Ciągle poszukuje się nowych materiałów i rozwiązań technologicznych wykorzystywanych na cele elektryczne zapewniających kombinację własności przewodząco-mechanicznych przewyższających stosowaną powszechnie miedź. Swoją powszechność i wybór miedzi w procesach kształtowania i nowoczesnych technologiach produkcyjnych generują od lat własności miedzi, nie tylko takie jak wysoka przewodność elektryczna oraz cieplna, ale także szeroko rozumiana bardzo dobra plastyczność. W procesach kształtowania plastycznego metali i stopów kluczową rolę odgrywa tzw. odkształcalność, która determinuje powodzenie procesu przetwórczego. W literaturze można spotkać różne definicje odkształcalności metali opisane m. in. przez takich badaczy jak: Avitzur [1-3], Zener-Hollomon [4, 5], Hill [6], Green-Naghdi [7], Calladine [8], Honeycombe [9], Chakrabarty [10, 11], Bertram [12], Prager [13] i wielu innych. Najczęściej odkształcalność jest utożsamiana z wartością (wielkością) bezpiecznego odkształcenia plastycznego, które można zrealizować w procesie kształtowania metalu, bez obawy jego pęknięcia. Definicja ta wywodzi się z pojęcia plastyczności, którą opisujemy jako zdolność metalu do odkształceń trwałych bez utraty spójności. Najpełniej odkształcalność opisuje definicja, według której odkształcalność utożsamiana jest z oporem jaki stawia metal w czasie odkształcenia plastycznego i równocześnie jaką ma zdolność do kształtowania plastycznego (zmian geometrycznych) bez obawy pęknięcia. Można zatem zapisać, że odkształcalność zawiera w sobie informacje o oporze odkształcenia i plastyczności metalu w czasie kształtowania plastycznego. Na opór odkształcenia składa się opór plastyczny materiału (często utożsamiany z granicą plastyczności) i tzw. opór tarcia (płynięcia) uwzgledniający tarcie na kontakcie metal odkształcany - narzędzie kształtujące. Opór plastyczny jest funkcją wielkości odkształcenia, temperatury i prędkości odkształcenia. Opór tarcia wynika ze stanu naprężenia na kontakcie metal odkształcany – narzędzie i najczęściej powiązany jest z wartością współczynnika tarcia. Plastyczność metalu uwzględniana w odkształcalności metalu najczęściej opisywana jest poprzez tzw. stopień plastyczności, który może być reprezentowany np. przez wydłużenie całkowite A, przewężenie Z, gniot maksymalny Gmax, graniczny współczynnik wydłużenia λmax
itp. Stopień plastyczności jest zależny od tych samych parametrów, które wpływają na opór odkształcenia. Biorąc pod uwagę specyfikę badań realizowanych w dysertacji założono, że na potrzeby niniejszej rozprawy Autor posługiwać się będzie definicją odkształcalności, która uwzględnia tylko człon plastyczności tzn., że miarą odkształcalności będzie bezpieczna wartość odkształcenia metalu, którą można zrealizować w procesie bez obawy pęknięcia (zniszczenia) kształtowanego metalu. Odkształcalność będzie reprezentować stopień plastyczności metalu w danych warunkach, a praca dotyczyć będzie bardzo istotnego zarówno z naukowego, jak i praktycznego punktu widzenia zagadnienia technologicznej podatności miedzi do przetwórstwa metodą ciągnienia na druty.
