1. مقدمة
النحاس مقابل البرونز, سبيكة بارزة على أساس النحاس, خدمت الحضارة لآلاف السنين.
في حين أن لمعانهم المعدني الدافئ وتسميات مماثلة في كثير من الأحيان تخلط, هذه السبائك تمتلك تركيبات كيميائية مميزة, ملكيات, والتطبيقات.
من أدوارهم في الأسلحة القديمة والعملة المعدنية إلى الاستخدامات الحديثة في النظم الكهربائية والبيئات البحرية,
القرار بين النحاس والبرونز يتوقف على العديد من المعايير: الأداء الميكانيكي, المقاومة الكيميائية, التفضيل الجمالي, وكفاءة التكلفة.
يعد فهم فروقهم الدقيقة أمرًا ضروريًا لاختيار المادة المناسبة للوظيفة الصحيحة.
2. ما هو النحاس?
النحاس هو أ سبيكة النحاس والزنك معروف بها قابلية عمل ممتازة, مظهر ذهبي جذاب, والقوة الميكانيكية المعتدلة.
اعتمادًا على محتوى الزنك ووجود عناصر سبيكة إضافية, يمكن أن تظهر النحاس مجموعة واسعة من المادية, ميكانيكية, والخصائص الكيميائية.
إنها واحدة من أكثر السبائك الهندسية تنوعا وتستخدم على نطاق واسع في المكونات الكهربائية, العناصر الزخرفية, تركيبات السباكة, الآلات الموسيقية, والأجزاء الماكينة الدقة.
السمة المميزة للنحاس هي تكوينها القابل للضبط: عن طريق ضبط نسبة النحاس إلى الزنك وإدخال عناصر ثانوية مثل يقود, القصدير, الألومنيوم, المنغنيز, السيليكون, أو الحديد,
يمكن للمهندسين تخصيص أداء السبائك لتناسب تطبيقات محددة.
التركيب الكيميائي & أنظمة السبائك
عادة ما يتم تصنيف النحاس على أساسها بنية الطور و محتوى الزنك:
- ألفا النحاس (α-brass)
-
- محتوى الزنك: ما يصل إلى ~ 37 ٪
- بناء: محلول صلبة مرحلة واحدة
- ملكيات: قابلية العمل الباردة الممتازة, ليونة عالية, مقاومة جيدة للتآكل
- التطبيقات: رسم عميق, الغزل, تشكيل بارد
- ألفا بيتا النحاس (النحاس المزدوج)
-
- محتوى الزنك: 37-45 ٪
- بناء: مرحلتين (أ + ب)
- ملكيات: أقوى وأصعب, ولكن أقل الدكتايل; مناسب للعمل الساخن
- التطبيقات: المطروق, أجسام الصمامات, تجهيزات الشاقة
- النحاس الرصاص (قطع النحاس الحرة)
-
- محتوى الرصاص: ~ 1-3 ٪
- ملكيات: قابلية الماكينة الفائقة بسبب وجود جزيئات الرصاص المشتتة بدقة
- التطبيقات: مكونات الدقة المعنية, أجهزة السباكة, السحابات
- سبائك النحاس الخاصة
-
- عناصر صناعة السبائك مثل الألومنيوم (آل) لمقاومة القوة والتآكل, السيليكون (و) لتحسين مقاومة التآكل, و القصدير (سن) من أجل تعزيز المقاومة
- التطبيقات: الأجهزة البحرية, المحطات الكهربائية, التطبيقات الزخرفية
الدرجات والمعايير المشتركة
| درجة | معيار | تكوين نموذجي | الخصائص والتطبيقات |
| C26000 | ASTM B135 | النحاس 70%, الزنك 30% | <ص; قابلية العمل الباردة الممتازة; تستخدم في النوى المبرد, أغلفة الذخيرة, والزخرفة الزخرفية |
| C36000 | ASTM B16 | النحاس 61.5%, الزنك 35.5%, PB ~ 3 ٪ | النحاس النحاس الحر مع قابلية الآلات المتميزة; مثالي لآلات المسمار التلقائي |
| H62 | GB/T. 5231 (الصين) | النحاس 62%, الزنك 38% | نحاس للأغراض العامة مع قابلية عمل حار جيدة; تستخدم في السحابات, أجزاء الصمام, والمسامير |
| H59 | GB/T. 5231 (الصين) | النحاس 59%, الزنك 41% | أقوى ولكن أقل دكتايل; تستخدم في المكونات الهيكلية الميكانيكية |
| CZ108 | BS واحد 12163 | على غرار C27200 | ألفا النحاس; خصائص تشكيل البرد واللحام; تستخدم في الأجهزة المعمارية والهندسة العامة |
3. ما هو البرونز?
