تحقیق در مورد اثر ناخالصی ها بر روی مس

نوارهاي مسي در عملياتهاي شكل دهي مورد استفاده قرار مي گيرند . تمپر ( درجه نوردكاري سرد ) تاثير كمي بر روي حد فنجاني شدن ( حد عميق كششي ) دارد ولي اثرات جدي بروي شكل دادن كشيدني دارد ( به فرو رفتگي هاي ايجاد شده در آزمايش اريكسن ، گلويي شدن در شكل دادن كشيدني مراجعه كنيد ) و ديگر موارد .

در جدولهاي (6-1) تركيب بعضي از آلياژهاي تجاري مس داده شده است .

Effect of other elements in copper ::7-4

عناصر مورد بحث ، ناخالصيها ، اكسيژن زداهاي باقيمانده يا عناصري كه عملاً بدليل خاصي براي بالا بردن بعضي خواص به مس اضافه شده اند در مس می ياشند.

ارسنيك ، آنتيموان ، سيموت ، آهن ، سرب ، كاديم ، كبالت ، نيكل ، نقره ، سولفور ، سلنيم ، تلور عنوان ناخالصي طبقه بندي مي شوند . با وجود اكسيژن بطور عمدي كنترل مي شود اما اين عنصر ممكن است بعنوان ناخالصي طبقه بندي شود اما شايد صحيح تر اين باشد كه به عنوان آلياژ ساز طبقه بندي شود .

بعضي از عناصر كه در موارد خاصي به عنوان ناخالصي حضور مي يابند در موقعيتهاي ديگر به عنوان عناصر الياژسازي ظاهر مي شوند مانند نقره ، سرب ، تلور .

عناصر فسفر ، ليتيم ، بور ، كلسيم مي توانند بعنوان اكسيژن زدا مورد استفاده قرار گيرند اما هيچكدام در حد تجاري و قابل توجهي مورد استفاده واقع نمي شود .

ارسنيك ، برليم ، كاديم ،كبالت ، كرم ، سرب ، نيكل ، فسفر ، سيليسم ، نقره ، تلور ، قلع ، روي ، و زيركونيم به طورعمدي به مس اضافه مي شوند .

حضور اين عناصر در جدول 7 نشان داده شده است .

ARSENIC::1-7-4

ارسنيك بطور طبيعي در بعضي سنگهاي معدني مس ظاهر مي شود و ممكن است اجازه داده شود كه بعد از عمل تصفيه در مس باقي بماند يا بطور عمدي در غلظتي به ميزان 3/0 % به مس اضافه شود .

بعضي وقتها اين عنصر به اندازه 5/0% به مس اضافه شده است كه تحت عنوان مس ارسنيكي به فروش مي رسد و در لوله هاي مبدلهای حرارتي و لوله هاي کندانسرها مورد استفاده واقع مي شود ( تكنولوژي مبدلهاي حرارتي را ببينيد ).

ارسنيك استحكام خمشي را تحت شرايط کارسرد کمی افزايش مس دهد و دماي تبلور را بالا مي برد . نقره كه به مس ارسنيكي افزوده مي شود به بالا رفتن دما تبلور مجدد كمك مي كند .

آرسنيك اثر زيان آور قابل بر روي هدايت الكتريكي مس حتي در حضور اكسيژن دارد (به شكل 6 نگاه كنيد)

حضور اكسيژن مشخصه هاي ريخته گري مس ارسنيكي را بهبود مي بخشد . از طرفي ارسنيك موجب بهبود خصوصيات كاري مس اكسيژن دار مي شود .

اثرمفيد ارسنيك بروي خواص كارسرد مس اكسيژندار بدليل تاثير ارسنيك بروي ساختمان آلياژ تلقي مي شود .