Bardzo dobra odkształcalność miedzi w połączeniu z własnościami wytrzymałościowo-przewodzącymi przekłada się na jej wysokie zapotrzebowanie i zaawansowaną technologię przetwórstwa na całym świecie. Podstawowym wyrobem miedzianym jest katoda, która
7
stanowi wsad do produkcji takich półwyrobów jak: taśmy, pasma, pręty i walcówka. Walcówka natomiast jest podstawowym materiałem wsadowym do produkcji drutów wykorzystywanych głównie w kablach i przewodach. Całkowita produkcja miedzi w formie walcówki na świecie szacowana jest na 17,8 mln ton w 2019 r. [14]. W Polsce liderem jest KGHM Polska Miedź S.A., który produkuje łącznie 570 tys. ton miedzi elektrolitycznej i 270 tys. ton walcówki miedzianej. Miedź jako materiał doskonale nadający się do recyklingu i przetwórstwa nie notuje spadku popytu, wręcz prognozowane jest, że do 2030 r. zużycie miedzi będzie wyższe o ponad 20% dochodząc do ok. 36,1 mln ton rocznie głównie dzięki branżom związanym z elektromobilnością i odnawialnymi źródłami energii [15]. Na rysunku 1.1 przedstawiono przewidywaną konsumpcję miedzi w tysiącach ton w latach 2018 - 2030 według firm zajmujących się analizą danych rynkowych Wood Mackenzie i CRU.
Rys. 1.1. Przewidywana konsumpcja miedzi w latach 2018-2030 [15]
Copper Development Association Inc. podaje, że w 2019 roku 75% światowego zużycia miedzi wykorzystane zostało w elektronice i elektryce w formie przewodów i kabli [16]. Z punktu widzenia analizy gatunków miedzi wysokiej czystości chemicznej wykorzystywanej do produkcji walcówki przeznaczonej na cele elektryczne, należy miedź w gatunkach: Cu-ETP (Electrolytic Tough Pitch Copper) - zwierająca tlen, Cu-OFE (Oxygen-Free Copper) - miedź beztlenowa, Cu-PHCE (Low-Phosphorus Electronic Copper) - miedź odtleniona fosforem oraz miedź srebrowa. Największy udział stanowi miedź elektrolityczna w gatunku Cu-ETP i stanowi ona ponad połowę światowego zużycia miedzi. Jest ona szeroko stosowana w systemach elektroenergetycznych, instalacjach elektrycznych w domach, biurach i przemyśle oraz we wszelkiego rodzaju sprzęcie elektrycznym i elektronicznym. Miedź tego gatunku powstaje z katod o czystości 4 N (99,99% Cu), charakteryzując się wysoką czystością chemiczną o znormalizowanym składzie chemicznym i zawartości pierwiastków zanieczyszczeń nie przekraczającej 50 ppm (50 g/tonę) [17, 18]. Nieodłącznym elementem miedzi w gatunku ETP jest zawarty w niej tlen, stąd też miedź tego gatunku potocznie nazywana jest miedzią tlenową.
8
Tlen słabo rozpuszcza się w miedzi tworząc dwa główne tlenki, z których oba są półprzewodnikami: tlenek miedzi (II) – CuO nazywany tenorytem, który w temperaturze pokojowej jest czarnym, drobnokrystalicznym proszkiem oraz tlenek miedzi (I) - Cu2O nazywany kuprytem, który posiada kolor czerwony. W warunkach podwyższonej temperatury do 380 °C tworzy się związek CuO, powyżej 380 °C - tlenek Cu2O. Układ równowagi miedź- tlen jest powszechnie znany (rys. 1.2), a temperatura eutektyczna została dokładnie zbadana i wielokrotnie potwierdzona, ale istnieje szereg wyników współczesnych badań na temat przebiegu linii solvus i rozpuszczalności tlenu w miedzi w stanie stałym [19, 20].
Rys. 1.2. Diagram równowagi fazowej Cu-O [21, 22]
W literaturze przedmiotu można znaleźć diagramy fazowe miedź-tlen, różniące się graniczną rozpuszczalnością tlenu (od 0,008% wag. [23-25, 27, 29] do 0,009% wag. [21,22, 26, 28]), jak również temperaturą eutektyczną (1065 °C [21, 22, 27, 28] – 1066 °C [23-26, 29]). Na potrzebę pracy do dalszych analiz dotyczących obliczeń zawartości masy tlenku Cu2O przyjęto, że graniczna rozpuszczalność w miedzi wynosi 0,008% wag.
