淺談銅及銅合金的分類(lèi)及應(yīng)用

張鵬

摘要：銅及銅合金在機(jī)械、能源、交通以及工業(yè)設(shè)備中應(yīng)用非常廣泛，因此研究銅及銅合金的分類(lèi)和應(yīng)用很有必要，有利于更有效的應(yīng)用銅及銅合金。

關(guān)鍵詞：黃銅、青銅、白銅、應(yīng)用

一、銅合金的分類(lèi)

銅合金是以純銅為基體加入一種或幾種其他元素所構(gòu)成的合金。純銅呈紫紅色，又稱(chēng)紫銅。純銅密度為8.96g/cm3，熔點(diǎn)為1083℃，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性和耐蝕性。主要用于制作發(fā)電機(jī)、母線(xiàn)、電纜、開(kāi)關(guān)裝置、變壓器等電工器材和熱交換器、管道、太陽(yáng)能加熱裝置的平板集熱器等導(dǎo)熱器材。常用的銅合金分為黃銅、青銅、白銅3大類(lèi)。

黃銅 以鋅作主要添加元素的銅合金，具有美觀(guān)的黃色，統(tǒng)稱(chēng)黃銅。銅鋅二元合金稱(chēng)普通黃銅或稱(chēng)簡(jiǎn)單黃銅。三元以上的黃銅稱(chēng)特殊黃銅或稱(chēng)復(fù)雜黃銅。含鋅低于36%的黃銅合金由固溶體組成，具有良好的冷加工性能，如含鋅30%的黃銅常用來(lái)制作彈殼，俗稱(chēng)彈殼黃銅或七三黃銅。為了改善普通黃銅的性能，常添加其他元素，如鋁、鎳、錳、錫、硅、鉛等。鋁能提高黃銅的強(qiáng)度﹑硬度和耐蝕性，但使塑性降低，適合作海輪冷凝管及其他耐蝕零件。錫能提高黃銅的強(qiáng)度和對(duì)海水的耐腐性，故稱(chēng)海軍黃銅，用作船舶熱工設(shè)備和螺旋槳等。鉛能改善黃銅的切削性能，這種易切削黃銅常用作鐘表零件。黃銅鑄件常用來(lái)制作閥門(mén)和管道配件等。

青銅 原指銅錫合金，后除黃銅﹑白銅以外的銅合金均稱(chēng)青銅，并常在青銅名字前冠以第一主要添加元素的名。錫青銅的鑄造性能﹑減摩性能好和機(jī)械性能好，適合于制造軸承﹑蝸輪﹑齒輪等。鉛青銅是現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)和磨床廣泛使用的軸承材料。鋁青銅強(qiáng)度高，耐磨性和耐蝕性好，用于鑄造高載荷的齒輪﹑軸套﹑船用螺旋槳等。鈹青銅和磷青銅的彈性極限高，導(dǎo)電性好，適于制造精密彈簧和電接觸元件，鈹青銅還用來(lái)制造煤礦﹑油庫(kù)等使用的無(wú)火花工具。

白銅以鎳為主要添加元素的銅合金。銅鎳二元合金稱(chēng)普通白銅，加有錳、鐵、鋅、鋁等元素的白銅合金稱(chēng)復(fù)雜白銅。工業(yè)用白銅分為結(jié)構(gòu)白銅和電工白銅兩大類(lèi)。結(jié)構(gòu)白銅的特點(diǎn)是機(jī)械性能和耐蝕性好，色澤美觀(guān)。這種白銅廣泛用于制造精密機(jī)械﹑化工機(jī)械和船舶構(gòu)件。電工白銅一般有良好的熱電性能。錳銅﹑康銅﹑考銅是含錳量不同的錳白銅，是制造精密電工儀器、變阻器、精密電阻、應(yīng)變片、熱電偶等用的材料。

二、銅及銅合金的應(yīng)用

1.能源及石化工業(yè)中的應(yīng)用

※ 能源工業(yè)

火力及原子能發(fā)電都要依靠蒸汽作功。蒸汽的回路如下：

鍋爐發(fā)生蒸汽- 蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)作功- 作功后的蒸汽送至冷凝器- 冷卻成水- 回到鍋爐重新變成蒸汽。其間主冷凝器由管板和冷凝管組成。由于銅導(dǎo)熱性好并能抗水的腐蝕，所以它們均使用鋁黃銅或白銅制造。太陽(yáng)能的利用也要使用許多銅管。

※ 石化工業(yè)

銅和許多銅合金，在水溶液、鹽酸等非氧化性酸、有機(jī)酸（如：醋酸、檸檬酸、脂肪酸、乳酸、草酸等）、除氨以外的各種堿及非氧化性的有機(jī)化合物（如：油類(lèi)、酚、醇等）中，均有良好的耐蝕性；因而，在石化工業(yè)中大量用于制造接觸腐蝕性介質(zhì)的各種容器、管道系統(tǒng)、過(guò)濾器、泵和閥門(mén)等器件。還利用它的導(dǎo)熱性，制造各種蒸發(fā)器、熱交換器和冷凝器。由于銅的塑性很好，特別適合于制造現(xiàn)代化工工業(yè)中結(jié)構(gòu)錯(cuò)綜復(fù)雜、銅管交叉編制的熱交換器。

※ 海洋工業(yè)