برونزية هي عائلة واسعة من السبائك القائمة على النحاس المقطوعة في المقام الأول مع القصدير,
على الرغم من العناصر الأخرى مثل الألومنيوم, السيليكون, الفوسفور, والمنغنيز هي أيضا عوامل سبائك شائعة في الأنظمة البرونزية الحديثة.
في حين تاريخيا مصطلح "البرونز" يشير بدقة إلى سبائك النحاس, ويشمل الآن مجموعة واسعة من السبائك ذات الخصائص المتنوعة المصممة لتلبية احتياجات صناعية محددة.
البرونز معروف به قوة عالية, مقاومة فائقة للتآكل, أداء تآكل ممتاز, والقدرة على تكوين فناء واقٍ مستقر, خاصة في البيئات القاسية.
تم استخدامه لآلاف السنين - يعود إلى العصر البرونزي - ولا يزال يستخدم على نطاق واسع في البحرية, الهيكلية, كهربائي, فني, وتطبيقات تحمل.
يكمن التمييز الرئيسي بين النحاس والبرونز في عناصر السبائك: النحاس هو في المقام الأول نحاس + الزنك, في حين أن البرونز عموما نحاس + القصدير (أو عناصر أخرى مثل Al, و, ص, من).
عادة ما يظهر البرونز قوة أعلى, صلابة, ومقاومة التآكل والتعب المعدني, وإن كان بتكلفة أعلى وانخفاض القابلية للآلات مقارنة بالنحاس.
التركيب الكيميائي & أنظمة السبائك
يتم تصنيف السبائك البرونزية بواسطة عنصر السبائك الأساسي وراء النحاس:
- الفوسفور البرونزي (cu - sn -p)
-
- محتوى القصدير: ~ 0.5-11 ٪, مع تتبع الفسفور
- صفات: مقاومة التعب العالية, احتكاك منخفض, خصائص الربيع ممتازة
- التطبيقات: محامل, الينابيع, موصلات كهربائية, التروس
- برونز الألومنيوم (مع -)
-
- محتوى الألومنيوم: ~ 5-12 ٪
- صفات: مقاومة تآكل استثنائية (وخاصة في المياه المالحة), قوة عالية
- التطبيقات: الأجهزة البحرية, الصمامات, مضخات, البطانات الطيران
- برونز السيليكون (مع -و)
-
- محتوى السيليكون: ~ 2-6 ٪
- صفات: قابلية جيدة, مقاومة التآكل, وقوة معتدلة
- التطبيقات: الأجهزة المعمارية, منحوتات, السحابات
- برونز المنغنيز (Cu -zn -mn -fe)
-
- من الناحية الفنية متغير النحاس, ولكن غالبًا ما يتم تجميعها مع البرونز بسبب خصائص القوة المماثلة
- صفات: قوة الشد العالية, مقاومة التآكل جيدة
- التطبيقات: المحامل الشاقة, مهاوي المروحة, ينبع صمام
الدرجات والمعايير المشتركة
| درجة | معيار | تكوين نموذجي | الخصائص والتطبيقات |
| C51000 | ASTM B139 | النحاس 95%, سن 5%, P تتبع | الفوسفور البرونز; مقاومة التعب عالية وخصائص الربيع; تستخدم في البطانات, التروس, الاتصالات الكهربائية |
| C54400 | ASTM B139 | النحاس 95%, سن 4%, PB 1% | برأس الفوسفور البرونز; تحسين القابلية للآلات للمكونات الدقيقة |