9
Z analizy diagramu Cu-O wynika, że w zakresie niskich zawartości tlenu (do 0,008% wag.) istnieje zmienna rozpuszczalność tlenu w miedzi. Równocześnie z układu równowagi możliwe jest uzyskanie informacji, że miedź z tlenem tworzy eutektykę Cu-Cu2O w temperaturze 1065 °C przy zawartości 0,39% wag. tlenu. W czasie krystalizacji miedzi z małą zawartością tlenu, w strukturze odlewu występują miedź oraz eutektyka ulokowana na granicach ziarn. Ulokowanie eutektyki na granicach ziarn wiąże się z faktem, że w czasie krystalizacji najpierw krzepną krystality miedzi (wyższa temperatura krzepnięcia miedzi), a następnie na granicach ziarn krzepnie eutektyka. Analizując układ równowagi Cu-O można stwierdzić, że w miarę obniżania temperatury w czasie krzepnięcia w zakresie poniżej temperatury eutektyki w strukturze obok krystalitów miedzi pojawia się eutektyka. Szybkie chłodzenie miedzi o zawartości poniżej 0,008% wag. tlenu tworzy jednofazowy przesycony roztwór tlenu z miedzią, natomiast przy wolnym chłodzeniu z roztworu wydzieli się Cu2O [30]. Na rysunku 1.3 przedstawiono przykładowe obrazy mikrostruktury miedzi o różnej zawartości tlenu z wyraźnie widoczną eutektyką Cu-Cu2O.
Rys. 1.3. Mikrostruktury miedzi o zawartości: a) 190 ppm, b) 1830 ppm. Mikroskop świetlny, powiększenie ×200 [31]
Tlenek Cu2O jest jednym z najlepiej przebadanych półprzewodników. Spowodowane jest to łatwością jego wytworzenia przy niewielkim koszcie oraz, że składa się on z dwóch powszechnych i nietoksycznych pierwiastków. Pierwsze badania dotyczące tlenku miedzi przeprowadzono w roku 1926, gdzie został zastosowany jako jeden z pierwszych półprzewodników jako dioda, która składała się z utlenionych dysków miedzianych [32]. Z czasem zaobserwowano duży potencjał Cu2O w wielu zastosowaniach przemysłowych ze względu na jego własności elektroniczne i optyczne. W tabeli 1.1 zestawiono wybrane własności tlenków miedzi w porównaniu do miedzi.
10
Tab. 1.1. Własności tlenków miedzi [33-45] Materiał Rezystywność Twardość Twardość
Moduł
Younga Gęstość Temperatura topnienia [nΩm] [skala Mohsa] [MPa] [GPa] [kg/m3] [°C]
Cu 0,17 [33-40] 3,00 [33, 34, 40] 1350 [33, 34] 115 – 130 [33-39] 8890 – 8980 [33-40] 1083 [33-40] Cu2O 1010 – 1015 [41] 3,56 [40, 42] 2010 – 2030 [43] 30 [43,44] 6000 [40] 1235 [40, 45] CuO 10 5 – 107 [41] 3,30 [40] 2050 – 2490 [43] 80 [43] 6520 [45] 1201 [45]
Współcześnie tlenek miedzi Cu2O ze względu na swoje własności badany jest pod kątem wykorzystania w fotokatalizie, ponieważ według badań jest lepszym od miedzi katalizatorem utleniania CO. W związku z czym może być użyty do kontroli spalin samochodowych [46], a przede wszystkim w fotowoltaice w ogniwach słonecznych [47, 48]. Jest składnikiem farb do pokrywania dna statków [29, 49] oraz do barwienia szkła i porcelany, ze względu na swój czerwony kolor.
Badania dotyczące wpływu zawartości tlenu na własności miedzi sięgają początku XX wieku [50-52] i trwają do dzisiaj. Początkowo tlen w strukturze miedzi uważano, podobnie jak każdy pierwiastek stopowy, za dający negatywny wpływ na niektóre własności materiału, jednak wraz z kolejnymi badaniami dostrzeżono także pozytywny wpływ jego obecności. Na rysunku 1.4 przedstawiono wpływ zawartości pierwiastków stopowych na przewodnictwo elektryczne miedzi.
