Cobre 110 contra 101: Comparação técnica completa

1. Introdução

Cobre continua sendo uma pedra angular da engenharia moderna, comemorado por sua excepcional condutividade elétrica e térmica, resistência à corrosão, e maleabilidade.

Entre cobre comercialmente puro, Cobre 110 (C11000, ETP) e Cobre 101 (C10100, QUEM) são duas classes amplamente utilizadas, cada um otimizado para aplicações específicas.

Embora ambos ofereçam excelente condutividade e formabilidade, suas diferenças de pureza, teor de oxigênio, microestrutura, e a adequação para aplicações de vácuo ou de alta confiabilidade tornam a escolha entre elas crítica para os engenheiros, designers, e especialistas em materiais.

Este artigo fornece uma visão detalhada, comparação técnica desses dois tipos de cobre, apoiado por dados de propriedade e orientações de aplicação.

2. Padrões & Nomenclatura

Cobre 110 (C11000) é comumente referido como Cu-ETP (Cobre de passo resistente eletrolítico).

É padronizado pela UNS C11000 e pela designação EN Cu-ETP (CW004A). O C11000 é amplamente fabricado e fornecido em vários formatos de produtos, incluindo fios, haste, folha, e prato, tornando-o uma escolha versátil para aplicações elétricas e industriais em geral.

Cobre 101 (C10100), por outro lado, é conhecido como Com-OFE (Cobre eletrônico sem oxigênio).

É cobre ultrapuro com teor de oxigênio extremamente baixo, padronizado sob UNS C10100 e EN Cu-OFE (CW009A).

C10100 é especificamente refinado para eliminar inclusões de oxigênio e óxido, o que o torna ideal para vácuo, alta confiabilidade, e aplicações de feixe de elétrons.

Especificar a designação UNS ou EN juntamente com a forma e a têmpera do produto é fundamental para garantir que o material atenda às características de desempenho exigidas.

3. Composição Química e Diferenças Microestruturais

A composição química do cobre influencia diretamente a sua pureza, condutividade elétrica e térmica, comportamento mecânico, e adequação para aplicações especializadas.

Embora tanto o cobre 110 (C11000, ETP) e cobre 101 (C10100, QUEM) são classificados como cobres de alta pureza, suas microestruturas e conteúdo de oligoelementos diferem significativamente, afetando o desempenho em aplicativos críticos.

4. Propriedades Físicas: Cobre 110 contra 101

Propriedades físicas como densidade, ponto de fusão, condutividade térmica, e condutividade elétrica são fundamentais para cálculos de engenharia, projeto, e seleção de materiais.

Cobre 110 (C11000, ETP) e cobre 101 (C10100, QUEM) compartilham propriedades a granel muito semelhantes porque ambos são essencialmente cobre puro, mas pequenas diferenças na pureza e no teor de oxigênio podem afetar ligeiramente o desempenho em aplicações especializadas.

5. Propriedades mecânicas e efeitos de têmpera/condição

O desempenho mecânico do cobre depende fortemente de temperamento de processamento, incluindo recozimento e trabalho a frio.

Cobre 101 (C10100, QUEM) geralmente oferece maior resistência em condições de trabalho a frio devido à sua pureza ultra-alta e microestrutura livre de óxidos,

enquanto o cobre 110 (C11000, ETP) exposições conformabilidade superior e ductilidade, tornando-o adequado para aplicações de conformação intensiva, como estampagem profunda ou estampagem.

Propriedades Mecânicas por Têmpera (Valores típicos, ASTM B152)

Insights principais:

• Recozido (Ó) Temperamento: Ambas as classes são macias e altamente dúcteis. Maior alongamento do C11000 (50–65%) torna o ideal para desenho profundo, estampagem, e fabricação de contato elétrico.
• Trabalhado a frio (H04/H08) Temperamento: A ultrapureza do C10100 permite um endurecimento por trabalho mais uniforme, resultando em resistência à tração 30–40% maior que C11000 no temperamento H08.
  Isto o torna adequado para componentes de suporte de carga ou de precisão, incluindo enrolamentos de bobinas supercondutoras ou conectores de alta confiabilidade.
• Dureza Brinell: Aumenta proporcionalmente com trabalho a frio. C10100 atinge maior dureza para o mesmo temperamento devido à sua limpeza, microestrutura livre de óxido.

