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铜的材质.docx

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铜的材质

　　一、常见分类：

　　黄铜是由铜和锌所组成的合金

　　白铜是铜和镍的合金

　　青铜是铜和除了锌和镍以外的元素形成的合金，主要有锡青铜，铝青铜等

　　紫铜是铜含量很高的铜，其它杂质总含量在1％以下。

　　1、紫铜：

　　红铜即纯铜，又名紫铜，纯铜密度为8.96，熔点为1083℃。

具有很好的导电性和导热性，塑性极好，易于热压和冷压力加工，大量用于制造电线、电缆、电刷、电火花专用电蚀铜等要求导电性良好的产品。

　　因呈紫红色而得名。

它不一定是纯铜，有时还加入少量脱氧元素或其他元素,以改善材质和性能,因此也归入铜合金。

中国紫铜加工材按成分可分为：

普通紫铜（T1、T2、T3、T4）、无氧铜（TU1、TU2和高纯、真空无氧铜）、脱氧铜（TUP、TUMn）、添加少量合金元素的特种铜（砷铜、碲铜、银铜）四类。

　　紫铜的电导率和热导率仅次于银，广泛用于制作导电、导热器材。

紫铜在大气、海水和某些非氧化性酸（盐酸、稀硫酸）、碱、盐溶液及多种有机酸（醋酸、柠檬酸）中，有良好的耐蚀性，用于化学工业。

另外，紫铜有良好的焊接性，可经冷、热塑性加工制成各种半成品和成品。

20世纪70年代，紫铜的产量超过了其他各类铜合金的总产量。

　　紫铜中的微量杂质对铜的导电、导热性能有严重影响。

其中钛、磷、铁、硅等显着降低电导率,而镉、锌等则影响很小。

氧、硫、硒、碲等在铜中的固溶度很小,可与铜生成脆性化合物,对导电性影响不大，但能降低加工塑性。

普通紫铜在含氢或一氧化碳的还原性气氛中加热时，氢或一氧化碳易与晶界的氧化亚铜（Cu2O）作用，产生高压水蒸气或二氧化碳气体，可使铜破裂。

这种现象常称为铜的"氢病"。

氧对铜的焊接性有害。

铋或铅与铜生成低熔点共晶，使铜产生热脆；而脆性的铋呈薄膜状分布在晶界时，又使铜产生冷脆。

磷能显着降低铜的导电性,但可提高铜液的流动性,改善焊接性。

适量的铅、碲、硫等能改善可切削性。

　　2、黄铜

　　以锌作主要添加元素的铜合金，具有美观的黄色，统称黄铜。

铜锌二元合金称普通黄铜或称简单黄铜。

三元以上的黄铜称特殊黄铜或称复杂黄铜。

含锌低於36％的黄铜合金由固溶体组成，具有良好的冷加工性能，如含锌30％的黄铜常用来制作弹壳，俗称弹壳黄铜或七三黄铜。

含锌在36～42％之间的黄铜合金由和固溶体组成，其中最常用的是含锌40％的六四黄铜。

为了改善普通黄铜的性能，常添加其他元素，如铝、镍、锰、锡、硅、铅等。

铝能提高黄铜的强度、硬度和耐蚀性，但使塑性降低，适合作海轮冷凝管及其他耐蚀零件。

锡能提高黄铜的强度和对海水的耐腐性，故称海军黄铜，用作船舶热工设备和螺旋桨等。

铅能改善黄铜的切削性能；这种易切削黄铜常用作钟表零件。

黄铜铸件常用来制作阀门和管道配件等。

　　最简单的黄铜是铜-锌二元合金，称为简单黄铜或普通黄铜，改变黄铜中锌的含量可以得到不同机械性能的黄铜。

黄铜中锌的含量越高，其强度也较高，塑性稍低。

工业中采用的黄铜含锌量不超过45%，含锌量再高将会产生脆性，使合金性能变坏。

