Áhrif súrefnisinnihalds á eiginleika hreins kopars

Súrefni er einn af algengustu og áhrifamestu óhreinindaþáttunum í hreinum kopar. Jafnvel mjög lítill styrkur súrefnis getur verulega breytt eðlisfræðilegum, vélrænum, rafmagns-, varma- og vinnslueiginleikum kopars. Í iðnaðarframleiðslu er súrefnisinnihaldi venjulega stranglega stjórnað í samræmi við notkunarsviðsmyndir og áhrif þess endurspeglast aðallega í eftirfarandi þáttum.

Koparoxíð myndað af súrefni og kopar er hálfleiðara efnasamband með mun hærri viðnám en kopar fylki. Þegar súrefni leysist upp í kopar í formi fastrar lausnar eða fellur út sem koparoxíðagnir á kornamörkum mun það hindra hreyfingu frjálsra rafeinda, auka rafeindadreifingu og draga þannig úr rafleiðni. Almennt séð, með aukningu á súrefnisinnihaldi, minnkar leiðni kopar smám saman. Fyrir kopar með mikilli-leiðni sem notaður er í snúrur, víra, mótora og spennubreyta verður súrefnisinnihald að vera stranglega takmarkað, venjulega stjórnað undir 10 ppm, annars hefur það bein áhrif á flutningsnýtni og orkunotkun rafvara.

Í öðru lagi ákvarðar súrefnisinnihald varmaleiðni hreins kopars. 

Svipað og leiðni mun tilvist súrefnis og koparoxíðs trufla útbreiðslu varmaflæðis í kristalinu. Hátt súrefnisinnihald dregur úr varmaleiðni kopars, sem gerir það síður hentugur fyrir hitaleiðnihluti eins og hitakökur, varmaskipti og rafræn umbúðir. Aftur á móti hefur lág-súrefnis- eða súrefnis-laus kopar afar mikla hitaleiðni og getur fljótt flutt út hita, sem er nauðsynlegur fyrir-afkastamikil rafeinda- og rafbúnað.

Í þriðja lagi hefur súrefni mikilvæg áhrif á vélræna eiginleika hreins kopar, sérstaklega mýkt og seigleika. 

Þegar súrefnisinnihald er lágt heldur kopar samt góðri sveigjanleika og sveigjanleika, hentugur fyrir stimplun, teikningu, beygju og aðra kalda vinnu. Hins vegar, þegar súrefni fer yfir ákveðið mark, myndast mikill fjöldi koparoxíðinnihalds og brothættra fasa við kornamörk, sem dregur verulega úr mýkt og höggseigni kopars. Slíkur kopar er viðkvæmt fyrir millikornabrotum við vinnslu og yfirborðið er viðkvæmt fyrir sprungum og appelsínuhúðgalla. Á sama tíma mun styrkur og hörku kopars aukast lítillega með aukningu súrefnis, en það er á kostnað mýktar, sem er ekki til þess fallið að vinna djúpt.

Í fjórða lagi hefur súrefnisinnihald bein áhrif á suðuafköst og heitt vinnsluhæfni hreins kopars, sem er einnig eitt af mest áhyggjufullu vandamálum í iðnaðarvinnslu. 

Kopar sem inniheldur mikið súrefni er mjög auðvelt að framleiða vetnisbrot við suðu eða lóðun. Vetni í suðulofti eða flæði hvarfast við koparoxíð við háan hita til að framleiða vatnsgufu. Mikill fjöldi vatnsgufubóla safnast fyrir inni í efninu, sem leiðir til ör-sprungna og svitahola, sem draga verulega úr styrkleika liðanna og loftþéttleika. Þess vegna er erfitt að sjóða kopar með miklum-súrefnisríkum hætti á áreiðanlegan hátt og hann er einnig viðkvæmur fyrir sprungum við heitvalsingu, heitsmíði og aðra varmavinnslu. Aftur á móti hefur súrefnis-laus kopar eða lágt-súrefnis kopar framúrskarandi suðuafköst og er mikið notaður í lofttæmibúnað, bylgjuleiðara og nákvæmnissuðuhluta.

Koparoxíðinnihald er auðvelt að verða upphafspunktur fyrir tæringu, sem flýtir fyrir staðbundinni tæringu eins og gryfjutæringu og millikorna tæringu í rakt, súrt eða mengað umhverfi. Efni með hátt súrefnisinnihald er einnig erfiðara að fá slétt og bjart yfirborð við rafhúðun, fægja og aðrar yfirborðsmeðferðir og eru hætt við blettum, gryfjum og lélegri viðloðun húðunar.

Súrefnis-laus kopar með súrefnisinnihald undir 5 ppm hefur bestu leiðni, hitaleiðni, mýkt og suðuafköst, og er notaður í hágæða rafeindatækni, geimferða- og samskiptasviðum. Lág-súrefniskopar er mikið notaður í daglegum vírum, snúrum og vélbúnaði vegna hóflegs kostnaðar og frammistöðu. Hár-súrefniskopar er aðeins notaður í tilefni þar sem litlar kröfur eru gerðar til vinnslu og leiðni, eins og sumir steypuhlutar.

Súrefni er tvíeggjað- frumefni í hreinum kopar. Of mikið súrefni mun skaða rafleiðni, hitaleiðni, mýkt, suðuafköst og tæringarþol, en ofur-lítið súrefni er lykillinn að því að tryggja há-afköst kopar. Við framleiðslu og notkun er nákvæm stjórnun súrefnisinnihalds mikilvæg leið til að halda jafnvægi á kostnaði, afköstum og endingartíma hreins koparefna.