11
Rys. 1.4. Wpływ dodatku pierwiastków stopowych na przewodność elektryczną miedzi [53]
Z analizy danych zamieszczonych na wykresie wynika, że najmniejszy wpływ na własności elektryczne miedzi ma srebro posiadające wyższą przewodność elektryczną na poziomie ok. 62,5 MS/m. Jednak wysoka przewodność elektryczna srebra nie jest powodem małego wpływu na spadek przewodności elektrycznej miedzi, mają na to wpływ czynniki związane z budową atomową obu pierwiastków. W ogólności dodatki stopowe mogą tworzyć na osnowie metalu podstawowego roztwór stały lub oddzielną fazę i w zależności od tego różnie wpływać na właściwości elektryczne oraz inne właściwości użytkowe tj. mechaniczne, korozyjne, itp. Zależy to w dużej mierze od rodzaju i liczby składników stopowych oraz ich rozmieszczenia w metalu podstawowym. Uporządkowana struktura czystego metalu przestaje istnieć w wyniku wprowadzenia do roztworu atomów rozpuszczonych i nieregularnego rozmieszczenia atomów składnika stopowego, co ma duży wpływ na przewodność elektryczną znany pod nazwą zasady Nordheima, która stanowi o tym, że wraz ze wzrostem udziału pierwiastków stopowych w osnowie przewodność elektryczna ulega obniżeniu [54]. W przypadku, gdy dodatek formuje odrębną fazę jego wpływ na właściwości elektryczne materiału jest mniej znaczący. Istotne znaczenie ma także „podobieństwo materiałów” wynikające z reguły Hume-Rothery'ego, zgodnie z którą, aby dwa składniki mogły tworzyć roztwór stały powinny cechować się tym samym typem struktury krystalicznej, zbliżoną elektroujemności, wartościowością
12
(walencyjnością) i wartością promieni atomowych. Jeśli różnica promieni atomowych jest wyższa niż 15% powstają roztwory ograniczone warunkujące formowanie dodatków stopowych. W przypadku czynnika elektrowartościowości ujemnej im bardziej elektrododatni będzie jeden ze składników, a drugi elekroujemny tym większe będzie prawdopodobieństwo tworzenia się faz międzymetalicznych. Jeśli powyższe czynniki są spełnione można przyjąć także czynnik związany z wartościowością, stanowiący, że rozpuszczalność pierwiastka o większej wartościowości będzie większe w pierwiastku o mniejszej wartościowości. Jednak czynnik ten stosowany jest jedynie dla pierwiastków z 11 grupy układu okresowego (tzw. miedziowców), do której należą miedź, srebro i złoto [55, 56].