| C63000 | ASTM B150 | النحاس 83%, آل 10%, في 5%, الحديد 2% | نيكل الألومنيوم البرونز; مقاومة التآكل الفائقة والقوة; مثالي للمراوح البحرية, مضخات |
| C64200 | ASTM B150 | النحاس 93.5%, آل 6%, و 0.5% | السيليكون الألمنيوم البرونز; قوة جيدة ومقاومة للتآكل; تستخدم في السيقان والسحابات |
| C86300 | ASTM B271 | النحاس 70%, من 2.5%, الحديد 3%, الزنك 24% | البرونز المنغنيز; سبيكة تحمل عالية القوة; تستخدم للأجزاء الميكانيكية الحاملة للحمل |
4. الأداء الميكانيكي للنحاس مقابل البرونز
عند الاختيار بين البرونز مقابل النحاس للتطبيقات الهندسية, الأداء الميكانيكي هو معيار حاسم.
في حين أن كلاهما سبيكة تعتمد على النحاس, تختلف خصائصها الميكانيكية بشكل كبير على التكوين, يعالج, وهيكل المرحلة.
القوة الميكانيكية ومقارنة ليونة
| نوع السبائك | قوة الشد (MPa) | قوة العائد (MPa) | استطالة (%) | صلابة (نوعي) |
| C26000 (خرطوشة النحاس) | 300-500 | 100-250 | 30-50 | معتدل |
| C36000 (قطع النحاس الحرة) | 400-550 | 250-400 | 20-35 | معتدلة إلى منخفضة (بسبب المحتوى الرصاص) |
| C51000 (الفوسفور البرونزي) | 350-550 | 200-400 | 15-30 | عالي (ممتاز تحت الحمل الدوري) |
| C54400 (برأس الفوسفور البرونز) | 400-600 | 250-450 | 12-25 | عالي |
| C63000 (برونز الألومنيوم) | 550-800 | 300-600 | 10-20 | عالية جدًا (التأثير والتعب المقاوم) |
| C86300 (برونز المنغنيز) | 600-850 | 400-600 | 10-20 | عالي |
صلابة (برينيل, فيكرز, روكويل)
| نوع السبائك | برينيل (غ.ب) | فيكرز (الجهد العالي) | روكويل (ب/ح) |
| C26000 النحاس | ~ 65-110 | ~ 80-120 | ~ RB 60-80 |
| C36000 لقطات حرة | ~ 110-150 | ~ 120-160 | ~ RB 80–95 |
| C51000 PHOS البرونزية | ~ 80-130 | ~ 100-160 | ~ RB 70–85 |
| C63000 آل البرونز | ~ 150-200 | ~ 180-230 | ~ RC 25–35 |
| C86300 MN البرونز | ~ 170-230 | ~ 200-270 | ~ RC 25–35 |
حياة التعب في التحميل الدوري
| نوع السبائك | حد التحمل (MPa) | ملحوظات |
| ألفا النحاس (C26000) | ~ 100-150 | حساسة للعيوب السطحية وضغط الإجهاد |
| البرونز (C63000) | ~ 250-350 | مقاومة التعب متفوقة |
| الفوسفور البرونزي | ~ 150-250 | ممتاز لتطبيقات الربيع الدورية |
5. النحاس مقابل البرونز: بدني & جدول مقارنة الخصائص الحرارية
| ملكية | النحاس (النطاق النموذجي) | برونزية (النطاق النموذجي) | ملاحظات |
| كثافة | 8.3 - 8.7 جم/سم3 | 7.5 - 8.9 جم/سم3 | البرونز يختلف أكثر من خلال عناصر صناعة السبائك (على سبيل المثال. القصدير, الألومنيوم, المنغنيز) |