在黄铜中加1%的锡能显着改善黄铜的抗海水和海洋大气腐蚀的能力，因此称为"海军黄铜"。

锡能改善黄铜的切削加工性能。

铅黄铜即我们通常所说的易削国标铜。

加铅的主要目的是改善切削加工性和提高耐磨性，铅对黄铜的强度影响不大。

雕刻铜也是铅黄铜的一种。

多数黄铜具有良好色泽、加工性、延展性，易于电镀或涂装。

　　黄铜又分：

　　1）普通黄铜

　　它是由铜和锌组成的合金。

　　当含锌量小于39%时，锌能溶于铜内形成单相a，称单相黄铜，塑性好，适于冷热加压加工。

当含锌量大于39%时，有a单相还有以铜锌为基的b固溶体，称双相黄铜，b使塑性小而抗拉强度上升，只适于热压力加工。

　　代号用"H＋数字"表示，H表示黄铜，数字表示铜的质量分数。

如H68表示含铜量为68%，含锌量为32%，的黄铜，铸造黄铜则在代号前"Z"字，如ZH62。

　　H90、H80单相，金黄色，故有金色共称之，称为镀层，装饰品，奖章等。

　　H68、H59属于双相黄铜，广泛用于电器上的结构件，如螺栓，螺母，垫圈、弹簧等。

　　一般情况下，冷变形加工用单相黄铜热变形加工用双相黄铜。

　　2）特殊黄铜

　　在普通黄铜中加入其它合金元素所组成的多元合金称为黄铜。

常加入的元素有铅、锡、铝等，相应地可称为铅黄铜、锡黄铜、铝黄铜。

加合金元素的目的。

主要是提高抗拉强度改善工艺性。

　　代号：

为"H＋主加元素符号（除锌外）＋铜的质量分数＋主加元素质量分数＋其它元素质量分数"表示。

　　如：

HPb59-1表示铜的质量分数为59%，含主加元素铅的质量分数为1%，余量为锌的铅黄铜。

　　3、白铜

　　以镍为主要添加元素的铜合金。

铜镍二元合金称普通白铜；加有锰、铁、锌、铝等元素的白铜合金称复杂白铜。

工业用白铜分为结构白铜和电工白铜两大类。

结构白铜的特点是机械性能和耐蚀性好，色泽美观。

这种白铜广泛用於制造精密机械、化工机械和船舶构件。

电工白铜一般有良好的热电性能。

锰铜、康铜、考铜是含锰量不同的锰白铜，是制造精密电工仪器、变阻器、精密电阻、应变片、热电偶等用的材料。

　　4、青铜

　　原指铜锡合金，后除黄铜、白铜以外的铜合金均称青铜，并常在青铜名字前冠以第一主要添加元素的名。

锡青铜的铸造性能、减摩性能好和机械性能好，适合於制造轴承、蜗轮、齿轮等。

铅青铜是现代发动机和磨床广泛使用的轴承材料。

铝青铜强度高，耐磨性和耐蚀性好，用於铸造高载荷的齿轮、轴套、船用螺旋桨等。

铍青铜和磷青铜的弹性极限高，导电性好，适於制造精密弹簧和电接触元件，铍青铜还用来制造煤矿、油库等使用的无火花工具。

　　代号：

表示方法为"Q+主加元素符号及质量分数+其它元素的质量分数"所组成。

铸造产品则在代号前加"Z"字，

　　如：

Qal7表示含铝为5%，其余为铜的铝青铜ZQsn10-1表示含锡量为10%，其它合金元素含量为1%，余量为铜的的铸造锡青铜

　　青铜又可分为锡青铜和特殊青铜（即无锡青铜）两类。

（1）是由锡为主加元素的铜锡合金，也称为锡青铜

　　当含锡量小于5~6%，锡溶于铜中形成a固溶体，塑性上升，当含锡量大于5~6%时，由于出现了Cu31sb8为基的固溶体，抗拉强度下降，所以秤的锡青铜含锡量大多在3~14%之间，当含锡量小于5%，适用于冷变形加工，当含锡量为5~7%时的适用于热变形加工。