6. Comportamento de fabricação e fabricação

Cobre 110 (C11000, ETP) e cobre 101 (C10100, QUEM) comportam-se de forma semelhante em muitas operações de fabricação porque ambos são essencialmente cobre puro, mas o diferença em oxigênio e vestígios de impurezas produz contrastes práticos significativos durante a formação, usinagem e união.

Conformação e trabalho a frio

• Ductilidade e flexibilidade:

• • Material recozido (Ó temperamento): ambas as classes são altamente dúcteis e aceitam curvas apertadas, estampagem profunda e formação severa.
    O cobre recozido normalmente pode tolerar raios de curvatura internos muito pequenos (perto de 0,5–1,0 × espessura da folha em muitos casos), tornando-o excelente para estampagem e peças de formatos complexos.
  • Temperamentos trabalhados a frio (H04, H08, etc.): a resistência aumenta e a ductilidade diminui à medida que a têmpera aumenta; os raios de curvatura mínimos devem ser aumentados em conformidade.
    Os projetistas devem dimensionar raios de curvatura e filetes com base na têmpera e no alívio de tensão pós-formação pretendido.

• Endurecimento por trabalho & desenhabilidade:

• • C10100 (QUEM) tende a endurecer mais uniformemente durante o trabalho a frio devido à sua microestrutura livre de óxidos; isso produz maior resistência alcançável em têmperas H e pode ser vantajoso para peças que exigem maior desempenho mecânico após trefilação.
  • C11000 (ETP) é extremamente tolerante para operações progressivas de estiramento e estampagem porque as longarinas de óxido são descontínuas e normalmente não interrompem a formação em níveis de deformação comerciais.

• Recozimento e recuperação:

• • Recristalização para o cobre ocorre em temperaturas relativamente baixas em comparação com muitas ligas; dependendo do trabalho a frio anterior, o início da recristalização pode começar dentro de aproximadamente 150–400 ° C..
  • Prática industrial de recozimento completo comumente usa temperaturas no 400–650 ° C. faixa (tempo e atmosfera selecionados para evitar oxidação ou contaminação da superfície).
    As peças OFE destinadas ao uso a vácuo podem ser recozidas em atmosferas inertes ou redutoras para preservar a limpeza da superfície.

Extrusão, laminação e trefilação

• Trefilagem: C11000 é o padrão da indústria para produção de fios e condutores em grandes volumes porque combina excelente estirabilidade com condutividade estável.
  O C10100 também é adaptável a medidores finos, mas é selecionado quando é necessário desempenho de vácuo posterior ou superfícies ultralimpas.
• Extrusão & rolando: Ambas as classes extrusam e rolam bem. A qualidade da superfície do OFE é normalmente superior para produtos laminados de alta precisão devido à ausência de inclusões de óxido; isso pode reduzir rasgos interdendríticos ou micro-perfurações em acabamentos superficiais exigentes.

Usinagem

• Comportamento geral: O cobre é relativamente macio, termicamente condutor e dúctil; tende a produzir contínua, chips de goma se os parâmetros não estiverem otimizados.
  A usinabilidade para C11000 e C10100 é semelhante na prática.
• Ferramentas e parâmetros: Use arestas de corte afiadas, fixação rígida, ferramentas de rake positivo (metal duro ou aço rápido dependendo do volume), avanços e profundidades controladas, e amplo resfriamento/nivelamento para evitar endurecimento por trabalho e bordas postiças.
  Para cortes longos e contínuos, quebra-cavacos e estratégias de corte intermitente são recomendados.
• Acabamento superficial e controle de rebarbas: O material OFE geralmente alcança um acabamento superficial ligeiramente melhor em microusinagem de precisão devido a menos microinclusões.

