电线电缆用铜的性能特点及应用

本节内容参考标准为GB/T 3952—2016。

1.铜的主要技术性能和工艺参数

铜的一般性能和工艺参数见表9-2-5。电线电缆用铜线坯（俗称铜杆）的主要性能见表9-2-6。铜加工成线材后的主要力学性能见表9-2-7。

2.各种因素对铜的性能的影响

（1）杂质的影响 杂质对铜的性能的影响，决定于杂质的种类及其在铜中存在的形态，如图9-2-1和表9-2-8所示。

由图9-2-1可见，铋、铁、砷、磷、锑、锡和镍是对铜导电性影响最大的杂质元素。例如，当砷含量（质量分数）达0.35%时，铜的电导率可降低50%；铁或磷的含量即使甚微，但可严重影响铜导电性。

此外，氧和氢也是很有害的杂质。

氧极少溶于固态铜中。氧在固态铜中以铜-氧化亚铜共晶体的形态析出，沿晶粒边界分布，含氧量高时，会使铜的塑性和耐腐蚀性显著降低，并严重影响焊接性能，增加镀锡困难。但适当的含氧量（0.03%～0.05%）可降低其他杂质（包括氢）的含量，提高铜的抗拉强度。

图9-2-1 杂质对铜的导电性的影响

表9-2-5 铜的一般性能和工艺参数

表9-2-6 电线电缆用铜线坯的主要性能

表9-2-7 铜线材的主要力学性能

表9-2-8 不同杂质对铜性能的主要影响

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传统的上引法生产工艺，将1150℃的铜液通过木炭覆盖的流槽，连续流过“去氧器”，因而脱氧。“去氧器”是一个由耐火材料填衬、装满高质木炭的特殊闭合容器。铜液注入器内的木炭表面，除去所含残余氧分，去氧的铜液在空气中从保温炉流到模子，最多可吸入0.01%氧气，竖浇浇铸线锭，割去浇口。反射炉中熔化、氧化扒渣、插木还原和铸锭的过程中，插木还原及干木炭覆盖液面，均对去除残余氧分有良好的作用。

随着铜杆生产工艺的不断改革，现在，铜的熔炼主要有两种连铸连轧方法：一是仍生产含氧量为0.025%～0.05%的韧点铜，用竖炉连续熔炼，严格控制炉气气氛以调整铜液含氧量；用铜铸轮或钢履带等垂直或倾斜式连续铸锭，以防止铜锭中产生富氧层及气泡层；用轧件无扭转的三角孔型或圆-椭圆孔型将1300～6000mm（或更大）的连铸铜锭连轧成为8mm铜杆；最后，用酒精连续还原表面氧化层或其他连续酸洗方法制成光亮铜杆。二是用较高品位（含铜量＞99.97%）的电解铜，在保护气氛下连续熔化、铸锭（杆）、轧杆而制成ϕ8mm的无氧铜杆，含氧量0.002%以下。

氢对纯铜的性质影响不大，但对含氧铜的影响很大。含氧铜在氢或含氢的还原气体中退火后，会发脆并碎裂，这种现象称为“氢气病”。

所以，在熔铸铜线锭时，必须严格控制有害杂质，以确保电线电缆产品质量。对无磁性用纯铜，为降低铁的含量，应进一步提纯。

（2）冷加工变形的影响 铜在冷加工变形后，抗拉强度提高到350～450N/mm²：冷变形程度过大，铜的导电率下降约2%IACS；同时，伸长率剧降，弯曲性能变坏。冷加工变形程度对铜的导电率、抗拉强度和伸长率的影响如图9-2-2所示。

图9-2-2 冷加工变形程度对铜的导电率、抗拉强度和伸长率的影响

（3）温度的影响 铜在加热时，随着温度的升高，电阻逐渐增大。在熔点以下，铜的电阻呈线性增加；从固态过渡到液态时，电阻系数出现突增。图9-2-3为温度对铜的力学性能的影响。由图可见，铜的抗拉强度随温度升高而降低，当温度高于200℃时，强度急剧下降。铜的塑性在500～600℃时陡然降低，出现“低塑性区”，铜在热加工时，必须避开这个温度范围。

经冷变形的铜材在退火后，抗拉强度剧烈降低，伸长率显著提高，导电率得到恢复。不同退火温度对硬铜线的导电率的影响如图9-2-4所示。

图9-2-3 温度对铜的力学性能的影响

图9-2-4 不同退火温度对硬铜线的导电率的影响

（4）环境因素的影响 在常温干燥空气中，铜几乎不氧化。当温度达100℃时，铜表面生成黑色的氧化铜膜；在300℃以下，氧化缓慢，氧化膜几乎全由氧化铜组成。温度再高，氧化速度增加，铜表面生成红色的氧化亚铜膜；只有在很高温度600～700℃下，铜才会急剧氧化。

铜的耐大气腐蚀性能很好。在大气中，其表面生成一层深绿色的CuSO₄·3（OH）2保护膜，能防止铜进一步腐蚀。但大气中含有二氧化硫、硝酸、氨、硫化氢和氯等气体时，会引起铜极强烈的腐蚀，其中氯气最为明显。腐蚀使铜的强度降低，电阻显著增大。

铜的标准电极电位高于氢，约为0.337V，故在淡水、海水、有机酸和非氧化性盐类溶液等介质中是比较稳定的。但在各种含氧或氧化性的酸、盐溶液中，容易引起氧去极化腐蚀。