当含锡量大于10%时，适用于铸造。

　　由于a与&电极电位相近，且成分中的锡氮化后生成致密的二氧化锡薄膜，耐大气、耐海水等的耐蚀性上升，只是耐酸性较差。

　　因为锡青铜结晶温度范围较宽，流动性差，不易形成集中缩孔，而易形成枝晶偏析和分散缩孔，铸造收缩率小，有利于得尺寸极接近于铸型的铸件，所以适于铸造形状复杂。

壁厚较大的条件，而不适宜铸造要求致密度高和密封性好的铸件。

　　锡青铜有良好的减摩性，抗磁性及低温韧性。

　　锡青铜按生产方法可分为压力加工锡青铜与铸造锡青铜两大类。

　　A、压力加工锡青铜

　　含锡量一般小于8%，宜冷热压力加工成板|、带、棒、管等型材供应，经加工硬化后，其抗拉强度、硬度上升、而塑性下降。

再退火后可保持较高抗拉强度下改善塑性、尤其是获得高的弹性极限。

　　适制仪表上要求耐蚀及耐磨件，弹性件，抗磁件及机器中滑动轴承，轴套等

　　常用的有Qsn4-3Qsn6.5~0.1。

　　B、铸造锡青铜

　　以铸锭供应，由铸造车间铸成铸件使用，适宜铸造形状复杂但致密度要求不高的铸件，如滑动轴承、齿轮等。

常用的有ZQsn10-1ZQsn6-6-3。

　　2）特殊青铜

　　加入其它元素以取代锡，或为无锡青铜，多数特殊青铜都比锡青铜具有更高的机性，耐磨性与耐蚀性，常用的有铝青铜（QAL7QAL5）铅青铜（ZQPB30）等。

　　以镍为主要添加元素的铜基合金呈银白色，称为白铜。

镍含量通常为10%、15%、20%，含量越高，颜色越白。

铜镍二元合金称普通白铜，加锰、铁、锌和铝等元素的铜镍合金称为复杂白铜，纯铜加镍能显着提高强度、耐蚀性、电阻和热电性。

工业用白铜根据性能特点和用途不同分为结构用白铜和电工用白铜两种，分别满足各种耐蚀和特殊的电、热性能。

　　二、辨别：

　　白铜、黄铜、红铜（也称为"紫铜"）、青铜（青灰色或者灰黄色）是从颜色上区别的。

　　其中白铜、黄铜极易区分；红铜是纯铜（杂质<1％）、青铜（其他合金成分5％左右）稍难以区别。

未氧化时，红铜色泽较青铜亮，青铜略带青色或黄色偏暗；氧化后，红铜变为黑色，青铜则位青绿色（多水的有害氧化）或者巧克力色。

　　铜及铜合金的分类和焊接特点

（1）纯铜：

纯铜常被称作紫铜。

它具有良好的导电性、导热性和耐蚀性。

纯铜用字母+T}}（铜）表示，如Tl,T2,T3等。

氧的含量极低，不大于0.O1％的纯铜称为无氧铜，用TU（铜无）表示，如TU1、TU2等。

（2）黄铜：

以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。

黄铜用+H;（黄）表示如H80、H70,H68等。

　　（3）青铜：

以前把铜与锡的合金称作青铜，现在则把除了黄铜以外的铜合金称作青铜。

常用的有锡青铜、铝青铜和敏青铜等。

青铜用"Q，'（青）表示。

　　铜及铜合金的焊接特点是：

（1）难熔合及易变形

（2）容易产生热裂纹（3）容易产生气孔

　　铜及铜合金焊接主要采用气焊、惰性气体保护焊、埋弧焊、钎焊等方法。

　　铜及铜合金导热性能好，所以焊接前一般应预热，并采用大线能量焊接。

钨极氢弧焊采用直流正接。

气焊时，紫铜采用中性焰或弱碳化焰，黄铜则采用弱氧化焰，以防止锌的蒸发。

　　补充：

　　　　1．铜的自然属性

　　铜是人类最早发现的古老金属之一，早在三千多年前人类就开始使用铜。

自然界中的铜分为自然铜、氧化铜矿和硫化铜矿。