União – soldagem, Brasagem, soldagem, ligação por difusão

• De solda: Ambas as classes são soldadas prontamente após a limpeza adequada.
  Porque C11000 contém vestígios de oxigênio e filmes de óxido, resina padrão ou fluxos levemente ativos são normalmente usados; a limpeza completa antes da soldagem melhora a confiabilidade da junta.
  A superfície mais limpa do OFE pode reduzir a necessidade de fluxo em alguns processos controlados.
• Brasagem: Temperaturas de brasagem (>450 °C) pode expor filmes de óxido; A brasagem C11000 geralmente requer fluxos apropriados ou atmosferas controladas.
  Para brasagem a vácuo ou brasagem sem fluxo, C10100 é fortemente preferido, já que seu conteúdo insignificante de óxido evita a vaporização de óxido e a contaminação do ambiente de vácuo.
• Soldagem a arco (Tig/me) e soldagem por resistência: Ambas as classes podem ser soldadas usando práticas padrão de soldagem de cobre (alta corrente, pré-aquecimento para seções grossas, e proteção contra gás inerte).
  OFE oferece poças de fusão mais limpas e menos defeitos relacionados a óxidos, o que é vantajoso em juntas elétricas críticas.
• Soldagem por feixe de elétrons e laser: Estes de alta energia, métodos de baixa contaminação são comumente usados ​​em aplicações de vácuo ou precisão.
  C10100 é o material de escolha aqui porque seus baixos níveis de impurezas e oxigênio minimizam os contaminantes vaporizados e melhoram a integridade das juntas.
• Ligação por difusão: Para montagens de vácuo e aeroespaciais, A limpeza e a microestrutura quase monofásica do OFE o tornam mais previsível em processos de ligação no estado sólido.

Preparação de superfície, limpeza e manuseio

• Para C11000, desengordurante, a remoção de óxido mecânico/químico e a aplicação adequada do fluxo são pré-requisitos normais para uniões de alta qualidade.
• Para C10100, controle rigoroso de limpeza é necessário para uso de vácuo: manuseio com luvas, evitando hidrocarbonetos, limpeza com solvente ultrassônico, e embalagens para salas limpas são práticas comuns.
  Assar a vácuo (por exemplo, 100–200 °C dependendo da condição) é frequentemente usado para remover gases adsorvidos antes do serviço UHV.

7. Corrosão, desempenho de vácuo e efeitos de hidrogênio/oxigênio

Estes três tópicos inter-relacionados – resistência à corrosão, comportamento de vácuo (desgaseificação e vaporização de contaminantes), e interações com hidrogênio/oxigênio - são onde o cobre 110 e cobre 101 divergem mais no desempenho funcional.

Comportamento de corrosão (atmosférico e galvânico)

• Corrosão atmosférica geral: Ambas as classes formam uma película superficial estável (pátina) que limita a corrosão adicional em ambientes internos normais e em muitos ambientes externos.
  O cobre puro resiste à corrosão geral muito melhor do que muitos metais ativos.
• Corrosão local e ambientes: Em ambientes ricos em cloreto (marinho, sais descongelantes), o cobre pode sofrer ataque acelerado se houver fendas ou depósitos permitirem a formação de células eletroquímicas localizadas.
  Projete para evitar geometrias de fendas e permitir drenagem/inspeção.
• Acoplamento galvânico: O cobre é relativamente nobre em comparação com muitos metais estruturais.
  Quando acoplado eletricamente a metais menos nobres (por exemplo, alumínio, magnésio, alguns aços), o metal menos nobre irá corroer preferencialmente.
  Regras práticas de design: evite contato direto com metais ativos, isolar juntas de metais diferentes, ou use tolerância/revestimentos contra corrosão quando necessário.

Desempenho de vácuo (liberação de gases, vaporização e limpeza)

• Por que o desempenho do vácuo é importante: Em ultra-alto vácuo (UHV) sistemas, mesmo níveis ppm de impurezas voláteis ou inclusões de óxido podem criar contaminação,
  aumentar a pressão base, ou depositar filmes em superfícies sensíveis (espelhos ópticos, bolachas semicondutoras, óptica eletrônica).
• C11000 (ETP): vestígios de oxigênio e longarinas de óxido podem levar a aumento da liberação de gases e vaporização potencial de partículas de óxido em temperaturas elevadas no vácuo.
  Para muitas aplicações de baixo vácuo ou vácuo bruto, isso é aceitável, mas os usuários de UHV devem ser cautelosos.
• C10100 (QUEM): seu teor ultrabaixo de oxigênio e impurezas resulta em taxas de liberação de gases significativamente mais baixas, pressões parciais reduzidas de espécies condensáveis ​​durante o cozimento, e muito menos risco de contaminação sob exposição a feixe de elétrons ou vácuo de alta temperatura.
  Para ciclos de cozimento e análise de gases residuais (RGA) estabilidade, OFE normalmente supera o ETP por uma ampla margem em sistemas práticos.
• Melhores práticas para uso de vácuo: limpeza a vácuo, desengordurante com solvente, banhos ultrassônicos, montagem de sala limpa, e cozimento controlado são obrigatórios.
  Especifique OFE para componentes expostos diretamente a UHV ou a feixes de elétrons/íons.

