Медь 110 против 101: Полное техническое сравнение

1. Введение

Медь остается краеугольным камнем современной инженерии, прославился своим исключительная электро- и теплопроводность, коррозионная стойкость, и податливость.

Среди технически чистых меди, Медь 110 (C11000, ЭТП) и Медь 101 (С10100, ВОЗ) два широко используемых сорта, каждый оптимизирован для конкретных приложений.

Оба обладают превосходной проводимостью и формуемостью., их различия в чистоте, содержание кислорода, Микроструктура, и пригодность для вакуумных или высоконадежных приложений делают выбор между ними критически важным для инженеров., дизайнеры, и специалисты по материалам.

В этой статье содержится углубленное, техническое сравнение этих двух марок меди, поддерживается данными о свойствах и руководством по применению.

2. Стандарты & Номенклатура

Медь 110 (C11000) обычно называют Cu-ЭТП (Электролитическая медь с твердым пеком).

Он стандартизирован под UNS C11000 и обозначением EN Cu-ETP. (CW004A). C11000 широко производится и поставляется в различных формах, включая проволоку., стержень, лист, и тарелка, что делает его универсальным выбором для общего электротехнического и промышленного применения..

Медь 101 (С10100), с другой стороны, известен как С-ОФЕ (Бескислородная электронная медь).

Это сверхчистая медь с чрезвычайно низким содержанием кислорода., стандартизован по UNS C10100 и EN Cu-OFE (CW009A).

C10100 специально очищен для устранения включений кислорода и оксидов., что делает его идеальным для вакуум, высокая надежность, и электронно-лучевые приложения.

Указание обозначения UNS или EN, а также формы и состояния продукта имеет решающее значение для обеспечения соответствия материала требуемым эксплуатационным характеристикам..

3. Химический состав и микроструктурные различия

Химический состав меди напрямую влияет на ее чистота, электро- и теплопроводность, механическое поведение, и пригодность для специализированных применений.

Хотя обе Медь 110 (C11000, ЭТП) и медь 101 (С10100, ВОЗ) относятся к медям высокой чистоты, их микроструктура и содержание микроэлементов существенно различаются, влияние на производительность критически важных приложений.

4. Физические свойства: Медь 110 против 101

Физические свойства, такие как плотность, точка плавления, теплопроводность, и электропроводность имеют основополагающее значение для инженерных расчетов, дизайн, и подбор материала.

Медь 110 (C11000, ЭТП) и медь 101 (С10100, ВОЗ) имеют очень схожие объемные свойства, поскольку оба представляют собой по существу чистую медь., но небольшие различия в чистоте и содержании кислорода могут незначительно повлиять на производительность в специализированных приложениях..

5. Механические свойства и влияние режима/состояния

Механические характеристики меди сильно зависят от температура обработки, включая отжиг и холодную обработку.

Медь 101 (С10100, ВОЗ) обычно предлагает более высокая прочность в наклепанных условиях благодаря своей сверхвысокой чистоте и безоксидной микроструктуре,

тогда как медь 110 (C11000, ЭТП) экспонаты превосходная формуемость и пластичность, что делает его хорошо подходящим для операций с интенсивным формованием, таких как глубокая вытяжка или штамповка..

Механические свойства по температуре (Типичные значения, АСТМ Б152)

Ключевые идеи:

• Отожженный (О) Характер: Обе марки мягкие и очень пластичные.. Более высокое удлинение C11000 (50–65%) делает его идеальным для глубокий рисунок, штамповка, и производство электрических контактов.
• Холодно (H04/H08) Характер: Сверхчистота C10100 обеспечивает более равномерную закалку., в результате чего прочность на разрыв на 30–40 % выше, чем у C11000 в состоянии H08..
  Это делает его пригодным для несущие или прецизионные компоненты, включая обмотки сверхпроводящих катушек или разъемы высокой надежности.
• Твердость по Бринеллю: Увеличивается пропорционально холодной обработке.. C10100 достигает более высокой твердости при том же отпуске благодаря чистоте, безоксидная микроструктура.

6. Производство и поведение при изготовлении

Медь 110 (C11000, ЭТП) и медь 101 (С10100, ВОЗ) ведут себя одинаково во многих производственных операциях, поскольку оба они по существу состоят из чистой меди., но разница в кислороде и микропримесях создает значимые практические контрасты во время формирования, механическая обработка и соединение.

