銅合金就是指在純銅的基礎(chǔ)上加入一種或幾種其他元素所構(gòu)成的合金。銅合金的分類(lèi)還是挺好理解的。銅合金的顏色有很多種，不銅的銅合金種類(lèi)，具有不同的顏色，銅合金主要有紫色、黃色、青色等顏色。

一、分類(lèi)

銅合金分類(lèi)：按顏色分

1、黃銅：系指銅與鋅為基礎(chǔ)的合金，又可細(xì)分為簡(jiǎn)單黃銅和復(fù)雜黃銅，復(fù)雜黃銅中又以第三組元冠名為鎳黃銅、硅黃銅等;

2、青銅：系指除銅鎳、銅鋅合金以外的銅基合金，主要品種有錫青銅，鋁青銅、特殊青銅(又稱(chēng)高銅合金);

3、白銅：系指銅鎳系合金;

4、紫銅：系指純銅，主要品種有無(wú)氧銅、紫銅、磷脫氧銅、銀銅。

銅合金分類(lèi)：按合金系劃分

1、非合金銅：非合金銅包括高純銅、韌銅、脫氧銅、無(wú)氧銅等，習(xí)慣上，人們將非合金銅稱(chēng)為紫銅或純銅，也叫紅銅。

2、其他銅合金則屬于合金銅。我國(guó)和俄羅斯把合金銅分為黃銅、青銅和白銅，然后在大類(lèi)中劃分小的合金系。

銅合金分類(lèi)：按功能劃分

1、導(dǎo)電導(dǎo)熱用銅合金：主要有非合金化銅和微合金化銅。

2、結(jié)構(gòu)用銅合金：幾乎包括所有銅合金。

3、耐蝕銅合金：主要有錫黃銅、鋁黃銅、各種不白銅、鋁青銅、鈦青等。

4、耐磨銅合金：主要有含鉛、錫、鋁、錳等元素復(fù)雜黃銅、鋁青銅等。

5、易切削銅合金：銅-鉛、銅-碲、銅-銻等合金。

6、彈性銅合金：主要有銻青銅、鋁青銅、鈹青銅、鈦青銅等。

7、阻尼銅合金：高錳銅合金等。

8、藝術(shù)銅合金：純銅、黃銅、錫青銅、鋁青銅、白銅等。

銅合金分類(lèi)：按材料形成方法劃分

1、鑄造銅合金：鑄造，又可以用于變形加工。

2、變形銅合金：變形銅合金可以用于鑄造。

3、鑄造銅合金和變形銅合金又可以細(xì)分為鑄造用紫銅、黃銅、青銅和白銅。

二、合金元素的作用

微量元素進(jìn)入銅是不可避免的，由于元素特性的不同，可以不固溶于銅、微量固溶、大量固溶、無(wú)限互溶，固溶度隨溫度下降而激烈降低、固相下有復(fù)雜相變等，因此對(duì)銅性能的影響千差萬(wàn)別。

三、合金元素

對(duì)銅合金電導(dǎo)率的影響

1、氫

氫與銅不形成氫化物，氫在液態(tài)和固態(tài)銅中的溶解度隨著溫度升高而增大，特別是在液態(tài)銅中有很大的溶解度。銅凝固時(shí)，氫在銅中形成氣孔，導(dǎo)致銅制品的脆性。在固態(tài)銅中，氫以質(zhì)子狀態(tài)存在，氫的電子填充銅原子的S層軌道，形成質(zhì)子型固溶體。單純氫對(duì)銅的性能雖然影響甚微，但氫對(duì)銅及銅合金來(lái)說(shuō)是有害的，含氧銅在氫氣中退火時(shí)會(huì)產(chǎn)生裂紋。各種元素對(duì)氫在銅中的溶解度影響不一，其中Ni、Mn等元素增加溶解度，P、Si等元素減少溶解度，可以通過(guò)減少熔煉時(shí)間，調(diào)整成分，控制爐料中氫氣含量，熔體表面采用木炭覆蓋等辦法以減少銅中氫的含量。