Hidrogênio, interações de oxigênio e riscos de fragilização

• Fragilização de hidrogênio: O cobre é não suscetível à fragilização por hidrogênio da mesma forma que os aços são;
  ligas de cobre típicas não falham pelos mecanismos clássicos de fissuração induzidos por hidrogênio observados em aços de alta resistência.
• Química de hidrogênio/oxigênio: no entanto, sob atmosferas redutoras de alta temperatura (hidrogênio ou formação de gás em temperatura elevada),
  cobre que contém oxigênio ou certos resíduos de desoxidante pode sofrer reações superficiais (formação de água, redução de óxido) que podem alterar a morfologia da superfície ou promover porosidade nas brasagens.
  O baixo teor de oxigênio do OFE mitiga essas preocupações.
• Considerações de serviço: em serviço com hidrogênio em alta temperatura ou em processos onde o hidrogênio está presente (por exemplo, certos recozidos ou processamento químico), especifique OFE se a química da superfície e a estabilidade dimensional forem críticas.

8. Aplicações Industriais Típicas

C11000 (ETP):

• Barramentos de distribuição de energia, cabos, e conectores
• Transformadores, motores, comutador
• Cobre arquitetônico e fabricação em geral

C10100 (QUEM):

• Câmaras de vácuo e equipamentos de ultra-alto vácuo
• Feixe de elétrons, RF, e componentes de microondas
• Fabricação de semicondutores e condutores criogênicos
• Instrumentação de laboratório de alta confiabilidade

Resumo: C11000 é adequado para uso elétrico e mecânico geral, enquanto C10100 é necessário quando estabilidade de vácuo, impurezas mínimas, ou processamento ultra-limpo são essenciais.

9. Custo & disponibilidade

• C11000: Este é o padrão, produto de cobre de alto volume.
  Geralmente é menos caro e mais amplamente abastecido por usinas e distribuidores, tornando-o a escolha padrão para produção em massa e aplicações sensíveis ao orçamento.
• C10100: Carrega um preço premium devido a etapas adicionais de refino, requisitos especiais de manuseio, e volumes de produção menores.
  Está disponível, mas normalmente apenas em formulários de produtos limitados (bares, pratos, lençóis em temperamentos selecionados) e muitas vezes exige Tempos de entrega mais longos.
  Para componentes de alto volume onde a eficiência de custos é crítica, C11000 geralmente é especificado.
  Por outro lado, para aplicações de nicho como vácuo ou componentes eletrônicos de alta pureza, os benefícios de desempenho do C10100 justificam o custo mais elevado.

10. Comparação Abrangente: Cobre 110 contra 101

12. Conclusão

C11000 e C10100 são cobres de alta condutividade adequados para uma ampla gama de aplicações.

A principal diferença reside em teor de oxigênio e nível de impureza, que influenciam o comportamento do vácuo, juntando-se, e aplicações de alta confiabilidade.

C11000 é econômico e versátil, tornando-o o padrão para a maioria das aplicações elétricas e mecânicas.

C10100, com pureza ultra-alta, está reservado para vácuo, feixe de elétrons, criogênico, e sistemas de alta confiabilidade onde a microestrutura livre de óxido é essencial.

A seleção de materiais deve priorizar requisitos funcionais sobre diferenças de propriedade nominais.

 

Perguntas frequentes

O C10100 é significativamente melhor eletricamente que o C11000??

Não. A diferença de condutividade elétrica é menor (~100% versus 101% SIGC). A principal vantagem é teor de oxigênio ultrabaixo, que beneficia aplicações de vácuo e de alta confiabilidade.

O C11000 pode ser usado em equipamentos de vácuo?

Sim, mas seu traço de oxigênio pode liberar gases ou formar óxidos sob condições de vácuo ultra-alto. Para aplicações rigorosas de vácuo, C10100 é preferido.

Qual classe é padrão para distribuição de energia?

C11000 é o padrão da indústria para barramentos, conectores, e distribuição elétrica geral devido à sua condutividade, conformabilidade, e eficiência de custos.

Como o cobre OFE deve ser especificado para aquisição?

Inclui designação UNS C10100 ou Cu-OFE, limites de oxigênio, condutividade mínima, formulário do produto, e temperamento. Solicite certificados de análise para traços de oxigênio e pureza de cobre.

Existem graus de cobre intermediários entre ETP e OFE?

Sim. Existem cobres desoxidados com fósforo e variantes de alta condutividade, projetado para melhorar a soldabilidade ou reduzir a interação de hidrogênio. A seleção deve corresponder aos requisitos da aplicação.