Формовка и холодная обработка

• Пластичность и гибкость:

• • Отожженный материал (О нрав): оба сорта обладают высокой пластичностью и допускают крутые изгибы., глубокая вытяжка и строгая формовка.
    Отожженная медь обычно выдерживает очень малые внутренние радиусы изгиба. (во многих случаях около 0,5–1,0 × толщина листа), что делает его превосходным для штамповки и деталей сложной формы..
  • Хладнокровный характер (H04, H08, и т. д.): прочность возрастает, а пластичность падает с увеличением отпуска; минимальный радиус изгиба должен быть соответственно увеличен.
    Проектировщикам следует выбирать радиусы изгиба и скругления с учетом отпуска и предполагаемого снятия напряжений после формования..

• Упрочнение & вытягиваемость:

• • С10100 (ВОЗ) имеет тенденцию затвердевать более равномерно во время холодной обработки из-за своей микроструктуры, не содержащей оксидов.; это обеспечивает более высокую достижимую прочность при H-отпуске и может быть предпочтительным для деталей, требующих более высоких механических характеристик после волочения..
  • C11000 (ЭТП) чрезвычайно щаден для последовательных операций волочения и штамповки, поскольку оксидные стрингеры являются прерывистыми и обычно не прерывают формовку при коммерческих уровнях деформации..

• Отжиг и восстановление:

• • Перекристаллизация для меди происходит при относительно низких температурах по сравнению со многими сплавами; в зависимости от предшествующей холодной обработки, Начало рекристаллизации может начаться примерно через 150–400 ° C..
  • Промышленная практика полного отжига обычно использует температуру в 400–650 ° C. диапазон (время и атмосфера выбраны таким образом, чтобы избежать окисления или загрязнения поверхности.).
    Детали OFE, предназначенные для использования в вакууме, можно отжигать в инертной или восстановительной атмосфере для сохранения чистоты поверхности..

Экструзия, прокатка и волочение проволоки

• Чертеж проволоки: C11000 является отраслевым стандартом для крупносерийного производства проволоки и проводников, поскольку он сочетает в себе превосходную способность к вытягиванию и стабильную проводимость..
  C10100 также подходит для тонких измерений, но его выбирают, когда требуется производительность вакуума или сверхчистые поверхности..
• Экструзия & прокатка: Оба сорта хорошо экструдируются и раскатываются.. Качество поверхности OFE обычно превосходит высокоточный прокат из-за отсутствия оксидных включений.; это может уменьшить междендритные разрывы или микроямки при требовательной отделке поверхности..

Обработка

• Общее поведение: Медь относительно мягкая., теплопроводный и пластичный; он имеет тенденцию производить непрерывные, липкие чипсы, если параметры не оптимизированы.
  Обрабатываемость C11000 и C10100 на практике аналогична..
• Инструменты и параметры: Используйте острые режущие кромки, жесткое крепление, инструменты позитивного рейка (твердый сплав или быстрорежущая сталь в зависимости от объема), контролируемая подача и глубина, и достаточное охлаждение/промывка, чтобы избежать наклепа и наростов на кромке..
  Для длительных непрерывных резов, рекомендуется использовать стружколомы и прерывистую стратегию резания..
• Чистота поверхности и контроль заусенцев: Материал OFE часто обеспечивает немного лучшее качество поверхности при прецизионной микрообработке из-за меньшего количества микровключений..