自然铜及氧化铜的储量少，现在世界上80%以上的铜是从硫化铜矿精炼出来的，这种矿石含铜量极低，一般在2-3%左右。

金属铜，元素符号CU，原子量63.54,比重8.92，熔点1083Co。

纯铜呈浅玫瑰色或淡红色。

铜具有许多可贵的物理化学特性，例如其热导率都很高，化学稳定性强，抗张强度大，易熔接，且抗蚀性、可塑性、延展性。

纯铜可拉成很细的铜丝，制成很薄的铜箔。

能与锌、锡、铅、锰、钴、镍、铝、铁等金属形成合金，形成的合金主要分成三类：

黄铜是铜锌合金，青铜是铜锡合金，白铜是铜钴镍合金。

　　2．铜的冶炼

　　从铜矿中开采出来的铜矿石，经过选矿成为含铜品位较高的铜精矿或者说是铜矿砂，铜精矿需要经过冶炼提成,才能成为精铜及铜制品。

　　A．铜矿石的加工

　　工业上使用的铜有电解铜（含铜99.9％～99.95％）和精铜（含铜99.0％～99.7％）两种。

前者用于电器工业上，用于制造特种合金、金属丝及电线。

后者用于制造其他合金、铜管、铜板、轴等。

　　a.铜矿石的分类及属性：

　　炼铜的原料是铜矿石。

铜矿石可分为三类：

（1）硫化矿，如黄铜矿（CuFeS2）、斑铜矿（Cu5FeS4）和辉铜矿（Cu2S）等。

（2）氧化矿，如赤铜矿（Cu2O）、孔雀石[Cu2（OH）2CO3]、蓝铜矿[2CuCO3·Cu（OH）2]、硅孔雀石（CuSiO3·2H2O）等。

　　（3）自然铜。

铜矿石中铜的含量在1％左右（0.5％～3％）的便有开采价值，因为采用浮选法可以把矿石中一部分脉石等杂质除去，而得到含铜量较高（8％～35％）的精矿砂。

　　b.铜矿石的冶炼过程：

　　从铜矿石冶炼铜的过程比较复杂。

以黄铜矿为例，首先把精矿砂、熔剂（石灰石、砂等）和燃料（焦炭、木炭或无烟煤）混合，投入"密闭"鼓风炉中，在1000℃左右进行熔炼。

于是矿石中一部分硫成为SO2（用于制硫酸），大部分的砷、锑等杂质成为AS2O3、Sb2O3等挥发性物质而被除去：

2CuFeS2＋O2=Cu2S＋2FeS＋SO2↑。

一部分铁的硫化物转变为氧化物：

2FeS＋3O2=2FeO＋2SO2↑。

Cu2S跟剩余的FeS等便熔融在一起而形成"冰铜"（主要由Cu2S和FeS互相溶解形成的，它的含铜率在20％～50％之间，含硫率在23％～27％之间），FeO跟SiO2形成熔渣：

FeO＋SiO2=FeSiO3。

熔渣浮在熔融冰铜的上面，容易分离，借以除去一部分杂质。

然后把冰铜移入转炉中，加入熔剂（石英砂）后鼓入空气进行吹炼（1100～1300℃）。

由于铁比铜对氧有较大的亲和力，而铜比铁对硫有较大的亲和力，因此冰铜中的FeS先转变为FeO，跟熔剂结合成渣，而后Cu2S才转变为Cu2O，Cu2O跟Cu2S反应生成粗铜（含铜量约为98.5％）。

2Cu2S＋3O2=2Cu2O＋2SO2↑，2Cu2O+Cu2S=6Cu+SO2↑，再把粗铜移入反射炉，加入熔剂（石英砂），通入空气，使粗铜中的杂质氧化，跟熔剂形成炉渣而除去。

在杂质除到一定程度后，再喷入重油，由重油燃烧产生的一氧化碳等还原性气体使氧化亚铜在高温下还原为铜。

得到的精铜约含铜99.7％。

　　B.铜的冶炼工艺

　　铜冶金技术的发展经历了漫长的过程，但至今铜的冶炼仍以火法治炼为主，其产量约占世界铜总产量的85%，现代湿法冶炼的技术正在逐步推广，湿法冶炼的推出使铜的冶炼成本大大降低。

火法冶炼与湿法冶炼（SX－EX）。

　　a.火法炼铜:

