1. Συντελεστής Θερμικής Διαστολής Καθαρού Χαλκού
Ο καθαρός χαλκός (χωρίς οξυγόνο-χαλκός ή καθαρός χαλκός του εμπορίου όπως T2, C11000) έχει σχετικά υψηλό συντελεστή γραμμικής θερμικής διαστολής, ο οποίος είναι μία από τις σημαντικές φυσικές του ιδιότητες σε εφαρμογές μηχανικής.
Από 20 μοίρες έως 100 μοίρες: περίπου 16,5 × 10-6 / βαθμό
Από 20 μοίρες έως 200 μοίρες: περίπου 17,3 × 10-6 / βαθμό
Από 20 μοίρες έως 300 μοίρες: περίπου 17,7 × 10-6 / βαθμό
Αυτό σημαίνει ότι όταν αυξάνεται η θερμοκρασία, ο καθαρός χαλκός διαστέλλεται αισθητά, κάτι που πρέπει να λαμβάνεται υπόψη στη θερμική σχεδίαση, τις προσαρμογές συναρμολόγησης και τα δομικά στοιχεία υψηλής{{0} θερμοκρασίας.
2. Είναι ο καθαρός χαλκός κατάλληλος για μακροπρόθεσμη-υψηλή{2}}υπηρεσία θερμοκρασίας;
2.1 Συμπέρασμα
Ο καθαρός χαλκός ΔΕΝ είναι κατάλληλος για μακροχρόνια-χρήση σε υψηλές θερμοκρασίες, ειδικά πάνω από 250 βαθμούς .
Μπορεί να διατηρήσει σταθερή απόδοση για μακροχρόνια-χρήση μόνο σε θερμοκρασία κάτω των 150 μοιρών σε μη διαβρωτικές ατμόσφαιρες. Πάνω από αυτή τη θερμοκρασία, η οξείδωση, η αποσκλήρυνση, η απώλεια αντοχής και η δομική υποβάθμιση γίνονται σοβαρές και περιορίζουν τη διάρκεια ζωής του.
2.2 Υποβάθμιση της απόδοσης του καθαρού χαλκού σε υψηλές θερμοκρασίες
(1) Επιταχυνόμενη οξείδωση
Κάτω από τους 300 βαθμούς, ο χαλκός σχηματίζει ένα λεπτό φιλμ οξειδίου (Cu2O και CuO) που παρέχει περιορισμένη προστασία.
Πάνω από τους 300 βαθμούς, η οξείδωση επιταχύνεται σημαντικά. Το στρώμα οξειδίου γίνεται παχύ, χαλαρό και μη προστατευτικό, διεισδύοντας συνεχώς προς τα μέσα. Πάνω από τους 500 βαθμούς, η οξείδωση είναι εξαιρετικά γρήγορη, οδηγώντας σε κατανάλωση υλικού, ευθραυστότητα της επιφάνειας και ρωγμές.
Σε περιβάλλοντα που περιέχουν θείο, χλώριο ή άλλα διαβρωτικά στοιχεία, η διάβρωση σε υψηλές θερμοκρασίες-επιταχύνεται περαιτέρω, προκαλώντας πρόωρη αστοχία.
(2) Σημαντική απώλεια μηχανικής αντοχής
Ο καθαρός χαλκός έχει χαμηλή αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία και είναι επιρρεπής σε μαλάκωμα και ερπυσμό.
Στις 100–200 μοίρες, η αντοχή μειώνεται κατά περίπου 10%–20%. Στις 300–400 μοίρες, η αντοχή πέφτει κατά 30%–50% και η πλαστική παραμόρφωση υπό φορτίο γίνεται αναπόφευκτη.
Πάνω από 500 μοίρες, η υπολειπόμενη αντοχή είναι μικρότερη από το ένα τρίτο της αντοχής σε θερμοκρασία δωματίου, καθιστώντας την ακατάλληλη για οποιαδήποτε φέρουσα κατασκευή.
(3) Επιδείνωση της ηλεκτρικής και θερμικής αγωγιμότητας
Αν και ο χαλκός παραμένει εξαιρετικά αγώγιμος σε υψηλές θερμοκρασίες, η ηλεκτρική του ειδική αντίσταση αυξάνεται με τη θερμοκρασία (περίπου +0.4% ανά βαθμό ).
Στις 500 μοίρες, η ειδική αντίσταση σχεδόν διπλασιάζεται, μειώνοντας την απόδοση αγωγιμότητας και αυξάνοντας την παραγωγή θερμότητας.
Η θερμική αγωγιμότητα μειώνεται επίσης σταδιακά σε υψηλές θερμοκρασίες, αποδυναμώνοντας το πλεονέκτημα απαγωγής θερμότητας.
2.3 Συνιστώμενα εύρη μακροπρόθεσμων θερμοκρασιών λειτουργίας
Μικρότερο ή ίσο με 120 μοίρες : Τυπική θερμοκρασία μακράς χρήσης για ηλεκτρικά εξαρτήματα, καλώδια και εναλλάκτες θερμότητας. σταθερό και αξιόπιστο.
120–250 μοίρες: Αποδεκτό για μεσοπρόθεσμη εξυπηρέτηση αλλά με επιταχυνόμενη γήρανση. απαιτεί τακτική επιθεώρηση.
>250 μοίρες: Δεν συνιστάται για συνεχή μακροχρόνια χρήση.
>500 μοίρες: Μόνο για εξαιρετικά βραχυπρόθεσμη έκθεση. Η μακροχρόνια χρήση θα οδηγήσει σε ταχεία αποτυχία.
2.4 Μέτρα βελτίωσης για εφαρμογές σε υψηλές θερμοκρασίες
Εάν ο καθαρός χαλκός πρέπει να χρησιμοποιηθεί σε υψηλές θερμοκρασίες, τα ακόλουθα μέτρα μπορούν να παρατείνουν τη διάρκεια ζωής:
Επιφανειακή επίστρωση: Επινικελίωση, επικασσιτέρωση ή επάργυρη για απομόνωση οξυγόνου.
Ελεγχόμενη ατμόσφαιρα: Χρήση σε αδρανείς ή αναγωγικές ατμόσφαιρες (άζωτο, υδρογόνο) για την καταστολή της οξείδωσης.
Αντικατάσταση κράματος: Τα κράματα ορείχαλκου, μπρούντζου ή χαλκού-νικελίου παρέχουν πολύ καλύτερη σταθερότητα σε υψηλές θερμοκρασίες.
Δομικός σχεδιασμός: Επιτρέψτε χώρο θερμικής διαστολής και μειώστε τη θερμική καταπόνηση.
2.5 Περίληψη
Ο καθαρός χαλκός είναι εξαιρετικός για θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα σε χαμηλές έως μέτριες θερμοκρασίες (λιγότερο ή ίσο με 150 βαθμούς).
Ωστόσο, λόγω της ταχείας οξείδωσης, της έντονης μαλάκυνσης και της μείωσης των μηχανικών ιδιοτήτων, δεν είναι κατάλληλο για μακροχρόνια συντήρηση σε υψηλές θερμοκρασίες πάνω από 250 βαθμούς.