Warto dodać, że na zdolność do przewodzenia elektrycznego materiału wpływa wiele czynników tj. rodzaj osnowy i stan strukturalny danego materiału, ilość i stężenie dodatków oraz zanieczyszczeń (domieszek), ilość i rodzaj defektów oraz temperatura, która w istotny sposób wpływa na drogę swobodną elektronów. Zawartość tlenu jest bardzo ważna i starannie kontrolowana podczas produkcji miedzi zmniejszając negatywny wpływ zanieczyszczeń. Związane jest to z tym, że tlen jest zaangażowany w tworzenie tlenków lub konglomeratów tlenków innych mniej szlachetnych od miedzi pierwiastków, co zmniejsza ich negatywny wpływ na przewodność elektryczną, a także na ciągliwość i wyżarzalność poprzez wyprowadzenie ich z roztworu stałego do postaci wydzieleń. Za optymalną dla współcześnie produkowanych katod zawartość tlenu nie wpływającą negatywnie na przewodnictwo elektryczne jest uznawana wartość około 200 ppm, dlatego najczęściej stosowaną zawartością tlenu w miedzi w gat. ETP jest zakres od 175 do 450 ppm [57]. Podobnie jest w przypadku wpływu tlenu na kinetykę rekrystalizacji miedzi, istnieje wiele prac badawczych [58-63], które dowodzą, że na kształtowanie temperatury rekrystalizacji miedzi wpływa zawartość tlenu oraz jego relacja ilościowa względem poszczególnych pierwiastków zanieczyszczeń. Postęp procesu rekrystalizacji i rozrostu ziaren jest opóźniony przez obecność zanieczyszczeń. Bardzo istotna jest znajomość ilości oraz wielkości cząstek zanieczyszczeń, ponieważ informacje te pozwalają na kontrolowanie wielkości ziarna, co jest szczególnie ważne w zastosowaniach przemysłowych poprzez dobór odpowiedniego składu chemicznego do oczekiwanych własności wyrobu końcowego. Kontrolując objętość cząstek oraz ich rozmiar możliwe jest określenie i modyfikowanie optymalnych warunków procesowych, a finalny rozmiar ziarna może być zmniejszony o około 50 – 60%, jeśli kontrolowana jest ilość cząsteczek dodana do początkowo czystej miedzi [64]. Na rysunku 1.5 przedstawiono wpływ temperatury wyżarzania na rozmiar ziarna wyżarzonej miedzi o różnej zawartości tlenu, natomiast na rysunku 1.6 wpływ zawartości tlenu na temperaturę rekrystalizacji folii miedzianej (50 µm) po zadanym odkształceniu całkowitym równym 90%. Z analizy danych z zamieszczonych 1.5 wynika, że obecność dużej ilości tlenku Cu2O silnie hamuje rozwój ziarna. Odnośnie charakterystyki przedstawionej na rysunku 1.6 można przypuszczać, że czystość chemiczna badanej miedzi nie była na wysokim poziomie i wzrost zawartości tlenu związał atomy pierwiastków zanieczyszczeń do postaci tlenków. Dzięki temu obniżyła się temperatura rekrystalizacji materiału.
13
Rys. 1.5. Wpływ temperatury wyżarzania na rozmiar ziarna miedzi w gat. ETP [57]
Rys. 1.6. Temperatura rekrystalizacji, a zawartość tlenu w miedzi [65]
W pracy [40] jednym z wniosków jest stwierdzenie, że w przypadku materiału o klasie czystości 3 N (99,9% Cu) obecność tlenu jest korzystna, ponieważ tlen wiąże zanieczyszczenia znajdujące się najczęściej w roztworze i w postaci wydzieleń lokuje się na granicach ziaren, lecz w przypadku miedzi wysokiej czystości chemicznej powyżej tej klasy czystości tlen pełni funkcję zanieczyszczenia wpływającego niekorzystnie na procesy rekrystalizacji. Podobnie według wyników badań zamieszczonych w pracy [66] wpływ tlenu na rekrystalizację zależy od jego lokalizacji. Jeśli znajduje się na granicach ziaren, opóźnia proces rekrystalizacji, podczas gdy tlen jako wydzielenie (> 1 µm) przyspiesza ją poprzez mechanizm PSN (ang. particles stimulated nucleation), który został szeroko opisany w pracach [67-69]. Pozwala to w zależności od wielkości i rozkładu wydzieleń oraz odległości między nimi wpływać na opóźnianie lub przyspieszanie rekrystalizacji jako wynik zwiększenia intensywności zarodkowania nowych ziaren.