　　通过熔融冶炼和电解精火炼生产出阴极铜，也即电解铜，一般适于高品位的硫化铜矿。

火法冶炼一般是先将含铜百分之几或千分之几的原矿石，通过选矿提高到20－30％，作为铜精矿，在密闭鼓风炉、反射炉、电炉或闪速炉进行造锍熔炼，产出的熔锍（冰铜）接着送入转炉进行吹炼成粗铜，再在另一种反射炉内经过氧化精炼脱杂，或铸成阳极板进行电解，获得品位高达99.9％的电解铜。

该流程简短、适应性强，铜的回收率可达95％，但因矿石中的硫在造锍和吹炼两阶段作为二氧化硫废气排出，不易回收，易造成污染。

近年来出现如白银法、诺兰达法等熔池熔炼以及日本的三菱法等、火法冶炼逐渐向连续化、自动化发展。

　　生产过程大致如图：

　　除了铜精矿之外,废铜做为精炼铜的主要原料之一，包括旧废铜和新废铜，旧废铜来自旧设备和旧机器，废弃的楼房和地下管道；新废铜来自加工厂弃掉的铜屑（铜材的产出比为50％左右）,一般废铜供应较稳定，废铜可以分为：

裸杂铜:

品位在90％以上；黄杂铜（电线）:

含铜物料（旧马达、电路板）；由废铜和其他类似材料生产出的铜，也称为再生铜。

　　b.湿法炼铜:

　　一船适于低品位的氧化铜，生产出的精铜称为电积铜。

现代湿法冶炼有硫酸化焙烧－浸出－电积，浸出－萃取－电积，细菌浸出等法，适于低品位复杂矿、氧化铜矿、含铜废矿石的堆浸、槽浸选用或就地浸出。

湿法冶炼技术正在逐步推广，预计本世纪末可达总产量的20%，湿法冶炼的推出使铜的冶炼成本大大降低。

　　湿法冶炼过程为：

　　c.火法和湿法两种工艺的特点比较火法和湿法两种铜的生产工艺，有如下特点：

（1）后者的冶炼设备更简单，但杂质含量较高，是前者的有益补充。

（2）后者有局限性，受制于矿石的品位及类型。

　　（3）前者的成本要比后者高。

　　可见，湿法冶炼技术具有相当大的优越性，但其适用范围却有局限性，并不是所有铜矿的冶炼都可采用该种工艺。

不过通过技术改良，这几年已经有越来越多的国家，包括美国、智利、加拿大、澳大利亚、墨西哥及秘鲁等，将该工艺应用于更多的铜矿冶炼上。

湿法冶炼技术的提高及应用的推广，降低了铜的生产成本，提高了铜矿产能，短期内增加了社会资源供给，造成社会总供给的相对过剩，对价格有拉动作用。

　　3．铜的生产和消费

　　a.铜资源分布：

世界铜矿资源主要分布在北美、拉丁美洲和中非三地，目前全世界已探明的储量共3．5亿万吨,其中智利占24%,美国占16.9%,独联体占10.15%,扎伊尔占7.39%,赞比亚占4.55%,秘鲁占3.41%,美洲占了世界储量的60%。

我国铜生产地集中在华东地区，该地区铜生产量占全国总产量的51.84%,其中安徽、江西两省产量约占30%。

铜的主要消费地则在华东和华南地区，二者消费量约占全国消费总量70%。

　　b.铜的主要用途:

