مس کار شده
مس کار شده (Wrought Copper) غیرآلیاژی یکی از فلزات مهم مهندسی است. این فلز به مقدار زیادی در صنایع الکتریکی به کار می‌رود زیرا هدایت الکتریکی آن زیاد است. در جدول زیر هدایت الکتریکی و گرمایی برخی فلزات ارائه شده است. همان‌طور که قبلاً گفته شد، خواص دیگری که جاذبه مس غیرآلیاژی را به عنوان یک ماده مهندسی زیاد می‌کند عبارت‌اند از مقاومت زیاد آن به خوردگی، سادگی ساخت، استحکام کششی معقول، خواص تابکاری قابل کنترل و مشخصات خوب لحیم‌کاری و اتصال.
مس کارشده برحسب مقدار اکسیژن و ناخالصی‌های آن طبقه‌بندی می‌شود. انواع مس کار شده عبارتند از:
1- الکترولیتی تصفیه‌شده
2- بدون اکسیژن
3- اکسیژن‌زدایی شده با فسفر
|
فلز |
هدایت نسبی الکتریکی |
هدایت نسبی گرمایی |
|
(مس = 100) |
(مس = 100) |
|
|
106 |
108 |
|
|
مس |
100 |
100 |
|
72 |
76 |
|
|
62 |
56 |
|
|
39 |
41 |
|
|
29 |
29 |
|
|
25 |
15 |
|
|
23 |
24 |
|
|
18 |
17 |
|
|
17 |
17 |
|
|
فولاد |
13-17 |
13-17 |
|
16 |
18 |
|
|
15 |
17 |
|
|
8 |
9 |
|
|
4/5 |
5 |
مس الکترولیتی تصفیه شده (نوع 110 ETP ،CDA)
|
این مس دارای حداقل 99.9Cu% و 0.04O% اسمی است. حدّ معمولی مقدار اکسیژن در مس ETP بین 0.02 تا 0.05% است. این مس ارزان‌ترین مس صنعتی است و به طور وسیعی برای تولید سیم، میله، صفحه و تسمه به‌کار می‌رود. اکسیژن بعضی از ناخالصی‌ها را به اکسید آن‌ها تبدیل می‌کند. اکسیژن، توزیع یکسانی از حفره های گازی را در حین ریخته‌گری به وجود می‌آورد که از تشکیل مک های لوله‌ای جلوگیری می‌کند. به هنگام کارگرم این حفره‌های گازی به هم جوش می‌خورند. این شبیه به واکنشی است که در فولاد ناآرام رخ می‌دهد. شکل روبرو دیاگرام فازی Cu-O را نشان می دهد. طبق نمودار فازی Cu-O، اکسیژن تقریباً در مس نامحلول است و به هنگام انجماد، یوتکتیک بین شاخه‌واری Cu2O تشکیل می‌دهد. قسمت الف در شکل زیر، یوتکتیک بین شاخه‌واری Cu2O را در مس الکترولیتی تصفیه شده ریخته شده نشان می دهد. Cu2Oکارگرم شبکه بین شاخه‌واری را در هم شکسته و به صورت ذراتی که در جهت کارگرم کشیده شده‌اند درمی‌آورد (شکل زیر قسمت ب). اگر مقدار اکسیژن در حدود 0.04% هدایت الکتریکی مس ETP را افزایش می‌دهد، زیرا برخی از ناخالصی‌ها را که موجب کاهش هدایت می‌شوند از بین می‌برد. |
|
در دما های بالای 400 درجه سانتیگراد، مس تصفیه‌شده جامد را گازهای احیاکننده و به خصوص گازهای هیدروژن دار، اکسیدزدایی می‌کند. از آنجا که اتم‌های هیدروژن خیلی کوچک‌اند قادرند به مس جامد نفوذ کنند و با Cu2O پخش شده، واکنش انجام دهند و مطابق واکنش زیر بخار تولید کنند.
از آنجا که بخار به وجود آمده، در مس نامحلول است، فشار زیادی به‌وجود می‌آید به حدّی که مرزدانه‌های مس شکسته می‌شوند. بنابراین، مس الکترولیتی تصفیه‌شده را در فرآیندی که دمای آن بیش از 400 درجه سانتیگراد است نمی‌توان به کار برد.
مس بدون اکسیژن
مس بدون اکسیژن را می‌توان با ذوب و ریخته‌گری مس کاتدی که به طریق الکترولیتی تصفیه شده است در اتمسفر احیاکننده منواکسیدکربن و نیتروژن به دست آورد، در این عمل از ورود اکسیژن به داخل مس جلوگیری می‌شود. ساختار ریختگی مس بدون اکسیژن (99.95 Cu%) (شکل زیر قسمت الف) فاقد یوتکتیک بین شاخه‌واری Cu2O یا تخلخل گازی است که در مس ETP وجود دارد. بعد از کارگرم، مس بدون اکسیژن دارای ساختار تمیزی است (شکل زیر قسمت ب) بدون رشته های Cu2O، که در مس ETP یافت می‌شود. همچنین مس بدون اکسیژن در دمای بالا در معرض شکنندگی هیدروژن نمی‌باشد زیرا Cu2O ندارد (شکل زیر قسمت ج).
هدایت الکتریکی مس بدون اکسیژن (99.95%) تقریباً برابر با هدایت مس ETP است که 101% IACS می‌باشد. هدایت افزایش یافت] ناشی از حذف Cu2O در مس بدون اکسیژن با افزایش حلالیت بعضی ناخالصی ها، مثل آهن، از بین می‌رود. اگر کاتدهای منتخب از مس با خلوص زیاد ذوب شوند، مس بدون اکسیژن 99.99% تولید می‌شود (CDA 101) و این مس در اغلب کاربردهای الکترونیکی ارجحیت دارد. از آنجا که در تولید مس بدون اکسیژن فرآیند های مخصوصی انجام می‌شود، گرانتر از مس ETP می‌باشند.
مس اکسیژن زدایی شده با فسفر
با افزایش فسفر به مقدار کافی، تمام اکسیژن موجود در مس به پنتا اکسید فسفر تبدیل می‌شود (P2O5). از آنجا که مس فسفره شده با هدایت الکتریکی زیاد دارای مقدار خیلی کمی فسفر می‌باشد (معمولاً کمتر از 0.009%)، هدایت زیاد مس حفظ می‌شود. برای اکسیژن زدایی مس فسفر بالا مقادیر زیادی فسفر به‌کار می‌رود (CDA 122)، بنابراین این آلیاژ ها ممکن است مقدار زیادی فسفر، در حدود 0.04%، داشته باشند که به کاهش هدایت الکتریکی تا 85% IACS منجر می‌شود. فسفر اضافی در مس از جذب اکسیژن به هنگام کارگرم و تابکاری جلوگیری کرده و این آلیاژ را قابل جوشکاری می‌سازد. یکی از معایب مس اکسیژن زدایی شده تشکیل مک های لوله‌ای به هنگام انجماد است. چون منطقه لوله‌ای باید بریده شود بازده فلز قابل استفاده کمتر می‌شود.
منابع و پیوندها
گرد آوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن
ویلیام اسمیت ، ترجمه علی اکبر اکرامی و سید مرتضی سید ریحانی ، ساختار ، خواص و کاربرد آلیاژهای مهندسی ، انتشارات علمی دانشگاه صنعتی شریف ، 1382
برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است