Соединение — пайка, пайнг, сварка, диффузионная сварка

• Пайка: Оба сорта легко паяются после надлежащей очистки..
  Поскольку C11000 содержит следы кислорода и оксидные пленки., обычно используется стандартная канифоль или слабоактивные флюсы.; тщательная очистка перед пайкой повышает надежность соединения.
  Чистая поверхность OFE может снизить потребность в флюсе в некоторых контролируемых процессах..
• Пайнг: Температура пайки (>450 °С) может обнажить оксидные пленки; Для пайки C11000 обычно требуются соответствующие флюсы или контролируемая атмосфера..
  Для вакуумная пайка или бесфлюсовая пайка, C10100 является настоятельно предпочтительным, поскольку незначительное содержание оксидов предотвращает испарение оксидов и загрязнение вакуумной среды..
• Дуговая сварка (Тиг/Я) и контактная сварка: Обе марки можно сваривать, используя стандартные методы сварки меди. (высокий ток, предварительный нагрев для толстых сечений, и защита инертным газом).
  OFE обеспечивает более чистую сварочную ванну и меньше дефектов, связанных с оксидами., что является преимуществом в критических электрических соединениях.
• Электронно-лучевая и лазерная сварка: Эти высокоэнергетические, методы с низким уровнем загрязнения обычно используются в вакуумных или прецизионных приложениях..
  C10100 — материал выбора здесь, потому что его низкий уровень примесей и кислорода сводит к минимуму испарение загрязняющих веществ и улучшает целостность швов..
• Диффузионная сварка: Для вакуумных и аэрокосмических сборок, Чистота OFE и почти однофазная микроструктура делают его более предсказуемым в процессах твердотельной сварки..

Подготовка поверхности, очистка и обработка

• Для C11000, обезжиривание, механическое/химическое удаление оксидов и правильное нанесение флюса являются нормальными предпосылками для высококачественных соединений..
• Для С10100, при использовании вакуума требуется строгий контроль чистоты: обращение в перчатках, избегать углеводородов, ультразвуковая очистка растворителем, и упаковка в чистых помещениях — обычная практика.
  Вакуумная выпечка (например, 100–200 °C в зависимости от состояния) часто используется для удаления адсорбированных газов перед обслуживанием сверхвысокого давления..

7. Коррозия, вакуумные характеристики и водородно-кислородные эффекты

Эти три взаимосвязанные темы — устойчивость к коррозии, поведение в вакууме (дегазация и испарение загрязняющих веществ), и взаимодействия с водородом/кислородом — там, где Медь 110 и медь 101 больше всего различаются по функциональным характеристикам.

Коррозионное поведение (атмосферные и гальванические)

• Общая атмосферная коррозия: Оба сорта образуют стабильную поверхностную пленку. (патина) это ограничивает дальнейшую коррозию в обычных условиях внутри и во многих наружных условиях..
  Чистая медь противостоит общей коррозии намного лучше, чем многие активные металлы..
• Местная коррозия и окружающая среда: В средах, богатых хлоридами (морской, противообледенительные соли), медь может подвергаться ускоренному разрушению, если присутствуют щели или отложения позволяют образовывать локализованные электрохимические ячейки..
  Конструкция позволяет избежать образования щелей и обеспечить возможность дренажа/осмотра..
• Гальваническая связь: Медь относительно благородна по сравнению со многими конструкционными металлами..
  При электрическом соединении с менее благородными металлами (например, алюминий, магний, некоторые стали), менее благородный металл будет корродировать преимущественно.
  Практические правила дизайна: избегать прямого контакта с активными металлами, изолировать соединения разнородных металлов, или используйте прибавки к коррозии/покрытия, где это необходимо..

Производительность вакуума (выделение газа, испарение и чистота)

• Почему важна производительность вакуума: В сверхвысоком вакууме (сверхвысокое напряжение) система, даже уровни летучих примесей или оксидных включений в ppm могут привести к загрязнению.,
  увеличить базовое давление, или наносить пленки на чувствительные поверхности (оптические зеркала, полупроводниковые пластины, электронная оптика).
• C11000 (ЭТП): следы кислорода и оксидные стрингеры могут привести к повышенное газовыделение и потенциальное испарение частиц оксида при повышенных температурах в вакууме.
  Для многих применений с низким или грубым вакуумом это приемлемо., но пользователи сверхвысокого напряжения должны быть осторожны.
• С10100 (ВОЗ): его сверхнизкое содержание кислорода и примесей приводит к значительно более низкие скорости дегазации, снижение парциального давления конденсируемых частиц во время отжига, и гораздо меньший риск загрязнения при воздействии электронного луча или высокотемпературного вакуума..
  Для циклов обжига и анализа остаточных газов (РГА) стабильность, OFE обычно значительно превосходит ETP в практических системах..
• Рекомендации по использованию вакуума: вакуумная очистка, обезжиривание растворителем, ультразвуковые ванны, сборка в чистых помещениях, и контролируемый обжиг обязательны.
  Укажите OFE для компонентов, подвергающихся непосредственному воздействию сверхвысокого напряжения или электронных/ионных пучков..