Na jakość materiałów wsadowych do produkcji drutów i mikrodrutów oddziałuje także materiał z jakiego jest wytworzona walcówka, a wysoka jakość materiałów na każdym etapie ciągu technologicznego wpływa na jakość wyrobu końcowego. W przypadku walcówki z miedzi w gatunku ETP istotne jest, aby była ona produkowana z kontrolowaną zawartością tlenu (maks. 400 - 600 ppm), szczególnie w zastosowaniach do zgrzewania tarciowego, spawania, czy lutowania lutem twardym w atmosferze zawierającej wodór. Jest to konieczne w celu uniknięcia choroby wodorowej często nazywanej kruchością wodorową. Poziom tlenu powinien być kontrolowany zgodnie z normą [70] i spoczywa na wytwórcy. Obecność tlenu w miedzi można stwierdzić bezpośrednio poprzez badania mikrostruktury lub pośrednio przeprowadzając test kruchości wodorowej. Mechanizm kruchości wodorowej w miedzi polega na tym, że podczas jej kontaktu z wodorem atomowym dochodzi do redukcji Cu2O, a powstająca para wodna prowadzi do ciśnieniowego rozrywania ziaren na granicach. Do ujawnienia kruchości wodorowej miedzi niezbędne jest jednoczesne współistnienie dwóch
0 5 10 15 20 25 30 35 0 200 400 600 800 1000 R o zm iar ziar n a [μ m] Temperatura wyżarzania [°C] 10 ppm tlenu 1000 ppm tlenu 140 160 180 200 220 240 260 0 25 50 75 100 125 150 T em p er atu ra rek ry stalizac ji [° C] Zawartość tlenu [ppm]
14
czynników: odpowiednia ilości tlenku Cu2O oraz wodoru atomowego, który pojawia się w wyniku dysocjacji H2 w wysokiej temperaturze [71, 72]. Obecność tlenu, wodoru i azotu ma także wpływ na powstawanie porowatości podczas procesu odlewania miedzi, obniżając jakość odlewu. Podobnie jest w przypadku spawania, gdy tlenki miedzi migrują do granic ziaren obniżając tym samym wytrzymałość i plastyczność spoiny oraz niekorzystnie wpływają na własności zmęczeniowe. Najlepsze efekty podczas spawania łukowego miedzi są uzyskiwane na odtlenionych fosforem gatunkach i stopach miedzi, ponieważ są one wolne od tlenków miedzi i zawierają śladowe ilości fosforu. Fosfor łącząc się z tlenem, który jest absorbowany podczas spawania zapobiega powstawaniu tlenków miedzi. Własności tj. wytrzymałość, ciągliwość i porowatość spoin wykonanych w odtlenionym materiale miedzianym są wyższe od tych, które wykonane są z miedzi beztlenowej, a zdecydowanie wyższe od tych z miedzi w gat. ETP [29]. Podawane jest, że optymalne stężenie tlenu w miedzi przeznaczonej do spawania nie powinno być wyższe niż ok. 0,015% wag. [73].
Tlen w istotny sposób wpływa na odkształcalność miedzi, jednak aby w pełni poddać to zagadnienie analizie niezbędne jest zapoznanie się z całym ciągiem technologicznym produkcji materiału wsadowego. Na każdym z etapów procesu technologicznego tlen może wpływać na kształtowanie wyrobu i na ilość defektów, obniżając tym samym odkształcalność miedzi. Istnieje wiele technologii wytwarzania materiału wsadowego do produkcji drutów i mikrodrutów. Należą do nich m. in. technologia Contirod, Southwire, Properzi, Conticast, Upcast, Rautomead, Dip Forming, Lamitref, Wertli, Lacambra oraz Direct to Wire. Wymienione sposoby wytwarzania można generalnie podzielić na dwie wiodące grupy: ciągłego odlewania (CO) oraz ciągłego odlewania i walcowania (COiW) i są one najczęściej stosowanymi metodami produkcji miedzi na świecie [74, 75]. Obie grupy różnią się od siebie konstrukcją oraz parametrami procesowymi, ale można wyodrębnić kilka podobnych etapów produkcji (szczegółowa analiza poszczególnych etapów technologicznych znajduje się w rozdziale 5 poświęconemu temu zagadnieniu o nazwie Wybrane zagadnienia procesu