　　铜是一种红色金属，同时也是一种绿色金属。

说它是绿色金属，主要是因为它耐用，容易再溶化、再冶炼，因而回收利用相当地便宜。

　　在二十世纪60年代，铜最大的使用市场是电器和电子市场，约占总数的28%。

1997年，这两个市场成为铜消耗的第二大终端用户，拥有25%的股份。

在许多电器产品中，（例如：

电线、母线、变压器绕组、重型马达、电话线和电话电缆）铜的使用寿命都相当地长，只有经过20到50年以后，里面的铜才可以进行回收利用。

其他含铜的电器和电子产品（比如：

小型电器和消费电子产品）使用寿命则比较短，一般是5-10年。

商业性电子产品和大型电器产品通常要回收的，因为它们除含有铜以外，还有其他珍贵的金属。

尽管如此，小型的电子消费产品的回收率还是相当低的，因为它们里面几乎没有多少铜元素。

　　铜及铜合金的分类和焊接特点

（1）纯铜：

纯铜常被称作紫铜。

它具有良好的导电性、导热性和耐蚀性。

纯铜用字母+T}}（铜）表示，如Tl,T2,T3等。

氧的含量极低，不大于0.O1％的纯铜称为无氧铜，用TU（铜无）表示，如TU1、TU2等。

（2）黄铜：

以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。

黄铜用+H;（黄）表示如H80、H70,H68等。

　　（3）青铜：

以前把铜与锡的合金称作青铜，现在则把除了黄铜以外的铜合金称作青铜。

常用的有锡青铜、铝青铜和敏青铜等。

青铜用"Q，'（青）表示。

　　铜及铜合金的焊接特点是：

（1）难熔合及易变形

（2）容易产生热裂纹（3）容易产生气孔

　　铜及铜合金焊接主要采用气焊、惰性气体保护焊、埋弧焊、钎焊等方法。

　　铜及铜合金导热性能好，所以焊接前一般应预热，并采用大线能量焊接。

钨极氢弧焊采用直流正接。

气焊时，紫铜采用中性焰或弱碳化焰，黄铜则采用弱氧化焰，以防止锌的蒸发。

　　铜和铝的焊接

　　无缝药芯焊丝是铝铜钎焊连接的最新技术成果，是铝铜钎焊用料的升级换代产品。

其主要成分由锌铝铜和无腐蚀性氟铝铯盐组成，其钎焊工艺性、接头机械性能和接头导电性均优于锌镉、锌锡铜钎料。

　　广泛用于电力电器、信息电子、不锈钢制品、制冷行业、电热电器、五金制品等行业。

不需专用焊接设备和特殊生产场地，即可实现环保、便捷、安全的铝铜连接。

其中铜包含常见的铜合金，铝主要指1系列、3系列和6系列和部分4系列。

　　郑州机械研究所是目前国内主要的无缝药芯铝焊丝生产企业，已有50余年的钎焊材料及钎焊工艺研究的历史，是中国焊接学会及国家焊接标准化委员会团体会员。

该铜铝焊接钎料已在制冷,变压器,电机等铜改铝行业得到成熟的应用。

　　世界铜资源的分布

　　世界铜资源主要集中在智利、美国、赞比亚、非洲刚果、加拿大中东部、俄罗斯和秘鲁等国。

其中智利是世界上铜资源最丰富的国家，其铜金属储量约占世界总储量的1/4。

而在产量方面，智利是全球最大铜产国，2006年其产量约占全球产量的37%。

在消费方面，2000年前在铜消费市场唱主角的是西方欧美国家，但在2000年后铜消费市场的主角换成了中国、俄罗斯、印度和巴西。

　　铜的种类

　　黄铜

　　黄铜是铜与锌的合金，因色黄而得名。

黄铜的机械性能和耐磨性能都很好，可用于制造精密仪器、船舶的零件、枪炮的弹壳等。

黄铜敲起来声音好听，因此锣、钹、铃、号等乐器都是用黄铜制做的。

　　航海黄铜

　　铜与锌、锡的合金，抗海水侵蚀，可用来制作船的零件、平衡器。

　　青铜

　　铜与锡的合金叫青铜，因色青而得名。

青铜一般具有较好的耐腐蚀性、耐磨性、铸造性和优良的机械性能。

用于制造精密轴承、高压轴承、船舶上抗海水腐蚀的机械零件以及各种板材、管材、棒材等。

青铜还有一个反常的特性--"热缩冷胀"，用来铸造塑像，冷却后膨胀，可以使眉目更清楚。

　　磷青铜

　　铜与锡、磷的合金，坚硬，可制弹簧。

　　白铜

　　白铜是铜与镍的合金，其色泽和银一样，银光闪闪，不易生锈。

常用于制造电器、仪表和装饰品。

铜的最普遍用途在于制造电线，通常现时所用的电线都是由纯铜制成，这是因为它的导电性和导热性都仅次于银，但却比银便宜得多。

而铜可用于制造多种合金，铜的重要合金有以下几种：

黄铜