2、氧

氧在銅的生產(chǎn)過(guò)程中是不可避免的，其影響也非常重要。在銅中除極少量固溶外，均以Cu2O形式存在。銅的氧化物不固溶于銅，形成Cu+Cu2O共晶組織，分布于晶界，共晶反應(yīng)為:L含氧0.39％----α含氧0.01％+Cu2O，亞共晶銅中的含氧量與共晶量成正比，可在顯微鏡下與標(biāo)準(zhǔn)圖片比較來(lái)精確測(cè)定銅中的含氧量。

　　氧對(duì)銅及合金性能的影響是復(fù)雜的，微量氧對(duì)銅的電導(dǎo)率和力學(xué)性能影響甚微，工業(yè)銅具有很高的電導(dǎo)率，其原因是氧作為清潔劑，可以從銅中清除掉許多有害雜質(zhì)，以氧化物形式進(jìn)入爐渣，特別是能夠清除砷、銻、鉍等元素，含有少量氧的銅其電導(dǎo)率可以達(dá)到100％～103％IACS，高純銅如6N銅在深冷條件下電阻值是相當(dāng)?shù)偷摹?/span>

電真空構(gòu)件用銅應(yīng)嚴(yán)格控制其中的氧含量，其原因是電真空器件需要在氫氣中封裝，銅中氫的存在會(huì)導(dǎo)致氫病發(fā)生，引起器件在高真空環(huán)境中破壞。

銅及銅合金熔煉時(shí)，一般均應(yīng)進(jìn)行脫氧，脫氧劑有磷、硼、鎂等，以中間合金形式加入，磷是***有效的脫氧劑，不過(guò)應(yīng)嚴(yán)格控制磷的殘留量，因其能夠強(qiáng)烈降低銅及合金的電導(dǎo)率。

3、銻、鉍、硫、碲、硒

這些元素在銅中固溶度極小，室溫下基本不溶于銅，它們以金屬化合物形式存在，分布于晶界，對(duì)銅的導(dǎo)電、導(dǎo)熱影響不大，但是都嚴(yán)重地惡化銅及合金的塑性加工性能，應(yīng)該嚴(yán)格控制其含量，各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定不應(yīng)超出0.005％;由于含有這些元素的銅，具有良好的切削性能，在工程技術(shù)界也有應(yīng)用，比如鉻銅，可以作為真空開(kāi)關(guān)中斷路器的觸頭，在斷路時(shí)，防止開(kāi)關(guān)觸頭的粘接，鉍銅中含鉍量可高達(dá)0.5％～1.0％;含碲0.15％～0.5％的碲銅合金，可作為高導(dǎo)電、易切削無(wú)氧銅使用，能夠加工成精密的電子元器件。作為特殊用途的銅合金，可以加入這些元素，但其加工工藝是特殊的，可采用包套擠壓、冷擠、鑄造、粉末冶金等方法。

4、砷、硼

砷在銅中有很大的固溶度，在固溶體中的可達(dá)6.8％～7.0％，砷在銅中存在強(qiáng)烈的降低其電導(dǎo)率和導(dǎo)熱性能，一般作為變質(zhì)劑加入，特別是對(duì)黃銅冷凝器合金來(lái)說(shuō)更為寶貴，近一百年來(lái)火電和艦船冷凝器管材使用實(shí)踐表明，含砷0.1％～0.15％的黃銅，能夠防止黃銅脫鋅腐蝕，解決了黃銅冷凝管早期泄漏的致命問(wèn)題，所以各種材料標(biāo)準(zhǔn)中都規(guī)定必須加入砷，經(jīng)驗(yàn)表明，不含砷的HSn70-1冷凝管，經(jīng)常在使用初期的2～3年內(nèi)發(fā)生泄漏事故，而加入砷后，壽命可增至15～20年，被稱(chēng)為銅合金研究中重大的技術(shù)進(jìn)步。砷之所以能夠防止黃銅脫鋅腐蝕，許多研究表明，砷能夠降低銅的電極電位，從而降低了電化學(xué)腐蝕傾向。由于砷的氧化物污染環(huán)境，對(duì)人體有害，所以熔煉合金的工廠(chǎng)都應(yīng)有專(zhuān)門(mén)的環(huán)保和防護(hù)措施；砷應(yīng)以中間合金方式加入，砷銅中間合金中砷含量可達(dá)15％～30％。