krystalizacji oraz procesu walcowania i ciągnienia miedzi w gat. ETP). Wyszczególnić można
segment topielny, segment odlewniczy w przypadku metody CO oraz dodatkowo w metodzie COiW segment walcowniczy oraz segment wykańczający. Obie metody pomimo różnic rozpoczynają się od topienia wsadu w postaci katody. Katoda jako materiał wyjściowy do produkcji m. in. przewodów elektrycznych powinna charakteryzować się jak najwyższą czystością chemiczną i jakością. W tym celu producenci na całym świecie starają się uzyskać miedź katodową o jak najniższej zawartości zanieczyszczeń. Od czystości chemicznej katody, a więc od jej jakości może zależeć powodzenie procesu kształtowania oraz rekrystalizacji w wieloetapowym procesie walcowania oraz ciągnienia. Dowodzą tego wyniki badań zamieszczone m.in. w pracach [76-78], gdzie Autorzy tłumaczą, że jakość wyrobów z miedzi przeznaczonej na cele elektryczne jest jednoznacznie związana z jakością materiału wsadowego tj. walcówki oraz bezpośrednio z jakością katody, z której wytwarzana jest walcówka. Takie same spostrzeżenia wynikają z pracy [79], gdzie uzyskane badania wskazują, że od stężenia zanieczyszczeń katody zależą m. in. własności mechaniczne oraz plastyczność otrzymanych drutów miedzianych. W wymienionej pracy głównym pierwiastkiem wśród
15
zanieczyszczeń wpływającym na plastyczność jest tlen, który jest wprowadzany podczas topienia katod i procesu odlewania. Zaobserwowano, że na powierzchniach pękania drutów miedzianych obecny jest tlenek Cu2O i to on jest odpowiedzialny za ograniczenie odkształcalności drutów i jedynie dzięki wyżarzaniu możliwe jest zmniejszanie negatywnego skutku jego obecności. Na rysunku 1.7 przedstawiono wyniki badań zamieszczonych w pracy [79], gdzie widoczne są krzywe rozciągania drutów zawierające tlenek Cu2O z tlenem na poziomie 377 ppm oraz o niskiej zawartości tlenu (Cu-OFHC) zawierającej 5 ppm. Oba materiały po zadanym odkształceniu zostały także wyżarzone w temperaturze 270 °C w czasie 10 min i zestawione porównawczo z materiałami przed obróbką cieplną.
Rys. 1.7. Charakterystyki rozciągania drutów miedzianych o różnej zawartości tlenu z wyżarzaniem i bez wyżarzania [79]
Komentując powyższe charakterystyki należy przypuszczać, że Autorzy pracy przeprowadzili badania podobne do testu wyżarzalności AR – rapid test [80], w którym próbkę miedzi odkształconą o 40% poddaje się wyżarzalności w temp. 260 °C w czasie 8 minut (pierwotnie 10 minut). Z analizy porównawczej wykresów rozciągania próbek niewyżarzonych i wyżarzanych, beztlenowych i z tlenem wynika, że obecność tlenku Cu2O istotnie przyspiesza proces rekrystalizacji. Wyjaśnieniem tego wpływu mogą być pola lokalnych naprężeń w miedzi wokół tlenku (krzywizny osnowy, powstające pod lokalnym naprężeniem).Natomiast wnioski wynikające z analizy pracy [81] wskazują, że obecność tlenu może znacząco wpływać nawłasności mechaniczne miedzi i powodować kruchość w wysokich temperaturach podczas procesów rozciągania lub pełzania. Obniżona plastyczność wynikająca z segregacji tlenu do granic ziaren może zwiększać kruchość międzykrystaliczną, a te negatywne skutki obecności tlenu mogą być zmniejszone lub zniwelowane za pomocą zabiegów wyżarzania.
16
Nie bez znaczenia są także domieszki innych pierwiastków zanieczyszczeń i one także mogą mieć szkodliwy wpływ na plastyczność miedzi. Należą do nich selen, ołów, bizmut, antymon, które często segregują przy granicach ziaren [82, 83]. Bizmut, siarka czy ołów