影响铜性能的因素及优化建议

1.导电性

铜的导电性可以用电导率或电阻率来表示，也可以用相对电导率（%IACS）来表示（ρ=0.017241Ω·mm²/m或58m/Ω·mm²时相对电导率IACS%为100%），极纯的电解铜的电导率很高，无氧铜的电导率可达102%。

许多因素影响铜的导电性：

1）杂质

杂质对铜的电导率的影响是很大的，一切杂质元素或有意加入的合金元素都影响铜的电导率，使铜的电导率下降。杂质对铜的电导率的影响如图3-1所示。

从图3-1中可见，对铜的电导率影响最大的杂质元素有磷、砷、铝、铁和氧等。因此，在铜中应尽量减少这些杂质。微量的银、镉、锆对电导率影响不大，可作为铜的合金元素加入，提高铜的机械强度和耐蚀性。

图3-1 杂质对铜电导率的影响

如果在铜中加入两种以上杂质，只要它们的浓度不超过其溶解度，则电阻率与其浓度成线性关系，并且几种杂质的影响是线性叠加的。

值得关注的是氧的影响。当含有少量的氧时，铜的电导率略有提高（无氧铜可达102%），但随氧含量的增加，铜的电导率迅速下降。

2）冷加工和热处理

铜导线一般经拉伸后使用（硬铜线），也可以经退火后使用（软铜线），铜经过冷拉伸（冷加工）后，拉伸强度和硬度增加，但电导率和伸长率下降，当变形量不大时，对电导率影响不大，一般不超过2%；但当变形量增大时，电导率下降可达6.2%。

为了消除铜的冷作硬化，可以将铜退火（600～700℃以上），恢复铜的导电性，提高电导率和伸长率，但同时降低了拉伸强度和硬度（见图3-2、图3-3）。

图3-2 冷加工变形程度对铜的性能影响

图3-3 退火温度对硬铜线电导率的影响

3）温度(www.xing528.com)

铜在熔点以下时，其电阻率随温度升高呈线性增加，从固态过渡到液态，出现电阻率突然升高。

2.力学性能

铜的力学性能属于中等水平，经过拉伸，铜的强度可提高到450MN/m²，但经过退火后，又可恢复到拉伸前的水平。铜的力学性能与温度的关系如图3-4所示。在500～600℃附近伸长率和断面收缩率骤然下降，出现“低塑性区”，这一现象与铜中的杂质有关，尤以铅和铋影响最大。

在铜中含有杂质元素时，可使铜的力学性能提高，如铍、银、钙、镍和锌等，但也有一些杂质如氧，可以使力学性能显著下降。

图3-4 温度对铜的力学性能影响

3.铜的塑性变形能力

铜是面心立方结构，具有很好的塑性变形能力。

杂质元素对铜的塑性变形能力的影响，主要决定于铜与杂质组成的结构。当杂质元素溶于铜时，影响一般不大；如果杂质与铜形成低熔点共晶时，则产生热脆性，也就是金属在共晶熔点以上温度变形容易开裂；如铋和铅对铜的热变形能力有严重影响，因为这两种元素与铜形成低熔点共晶（Cu-Pb共晶熔点：326℃；Cu-Bi共晶熔点：270℃）。这些低熔点的共晶体冷却时最后结晶，在晶界面上形成极薄的膜，热加工（约800℃）时，这些膜会熔化，使金属晶粒之间结合力下降而发生晶间破裂，因此对铜中杂质铋与铅必须严格控制。

相反，如果杂质与铜形成熔点较高的脆性化合物分布于晶界时，则产生冷脆性，金属在冷作变形时容易破裂。铜中杂质氧、硫能与铜形成共晶体Cu-Cu₂O，Cu-CuS，它们的共晶熔点高达1060℃，不会引起热脆性，但这些化合物硬而脆，致使金属“冷脆”，使冷加工困难，因此也应严格控制。

根据铜的含氧量和生产方法，纯铜可分为工业纯铜（含氧0.02%～0.1%）、脱氧铜（含氧量＜0.01%）和无氧铜（含氧量＜0.003%），电线电缆最好采用无氧铜。

一些杂质对铜性能影响见表3-4。

表3-4 杂质对铜性能影响

（续）