硼在銅中固溶度不大，一般作為脫氧劑使用，殘余的硼可以細(xì)化晶粒，人們發(fā)現(xiàn)的變質(zhì)作用十分顯著，在加砷黃銅合金中同時(shí)加入0.01％～0.04％硼，具有更好的防止黃銅脫鋅腐蝕的特點(diǎn)。硼的氧化物是銅合金熔煉時(shí)優(yōu)良覆蓋劑，已經(jīng)被廣泛地使用。在銅的焊接材料中也普遍地加入硼，可防止焊接金屬氧化。

5、磷

隨著溫度降低，磷在銅中的固溶量迅速減少，300℃時(shí)為0.6％，200℃時(shí)為0.4％。固溶于銅中的磷顯著地降低其電導(dǎo)率，含P0.014％的軟帶電導(dǎo)率為94％IACS。含P0.14％的電導(dǎo)率僅為45.2％。磷是***有效、成本***低的脫氧劑，微量的存在，可以提高熔體的流動(dòng)性，改善銅及合金的焊接性、耐蝕性、提高抗軟化溫度，所以磷又是銅及合金的寶貴添加元素，含P0.015％～0.04％的磷銅合金，廣泛用于生產(chǎn)建筑水道管、制冷和空調(diào)器散熱管、艦船海水管路;低磷銅合金板、帶材在電子和化工工業(yè)中廣泛應(yīng)用，集成電路引線(xiàn)框架銅帶也大量使用低確銅合金;共晶成分的磷銅合金，是優(yōu)良的焊接材料，高銅合金在580～620℃具有超塑性，可以熱擠成3～5mm的焊絲，是焊接銅及銅合金、鋼和銅零件的重要材料。

6、鉛

鉛不固溶于銅，在銅合金中固溶度也很小，與銅形成易熔共晶組織，含鉛在0～38％的銅，液態(tài)的鉛，與銅液互不相溶，凝固時(shí)形成偏晶組織;固態(tài)下，鉛在銅中以單質(zhì)狀態(tài)分布，可以分布在晶內(nèi)和晶界，含鉛的銅合金，在發(fā)生相變或再結(jié)晶時(shí)，晶界的鉛可以轉(zhuǎn)移到晶內(nèi)。鉛對(duì)銅及合金導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能無(wú)顯著影響，但可以改善可切削性能，鉛質(zhì)點(diǎn)又是固相，正是軸承材料所希望的軟相，所以含鉛銅及合金是寶貴的易切削材料與軸承材料，因其成本低廉更為市場(chǎng)所歡迎。含鉛黃銅使用極為廣泛，鉛的質(zhì)點(diǎn)越細(xì)小，分布越均勻，性能越優(yōu)良。含鉛銅及合金可以鑄態(tài)使用，也可以壓力加工。鉛黃銅在高溫(500℃以上)為單相β，熱加工性能優(yōu)良，可以承受大的熱變形，而在常溫下為a相和a+β相，冷變形時(shí)變形抗力大，塑性較差，過(guò)大的加工率會(huì)使合金材料產(chǎn)生裂紋。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，常規(guī)鉛黃銅的含鉛量已由0.8％～2.5％增加至5％以上，新型的含鉛紫銅、黃銅、青銅、白銅正不斷地被開(kāi)發(fā)出來(lái)。特別應(yīng)該指出的是，含鉛銅合金對(duì)原料的適應(yīng)性極強(qiáng)，可以直接使用再生銅生產(chǎn)，這對(duì)銅加工企業(yè)非常重要。