اكسيدمس بطور طبيعي به شكل يك يوتكتيك كه كريستالها يادانه هاي نرم را احاطه مي كند . هنگاميكه غلظت ارسنيك از مقدار ( 1/0 )% افزايش مي يابد يوتكتيك بوسيله ذرات كروي نسبتا بزرگي و منفردي جانشين مي شود و دانه هاي جداگانه واقع مي شوند . اجزاء تشكيل شده جديد احتمالا محصول واكنش انجام شده بين ارسنيك و اكسيد مس هستند كه ممكن است اين مواد ارسنات مس ياشند . اين تركيب فعال نوري است و شكلهاي تداخلي خاصي هنگاميكه تحت نورپلاريزه به آن نگاه مي كنيم تشكيل مي دهد. مشابه آن براي سيستمهاي مس- اكسيژن-آنتيموان خاصيت فعاليت نوري گزارش شده است .

 ANTIMONY:2-7-4

معمولا آنتیموان فقط در غلظتهاي خيلي كم در مس يافت مي شود . آنتیموان با مس بدون اكسيژن تشكيل محلول جامد مي دهد بنابراين بر هدايت الكتريكي مؤثر است اما با وجود اين كمتر از ارسنيك مورد توجه واقع مي شود . آنتیموان همچنين در حضور CUO تشكيل كره هايي مي دهد كه تركيب حاصل شده فعاليت نوري نيز دارد .

مسي كه شامل تا حدود (5/0)% آنتیموان در حضور (03/0 – 02/0 )% اكسيژن است بطور موفقيت آميزي نورد گرم مي شود .

مسي كه شامل (5/0 – 05/0)% از هر يك ا ز عناصر آنتیموان و ارسنيك در حضور (02/0 )% اكسيژن است مي تواند كار گرم شود .

آنتیموان استحكام كنشي و ويژگيهاي خستگي مس را در مقايسه با مس ارسنيكي افزايش مي دهد و موجب افزايش حد دوام ( حد خستگي) مي شود .

آنتیموان حتي در مس اكسيژن دار دماي تبلور مجدد را افزايش مي دهد .

   BISMUTH ::3-7-4

بيسموت غالبا در مس نامحلول است . (02/0) % بيسموت در دماي C ⁰ 980 در مس حل مي شود .

بيسموت به شكل يك لايه بين دانه اي در مس بدون اكسيژن ظاهر مي شود و چون دماي ذوب پاييني دارد (C ⁰  271 ) تمايل به سرخ شکنندگی است با توجه به اينكه قسمت عظيمي از نوارهاي ورق (تسمه ها ) مسي توسط نورد گرم توليد مي شوند ، حتي مقدار خيلي كمي بيسموت در مس قابل تعمل نمي باشد حضور فسفر باعث مي شود كه سرخ شکنندگی ايجاد شود اثر وجود آنتیموان مجددا تكرار شود .

Rees , Conda (26) با انجام عمل آنیلی در دماي c ⁰ 900 دريافتند كه تنها اثر بيسموت روي دماي سيم سختي مس ، ( c ⁰ 5/2)  به ازاي هر ppm بيسموت در دامنه pmm (3-6/1) است بيسموت مانند آرسنيك و  با اكسيد مس واكنش مي دهد كه نتيجه اش يك تجمع تدريجي از ساختار يوتكتيكي مس – اكسيد مس است به همراه افزايش يافتن غلظت بيسموت تا اينكه ذرات كروي از ماده متشكله جديد بوجود آيند .

با وجود غلظت نسبتاً بالا اكسيژن در مس بيسموت دار ، لايه بيسموت  در زير ميكروسكوپ ريز نشده است . حضور اكسيژن در مس بيسموت دار بهبود خواص مكانيكي نورد كاري گرم را توجيه مي كند .

بيسموت همچنين با تمايل به ساختن مدار شكننده خواص نورد كاري سرد را تحت تاثير قرار مي دهد . حضور سرب علاوه بر بيسموت در آلياژ سازي اثرات زيان آور بيسموت را كاهش مي دهد به اين وسيله تمايل بيسموت را به ساختن لايه هاي مرزدانه اي معدوم مي سازد .

