
является наиболее вредной примесью в меди. Он присутствует в виде оксида
Cu2О,
который с медью образует эвтектику
Cu +
Cu2O. Растворимость
кислорода в твердой меди мала; ее предельная концентрация при эвтектической
температуре 1066°С составляет всего 0,008% и резко уменьшается с понижением
температуры. Поэтому при весьма малых концентрациях кислорода в структуре меди
присутствует хрупкая закись меди. Соединение
Cu2O
оказывает отрицательное влияние на пластичность и коррозионную стойкость меди.
Кроме того, наличие кислорода в металле затрудняет процессы лужения, пайки и
сварки.
Марганец
при комнатной температуре имеет высокую растворимость в меди, а
высокотемпературная модификация марганца γ образует с медью непрерывный ряд
твердых растворов. Марганец является вредной примесью в проводниковой меди, так
как резко снижает электро- и теплопроводность.
Мышьяк
как примесь образует с медью твердые растворы и мало влияет на механические и
технологические свойства. Мышьяк в значительной мере нейтрализует вредное
воздействие висмута, сурьмы и кислорода, однако, уменьшает электро- и
теплопроводность меди.
Никель,
образуя с медью непрерывный ряд твердых растворов, снижает, как и марганец,
электро- и теплопроводность меди. Однако в отличие от марганца влияние никеля
на эти характеристики значительно слабее.
Олово
обладает высокой растворимостью в твердой меди. Предельная растворимость олова
при эвтектоидной температуре 586°С составляет 15,8%. Примесь олова в меди также
находится в твердом растворе при комнатной
nемпературе, что
вызывает электро- и теплопроводности.
Свинец,
как и висмут, практически нерастворим в твердой меди и образует с ней
легкоплавкую эвтектику при 326°С. Эвтектика в системе
Cu— Рb по составу почти
совпадает с чистым свинцом (99,96% Рb).
Поэтому при небольших содержаниях свинца по границам зерен появляются
эвтектические выделения. Свинеw
не приводит к хладноломкости меди, так как он пластичен, но из-за низкой
температуры плавления эвтектики вызывает горячеломкость. Вследствие ничтожно
малой растворимости в меди свинец не оказывает заметного влияния на ее электро-
и теплопроводность и заметно улучшает обрабатываемость резанием.
Селен,
как и сера, образует с медью хрупкое соединение
Cu2Se. Растворимость
селена в твердой меди ничтожно мала (ок. 0,001% при 500°С), поэтому при самых
малых добавках селена образуется хрупкая эвтектика
Cu
+
Cu2Se
с температурой плавления 1063°С. Селен при концентрациях более
0.001%
резко ухудшает пластичность меди при горячей и холодной деформации и ухудшает
свариваемость.
Сера
образует с медью хрупкое соединение
Cu2S,
которое практически не растворяется в твердой меди. Наличие хрупкого
соединения, которое выделяется по границам зерен в составе эвтектики
Cu-Cu2S
практически при любой концентрации серы, снижает пластичность меди и затрудняет
горячую и холодную обработку давлением.
Сурьма
из-за значительно большей ее растворимости в меди оказывает значительно меньшее
влияние на ее свойства. Предельная растворимость сурьмы в меди составляет 9,5%
при температуре 645°С. С понижением температуры растворимость сурьмы в меди
резко уменьшается, что вызывает хрупкость при прокатке и волочении из-за
выделения на границах зерен избыточной фазы
Cu2Sb. Поэтому
содержание сурьмы ограничивают 0,05%. Однако даже такое количество сурьмы влияет
и на электропроводность меди, снижая ее на 9...11%.
Теллур,
как и селен, образует с медью соединение
Cu2Те,
которое в твердой меди практически не растворяется. В системе
Cu-Те при температуре
1051°С образуется эвтектика
Cu-
Cu2Te. Хрупкая эвтектика
появляется в структуре меди уже при самых малых концентрациях теллура. Теллур
является вредной примесью, шк как он снижает пластичность меди при горячей и
холодной обработке давлением. Теллур незначительно снижает электропроводность
меди и улучшает ее обрабатываемость резанием.
Фосфор
— один из основных раскислителей меди. Предельная растворимость фосфора в
твердой меди при эвтектической температуре 714°С составпяет 1,7%; с понижением
температуры она уменьшается до величины ок. 0,5% при 280°С. Резкое снижение
электро- и теплопроводности меди при содержании малых добавок фосфора указывает
на существование твердого раствора на основе меди при комнатной температуре.
Фосфор
повышает жидкотекучесть меди, улучшает механические свойства, способствует
улучшению свариваемости. Однако остаточное содержание фосфора в меди после ее
раскисления в количестве не более 0,05% резко снижает ее электро- и
теплопроводность. Например, содержание фосфора в пределах 0,013...0,05% снижает
электропроводность на 20...30%. Поэтому в бескислородной меди (М00б, М0б, М1б)
содержание фосфора ограничивается тысячными долями процента, что делает
невозможным использование его в качестве раскислителя.
Цинк,
содержащийся как примесь в стандартных марках меди, оказывает незначительное
влияние на электро- и теплопроводность, а также на механические свойства меди.
Однако в изделиях из высокоэлектропроводной меди, работающих в условиях
высокого вакуума, цинк вследствие высокой упругости пара является вредной
примесью.