7、鐵、鋯、鉻、硅、銀、鈹、鎘

這七種金屬元素的共同特點(diǎn)是:它們有限固溶于銅，固溶度隨著溫度變化而激烈地變化，當(dāng)溫度從合金結(jié)晶完成之后開(kāi)始下降時(shí)，它們?cè)阢~中的固溶度也開(kāi)始降低，以金屬化合物或單質(zhì)形態(tài)從固相中析出，當(dāng)這些元素固溶于銅中，能夠明顯地提高其強(qiáng)度，具有固溶強(qiáng)化效應(yīng)，當(dāng)它們從固相中析出時(shí)，又產(chǎn)生了彌散強(qiáng)化效果，導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能得到了恢復(fù)，它們是典型的時(shí)效熱處理型銅合金，通過(guò)淬火(950～980℃、淬水)和時(shí)效(450～550℃、2-4h），可以獲得高強(qiáng)高導(dǎo)電性能。微量銀對(duì)銅的電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率降低不大，但能顯著提高再結(jié)晶溫度、抗變性能和耐磨性能，廣泛用于電機(jī)整流子，近來(lái)，又普遍用于制造高速列車(chē)的接觸導(dǎo)線(xiàn)。銅具有沖擊時(shí)不發(fā)生火花特性，是重要的航空儀表材料，由于鎘具有毒性，污染環(huán)境，用途日益縮小。鈹銅是***的彈性材料，鈹對(duì)銅的強(qiáng)化***為顯著，熱處理后的鈹銅強(qiáng)度，可達(dá)純銅的4～5倍。

鐵可以細(xì)化晶粒，改善銅及合金性能，在要求抗磁的環(huán)境下，應(yīng)嚴(yán)格控制鐵的含量，一般應(yīng)控制在0.003％以下。

鋯、鉻銅合金具有很高的電導(dǎo)率、強(qiáng)度，良好的抗軟化性能，是***的電極合金，在航天發(fā)動(dòng)機(jī)中有重要的應(yīng)用。

硅青銅具有高的強(qiáng)度和耐磨性能。鐵、鋯、鉻青銅是***的高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金，在電極制造中有重要應(yīng)用。

鐵、硅、鋯、鉻銅合金成為集成電路引線(xiàn)框架銅合金的基礎(chǔ)，其合金成分、性能的研究非?；钴S。

8、鋅、錫、鋁、鎳

這四個(gè)元素的共同特點(diǎn)是在銅中固溶度很大，分別為39.9％、15.8％和9.4％。鎳則無(wú)限互溶，它們與銅形成連續(xù)固溶體，具有寬闊的單相區(qū)，它們能夠明顯地提高銅的力學(xué)性能、耐蝕性能，但都使銅的導(dǎo)電，導(dǎo)熱性能降低，與其他金屬材料相比，仍屬于優(yōu)良的導(dǎo)電和導(dǎo)熱材料，它們與銅形成寶貴的合金，可分為黃銅、青銅、白銅合金，構(gòu)筑了龐大合金系的基礎(chǔ)，這些合金具有***的綜合性能。比如，黃銅具有高強(qiáng)、耐磨、耐蝕、高導(dǎo)熱、低成本;青銅具有高強(qiáng)、耐磨、耐蝕;白銅具有極為***的耐惡劣水質(zhì)和海水腐蝕性能，所有這些優(yōu)點(diǎn)都是其他金屬材料不能代替的。

9、稀土元素

稀土元素一般幾乎不固溶于銅，但少量的稀土金屬不管是單獨(dú)還是混合的形式加入，都對(duì)銅的力學(xué)性能有益，而對(duì)銅的電導(dǎo)率影響又不大。這類(lèi)元素可與銅中的雜質(zhì)鉛、鉍等形成高熔點(diǎn)化合物，呈細(xì)小的球形質(zhì)點(diǎn)均布于晶粒內(nèi)，細(xì)化晶粒，提高鋼的高溫塑性。向銅中添加0.008%混合稀土即可顯著改善銅的工藝性能;加入小于0.l%Y時(shí)，銅的力學(xué)性能與工藝性能就有所改善;含0.01%~0.15%La的銅合金的力學(xué)性能、電導(dǎo)率、抗軟化溫度均優(yōu)于Cu-0.15Ag合金，已在工業(yè)中獲得應(yīng)用。

10、難熔金屬及其他金屬

鎢、鉬、鈮、鈾、钚等元素幾乎不固溶于銅，鈦、鋯、鉻、鈷等元素少量固溶于銅，但它們都不同程度地細(xì)化銅晶粒，提高其再結(jié)晶溫度，中和一些易熔雜質(zhì)的有害作用，對(duì)改善高溫塑性有益。

含少量鋯(Cl5000、C15100、C18100))、鈷(C17110、C17500)、鉻(C18400、C18200、C18500)的銅合金已在工業(yè)上獲得應(yīng)用，成為良好的電工材料。

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