آرسنيك و آنتیموان در حضور اكسيژن سعي مي كند سرخ كنندگي مس بيسموت دار را كاهش دهند كه نتيجه آن توزيع مجدد بيسموت در ساختار ميكروسكوپي مس است .

اكسيدهاي كمپلكس بيسموت و آنتميوان كه ممكن است تشكيل شوند از جدايش بيسموت در مرزدانه ها جلوگيري مي كنند .

        SULFUR , SELENIUM , TELURIUM::4-7-4

اين سه عنصر سرخ شكنندگي و سرد شكنندگي ايجاد نمي كنند و اثر كمي روی استحكام كششي دارند اگر چه ممكن است كاهشي در انعطاف پذيري بوجود آورند .

اگر چه اين عناصر معمولا فقط در غلظتهاي خيلي كمي در مس تصفيه شده ظاهر مي شوند

اين عنصر ها هنگاميكه به مقدار 1% به مس اضافه مي شوند موجب افزايش راحتي ماشينكار آن مي شوند .

هر سه اين عناصر با مس تركيباتي تشكيل مي دهند و بطريقه كمي نمودار هاي فازي مشابهي را بوجود مي آورند . قابليت حلاليت جامد هر يك از اين عناصر پايين است .

سولفور اثر قابل توجهي در غلظتهاي پايين تا حدود PPM 10بر روي دماي تبلور مجدد دارد . اين اثر در غلظتهاي بالاتر سولفور كاهش مي يابد زيرا قابليت حلاليت جامد ( محلول جامد) محدود مي شود . بخشي از اين تاثيرات بدليل تشكيل CU2S نامحلول است .

دماي تبلور مجدد مس به ازاي هر ppm سولفور c ⁰  7/0 در دامنه ppm (25-6 ) افزايش خواهد يافت . (28)

سلنيم اثر نافذي بر روي نرم سازي مس دارد .‌(29) هر ppm سلنيم كاهشي معادل mm (60-40) در تغيير طول نسبي ار تجاعي ( فنر) ، در مقايسه با اثر سولفور كه (mm20) است ، ايجاد مي كند .

تنها اثر سلنيم از لحاظ دماي نرم سازي c ⁰ 12 به ازاي هر ppm سلنيم  در دامنه ppm (5-0) براي تابكاري در دماي c ⁰ 850 است .

تلور اثر نسبتا بالاتري به مقدار  c ⁰  6 به ازاي هر ppm دارد . اكسيژن به نظر نمي رسد كه رفتارتلور را تغيير دهد .

آلياژهاي مسي شامل سولفور و تلور بعنوان مسهاي با قابليت ماشينكاري فروخته مي شوند

مس خالص نرم و جقرمه است و ماشينكاري آنها مشكل مي باشد . هنگاميكه مس بريده مي شود ( برشكاري) رشته هاي طويل حلقوي تشكيل مي شوند كه سرعت برش را كاهش مي دهند ، ابزار برش گير نموده و حرارت ايجاد شده افزايش مي يابد ، كه سرعت ماشينكاري پاييني به مس نسبت داده مي شود .

در مقايسه با قابليت ماشينكاري برنج (zn 36% +pb 3% +cu 61% ) به عنوان استاندارد ( سرعت 100) ، مس 20% سرعت دارد .

مس سولفوري (s3/0% + cu7/99 %) و مس تلوريم دار ( Te 5/0% + cu 5/99% ) هر هر درصد داراي سرعت ماشينكاري 85% هستند و خواص مكانيكي هر دو آنها شبيه مس است .

سربي كه به مس اضافه مي شود قابليت ماشينكاري را بهبود مي بخشيد اما اين آلياژ تمايل به ترك خوردگي دارد .

مس تلوريم دار از ترك خوردگي گرمائي نسبتاً عاري است و به خوبي به درد فورجینگ گرم ( پتک كاري گرم ) مي خورد.

فاز تلوريد مس در آلياژ نسبتا شكننده است و استحكام خيلي كمي دارد كه موجب مي شود براده ها (ships) بجاي اينكه رشته اي شوند بشكنند . فازهاي شكننده احتياج به