Oksijen İçeriğinin Saf Bakırın Özelliklerine Etkisi

Oksijen, saf bakırdaki en yaygın ve etkili yabancı madde elementlerinden biridir. Çok düşük oksijen konsantrasyonları bile bakırın fiziksel, mekanik, elektriksel, termal ve işlenme özelliklerini önemli ölçüde değiştirebilir. Endüstriyel üretimde oksijen içeriği genellikle uygulama senaryolarına göre sıkı bir şekilde kontrol edilir ve etkisi esas olarak aşağıdaki hususlara yansır.

Oksijen ve bakırın oluşturduğu bakır oksit, bakır matrisinden çok daha yüksek dirence sahip yarı iletken bir bileşiktir. Oksijen bakırın içinde katı çözelti halinde çözündüğünde veya tane sınırlarında bakır oksit parçacıkları halinde çökeldiğinde, serbest elektronların hareketini engelleyecek, elektron saçılımını artıracak ve dolayısıyla elektriksel iletkenliği azaltacaktır. Genel olarak oksijen içeriğinin artmasıyla birlikte bakırın iletkenliği giderek azalır. Kablolarda, tellerde, motorlarda ve transformatörlerde kullanılan yüksek-iletkenlikli bakır için, oksijen içeriği kesinlikle sınırlandırılmalı, genellikle 10 ppm'nin altında kontrol edilmelidir; aksi takdirde, elektrikli ürünlerin iletim verimliliği ve enerji tüketimini doğrudan etkileyecektir.

İkincisi, oksijen içeriği saf bakırın termal iletkenliğini belirler. 

İletkenliğe benzer şekilde, oksijen ve bakır oksidin varlığı kristaldeki ısı akışının yayılmasına engel olacaktır. Yüksek oksijen içeriği bakırın ısıl iletkenliğini azaltarak ısı emiciler, ısı eşanjörleri ve elektronik ambalaj malzemeleri gibi ısı dağıtma bileşenleri için daha az uygun hale getirir. Buna karşılık, düşük-oksijenli veya oksijen-içermeyen bakır son derece yüksek termal iletkenliğe sahiptir ve yüksek-performanslı elektronik ve elektrikli ekipmanlar için gerekli olan ısıyı hızla dışarı aktarabilir.

Üçüncüsü, oksijenin saf bakırın mekanik özellikleri, özellikle de plastisite ve tokluk üzerinde kritik bir etkisi vardır. 

Oksijen içeriği düşük olduğunda bakır, damgalama, çekme, bükme ve diğer soğuk işlemler için uygun olan iyi süneklik ve dövülebilirliği korur. Bununla birlikte, oksijen belirli bir aralığı aştığında, tanecik sınırlarında çok sayıda bakır oksit kalıntıları ve kırılgan fazlar oluşur, bu da bakırın plastisitesini ve darbe dayanıklılığını önemli ölçüde azaltır. Bu tür bakır, işleme sırasında taneler arası kırılmaya eğilimlidir ve yüzey, çatlaklara ve portakal kabuğu kusurlarına eğilimlidir. Aynı zamanda, oksijenin artmasıyla bakırın mukavemeti ve sertliği bir miktar artacaktır, ancak bu, derin işlemeye elverişli olmayan plastisite pahasına olur.

Dördüncüsü, oksijen içeriği, saf bakırın kaynak performansını ve sıcak işlenebilirliğini doğrudan etkiler; bu da endüstriyel işlemede en çok endişe duyulan sorunlardan biridir. 

Yüksek oksijen içeren bakırın kaynak veya sert lehimleme sırasında hidrojen gevrekleşmesine neden olması çok kolaydır. Kaynak atmosferindeki veya akıdaki hidrojen, yüksek sıcaklıkta bakır oksitle reaksiyona girerek su buharı üretir. Malzemenin içinde çok sayıda su buharı kabarcığı birikerek mikro-çatlaklara ve gözeneklere neden olur, bu da bağlantı mukavemetini ve hava sızdırmazlığını ciddi şekilde azaltır. Bu nedenle, yüksek-oksijenli bakırın güvenilir bir şekilde kaynaklanması zordur ve aynı zamanda sıcak haddeleme, sıcak dövme ve diğer termal işlemler sırasında çatlamaya da eğilimlidir. Buna karşılık, oksijen-içermeyen bakır veya düşük-oksijenli bakır mükemmel kaynak performansına sahiptir ve vakum cihazlarında, dalga kılavuzlarında ve hassas kaynak parçalarında yaygın olarak kullanılır.

Bakır oksit kalıntılarının korozyon başlangıç ​​noktaları haline gelmesi kolaydır; nemli, asidik veya kirli ortamlarda oyuklanma korozyonu ve tanecikler arası korozyon gibi yerel korozyonu hızlandırır. Yüksek oksijen içeriğine sahip malzemelerin elektrokaplama, cilalama ve diğer yüzey işlemleri sırasında pürüzsüz ve parlak bir yüzey elde etmesi daha zordur ve kaplamalarda lekelere, çukurlara ve zayıf yapışmaya eğilimlidir.

Oksijen-içeriği 5 ppm'nin altında olan oksijensiz bakır en iyi iletkenliğe, termal iletkenliğe, plastisiteye ve kaynak performansına sahiptir ve üst düzey elektronik, havacılık ve iletişim alanlarında- kullanılır. Düşük-oksijenli bakır, makul maliyeti ve performansı nedeniyle günlük tellerde, kablolarda ve donanımlarda yaygın olarak kullanılır. Yüksek-oksijenli bakır yalnızca bazı döküm parçaları gibi işleme ve iletkenlik gereksinimlerinin düşük olduğu durumlarda kullanılır.

Oksijen, saf bakırda çift-kenarlı bir elementtir. Aşırı oksijen, elektrik iletkenliğine, termal iletkenliğe, plastisiteye, kaynak performansına ve korozyon direncine zarar verirken ultra-düşük oksijen, yüksek-performanslı bakır sağlamanın anahtarıdır. Üretim ve uygulamada oksijen içeriğinin doğru şekilde kontrol edilmesi, saf bakır malzemelerin maliyetini, performansını ve hizmet ömrünü dengelemenin önemli bir yoludur.