| قوة محددة | 45 - 65 kn · m/kg | 55 - 85 kn · m/kg | البرونز عمومًا أقوى لكل وحدة وزن |
| الموصلية الحرارية | 95 - 130 ث / م · ك | 35 - 70 ث / م · ك | النحاس يجري الحرارة بشكل أفضل; مثالي لقطع أجزاء النقل الحراري |
| الانتشار الحراري | ~ 3.5 - 4.0 مم | ~ 1.8 - 2.8 مم | ينتشر النحاس الحرارة بشكل أسرع; التغيرات الحرارية البرومي |
| معامل التمدد الحراري (مرض الاعتلال الدماغي المزمن) | ~ 20 - 21 × 10⁻⁶ /ك | ~ 16 - 18 × 10⁻⁶ /ك | يوفر البرونز استقرارًا أفضل في تقلبات درجة الحرارة |
| السعة الحرارية المحددة | ~ 0.38 j/g · k | ~ 0.35 j/g · k | نحاس أفضل قليلاً لتخزين الحرارة |
| مقاومة الصدمة الحرارية | معتدل | عالي | البرونزية يقاوم التكسير تحت درجة الحرارة السريعة |
| الاستقرار الأبعاد | معتدلة إلى منخفضة | عالي | البرونز يفضل في بيئات ركوب الدراجات الحرارية الدقيقة |
6. صوتي & الصفات الجمالية للنحاس مقابل البرونز
الرنين والتخميد في الآلات الموسيقية (أجراس, الصنج, سلاسل)
- الأدوات النحاسية: النحاس هو المادة الأساسية للآلات الموسيقية مثل الأبواق, الترومبون, والقرون.
تتيح لها مقاومة الصوتية العالية نسبيًا وخصائص الرنين الجيدة إنتاجها المشرقة, أصوات قوية.
تعطي قدرة السبائك على الاهتزاز بحرية على ترددات محددة الأدوات النحاسية نغماتها الغنية المميزة. - البرونز في أدوات الإيقاع: يستخدم البرونز على نطاق واسع في أدوات الإيقاع مثل الأجراس, الصنج, و Gongs.
القصدير برونز, بخاصة, تشتهر بخصائصها الصوتية الممتازة.
لديهم مزيج فريد من الرنين والتخميد, مما يؤدي إلى دافئ, صوت غني مع استدامة طويلة.
على سبيل المثال, أجراس الكنيسة مصنوعة من برونزية العميقة, نغمات sonorous التي يمكن أن تحمل مسافات طويلة.
طيف اللون: النحاس الأصفر مقابل البرونز المحمر مقابل التشطيبات المذهبة
- لون النحاس: يختلف لون النحاس حسب محتوى الزنك. النحاس المنخفضة الزنك لها لون أصفر محمر, في حين أن النحاس العليا للزنك أكثر صفراء ذهبية.
هذا مشرق, لون جذاب يجعل النحاس اختيارًا شائعًا للتطبيقات الزخرفية, مثل الأجهزة, مجوهرات, ولهجات معمارية. - لون البرونز: عادة ما يكون البرونز لونًا محمرًا بنيًا, والتي يمكن أن تختلف قليلاً اعتمادًا على تكوين السبائك.
متأخر , بعد فوات الوقت, يمكن أن يطور البرونز الزنجار, التي يمكن أن تتراوح بين الأزرق الخضراء (في البيئات الخارجية) إلى بني أغمق, إضافة إلى جاذبيتها الجمالية, خاصة في الفن والمنحوتات المعمارية. - ينتهي مذهب: يمكن إعطاء كل من النحاس والبرونز تشطيبات مذهب لتعزيز مظهرها.