Водород, кислородное взаимодействие и риск охрупчивания

• Водородное охррение: Медь нет подвержены водородному охрупчиванию так же, как стали.;
  типичные медные сплавы не разрушаются по классическим механизмам водородного растрескивания, наблюдаемым в высокопрочных сталях..
• Химия водорода/кислорода: однако, под высокотемпературная восстановительная атмосфера (водород или формирующий газ при повышенной температуре),
  медь, содержащая кислород или некоторые остатки раскислителя, может вступать в поверхностные реакции (образование воды, восстановление оксида) которые могут изменить морфологию поверхности или повысить пористость припоев.
  Низкое содержание кислорода в OFE смягчает эти опасения..
• Рекомендации по обслуживанию: при работе с водородом при высокой температуре или в процессах, в которых присутствует водород (например, определенные отжиги или химическая обработка), укажите OFE, если химия поверхности и стабильность размеров имеют решающее значение.

8. Типичные промышленные применения

C11000 (ЭТП):

• Распределительные шины электропитания, кабели, и разъемы
• Трансформеры, моторы, распределительное устройство
• Архитектурная медь и общее производство

С10100 (ВОЗ):

• Вакуумные камеры и сверхвысоковакуумное оборудование
• Электронно-лучевой, РФ, и микроволновые компоненты
• Производство полупроводников и криогенные проводники
• Высоконадежное лабораторное оборудование

Краткое содержание: C11000 подходит для общего электрического и механического использования., тогда как C10100 требуется, когда стабильность вакуума, минимальные примеси, или сверхчистая обработка необходимы.

9. Расходы & доступность

• C11000: Это стандарт, медный продукт в больших объемах.
  Обычно это менее дорогой и более широко поставляются заводами и дистрибьюторами, что делает его выбором по умолчанию для массового производства и приложений с ограниченным бюджетом..
• С10100: Несет премиальная цена из-за дополнительных стадий переработки, особые требования к обращению, и меньшие объемы производства.
  Это доступно, но обычно только в ограниченные формы продукта (бары, тарелки, листы в избранной закалке) и часто требует дольше сроки.
  Для крупносерийных компонентов, где экономическая эффективность имеет решающее значение., Обычно указывается C11000.
  Наоборот, для нишевые приложения например, вакуумные или электронные компоненты высокой чистоты, преимущества в производительности C10100 оправдывают более высокую стоимость.

10. Комплексное сравнение: Медь 110 против 101

12. Заключение

C11000 и C10100 — медь с высокой проводимостью, подходящая для широкого спектра применений..

Основное отличие заключается в содержание кислорода и уровень примесей, которые влияют на поведение вакуума, присоединение, и высоконадежные приложения.

C11000 — экономичный и универсальный вариант., что делает его стандартом для большинства электрических и механических применений..

С10100, со сверхвысокой чистотой, зарезервировано для вакуум, электронно-лучевой, криогенный, и высоконадежные системы там, где необходима безоксидная микроструктура.

Выбор материала должен быть приоритетным функциональные требования над номинальными имущественными различиями.

 

Часто задаваемые вопросы

Значительно ли электрически C10100 лучше, чем C11000??

Нет. Разница в электропроводности незначительна. (~100% против 101% МАКО). Основным преимуществом является сверхнизкое содержание кислорода, что дает преимущества в вакуумных и высоконадежных приложениях.

Можно ли использовать C11000 в вакуумном оборудовании??

Да, но его следы кислорода могут выделять газы или образовывать оксиды в условиях сверхвысокого вакуума.. Для строгих вакуумных применений, С10100 предпочтительнее.

Какой класс является стандартным для распределения электроэнергии?

C11000 — отраслевой стандарт для шин., разъемы, и общее электрическое распределение из-за его проводимости, формуемость, и экономическая эффективность.

Как указать медь OFE для закупки?

Включает обозначение UNS C10100 или Cu-OFE., пределы кислорода, минимальная проводимость, форма продукта, и нрав. Запросить сертификаты анализа на чистоту следов кислорода и меди.

Существуют ли промежуточные марки меди между ETP и OFE?

Да. Существуют раскисленная фосфором медь и варианты с высокой проводимостью., разработан для улучшения паяемости или уменьшения взаимодействия с водородом. Выбор должен соответствовать требованиям приложения..