海洋占地球表面面積70%以上，合理地開(kāi)發(fā)利用海洋資源日益受到人們的重視。海水中含容易造成腐蝕的氯離子，鋼鐵、鋁、甚至不銹鋼等許多工程金屬材料均不耐海水腐蝕。此外在這些材料，以及木材、玻璃等非金屬材料的表面上還會(huì)形成海洋生物污損。銅則一枝獨(dú)秀，不但耐海水腐蝕；而且溶入水中的銅離子有殺菌作用，可以防止海洋生物污損。因而，銅和銅合金是海洋工業(yè)中十分重要的材料，業(yè)已在海水淡化工廠(chǎng)、海洋采油采氣平臺(tái)、以及其它海岸和海底設(shè)施中廣泛應(yīng)用。

2.交通工業(yè)中的應(yīng)用

※ 船舶

由于良好的耐海水腐蝕性能，許多銅合金，如：鋁青銅、錳青銅、鋁黃銅、炮銅（錫鋅青銅）、白鋼以及鎳銅合金（蒙乃爾合金）己成為造船的標(biāo)準(zhǔn)材料。一般在軍艦和商船的自重中，銅和銅合金占2～3%。 軍艦和大部分大型商船的螺旋槳都用鋁青銅或黃銅制造。大船的螺旋槳每支重 20～ 25噸。伊麗莎白皇后號(hào)和瑪麗皇后號(hào)航母的螺旋槳每支重達(dá)3 5噸。大船沉重的尾軸常用"海軍上將"炮銅，舵和螺旋漿的錐形螺栓也用同樣材料。引擎和鍋爐房?jī)?nèi)也大量用銅和銅合金。世界上第一艘核動(dòng)力商船，使用了30噸白銅冷凝管。近來(lái)用鋁黃銅管作油罐的大型加熱線(xiàn)圈。在10萬(wàn)噸級(jí)的船上就有12個(gè)這種儲(chǔ)油罐，相應(yīng)的加熱系統(tǒng)規(guī)模相當(dāng)大。船上的電氣設(shè)備也很復(fù)雜，發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、通訊系統(tǒng)等幾乎完全依靠銅和銅合金來(lái)工作。大小船只的船艙內(nèi)經(jīng)常用銅和銅合金來(lái)裝飾。甚至木制小船，也最好用銅合金（通常是硅青銅）的螺絲和釘子來(lái)固定木結(jié)構(gòu)，這種螺絲可以用滾軋大量生產(chǎn)出來(lái)。為了防止船殼被海生物污損影響航行，過(guò)去經(jīng)常采用包覆銅加以保護(hù)；現(xiàn)在，則普遍用刷含銅油漆的辦法來(lái)解決。

※ 汽車(chē)

汽車(chē)用銅每輛10～2I公斤，隨汽車(chē)類(lèi)型和大小而異，對(duì)于小轎車(chē)約占自重的6～9%。銅和銅合金主要用于散熱器、制動(dòng)系統(tǒng)管路、液壓裝置、齒輪、軸承、剎車(chē)摩擦片、配電和電力系統(tǒng)、墊圈以及各種接頭、配件和飾件等。其中用銅量比較大的是散熱器?，F(xiàn)代的管帶式散熱器，用黃銅帶焊接成散熱器管子，用薄的銅帶折曲成散熱片。

※ 鐵路

鐵路的電氣化對(duì)銅和銅合金的需要量很大。每公里的架空導(dǎo)線(xiàn)需用2 噸以上的異型銅線(xiàn)。為了提高它的強(qiáng)度，往往加入少量的銅（約1%）或銀 。此外，列車(chē)上的電機(jī)、整流器、以及控制、制動(dòng)、電氣和信號(hào)系統(tǒng)等都要依靠銅和銅合金來(lái)工作。

※ 飛機(jī)

飛機(jī)的航行也離不開(kāi)銅。例如：飛機(jī)中的配線(xiàn)、液壓、冷卻和氣動(dòng)系統(tǒng)需使用銅材，軸承保持器和起落架軸承采用鋁青銅管材。

3.機(jī)械和冶金工業(yè)中的應(yīng)用

※ 機(jī)械工程

幾乎在所有的機(jī)器中都可以找到銅制品部件。除了電機(jī)、電路、油壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)中大量用銅以外，種類(lèi)繁多用黃銅和青銅制造的傳動(dòng)件和固定件，如齒輪、蝸輪、蝸桿、聯(lián)結(jié)件、緊固件、扭擰件、螺釘、螺母等，比比皆是。幾乎在所有作機(jī)械相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部件之間，都要使用減磨銅合金制作的軸承或軸套，特別是萬(wàn)噸級(jí)的大型擠壓機(jī)、鍛壓機(jī)的缸套、滑板幾乎都用青銅制成，鑄件重量可達(dá)數(shù)噸。

※ 冶金設(shè)備

冶金工業(yè)是消耗電能的大戶(hù)，素有"電老虎"之稱(chēng)。在冶金廠(chǎng)的建設(shè)中通常必須要有一個(gè)依靠銅來(lái)進(jìn)行工作的龐大的輸、配電系統(tǒng)和電力運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備。此外，在火法冶金中，連續(xù)鑄造技術(shù)已占據(jù)主導(dǎo)地位，其中的關(guān)鍵部件—結(jié)晶器，大都采用鉻銅、銀銅等高強(qiáng)度和高導(dǎo)熱性的銅合金。電冶金中的真空電弧爐和電渣爐水冷坩堝使用鋼管材制造，各種感應(yīng)加熱的感應(yīng)線(xiàn)圈都是用銅管或異型銅管繞制而成。

參考文獻(xiàn)：

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