يمكن أن تتراوح التشطيبات المذهبة من الطلاءات الشبيهة بالذهب إلى أكثر, السماح بمجموعة واسعة من الخيارات الجمالية في المنتجات الزخرفية.
التقنيات الزخرفية: النقش, Patination, تصفيح
- النقش: يمكن حفر كل من النحاس والبرونز لإنشاء تصميمات معقدة. يتضمن الحفر استخدام المواد الكيميائية لإزالة المواد بشكل انتقائي من السطح, الكشف عن النمط المطلوب.
هذه التقنية شائعة الاستخدام في إنتاج لويحات زخرفية, عملات معدنية, والأشياء الفنية. - Patination: كما ذكر سابقا, البرونز يطور الزنجار بشكل طبيعي مع مرور الوقت. لكن, يمكن أيضًا تحفيز Patination بشكل مصطنع لتحقيق آثار جمالية محددة.
في النحاس, يمكن استخدام تقنيات Patination لإنشاء تشطيبات مسن أو عتيقة. - تصفيح: الطلاء هي تقنية زخرفية شائعة أخرى. يمكن مطلي النحاس بالذهب, فضي, أو النيكل لتعزيز مظهره وحمايته من التآكل.
يمكن أيضًا مطلي البرونز, على الرغم من أنها أقل شيوعًا بسبب جاذبيتها الجمالية الطبيعية وإمكانية التداخل مع تطور الزنجار المميز لها.
7. كهربائي & الخواص المغناطيسية للبرونز مقابل النحاس
تظهر النحاس مقابل البرونز سلوكيات كهربائية ومغناطيسية مميزة تؤثر على مدى ملاءمتها في الكهرباء, إلكتروني, والتدخل الكهرومغناطيسي (إيمي) التطبيقات.
الموصلية الكهربائية
| مادة | الموصلية الكهربائية (% IACS)* | التطبيقات النموذجية |
| النحاس (C26000) | 15 - 28% | موصلات كهربائية, محطات, مفاتيح |
| الفوسفور البرونزي (C51000) | 5 - 8% | الينابيع, الموصلات, جهات اتصال منخفضة التداول |
| برونز الألومنيوم (C63000) | 7 - 10% | الموصلات المقاومة للتآكل, جهات الاتصال المتخصصة |
IACS = معيار النحاس الدولي الصلب (100% = موصلية النحاس النقي)
- سبائك النحاس عرض عموما الموصلية الكهربائية المعتدلة, يكفي للعديد من المكونات الكهربائية حيث يتم توازن الموصلية والقوة الميكانيكية.
- سبائك برونزية يملك انخفاض الموصلية الكهربائية, إلى حد كبير بسبب عناصر صناعة السبائك (القصدير, الفوسفور, الألومنيوم),
جعلها أقل ملاءمة عند الحاجة إلى توصيل كهربائي عالي ولكنه قيمة حيث يتم إعطاء الأولوية للقوة الميكانيكية ومقاومة التآكل.
الخصائص المغناطيسية
| مادة | النفاذية المغناطيسية (µr) | السلوك المغناطيسي |
| النحاس | ~ 1.0 (غير مغناطيسية) | بشكل أساسي غير مغناطيسي |
| الفوسفور البرونزي | ~ 1.0 (غير مغناطيسية) | غير مغناطيسية |
| برونز المنغنيز | مغناطيسي قليلا | يمكن أن تظهر المغناطيسية الضعيفة |
- كلاهما النحاس ومعظم السبائك البرونزية غير مغناطيسية, وهو مفيد في التطبيقات التي تتطلب الحد الأدنى من التدخل المغناطيسي.
- بعض البرونز المتخصصة مثل البرونز المنغنيز قد تظهر خصائص مغناطيسية طفيفة ولكنها تظل غير مغناطيسية إلى حد كبير.
EMI/RFI اعتبارات التدريع
- بسبب الموصلية المعتدلة والطبيعة غير المغناطيسية, النحاس غالبا ما يستخدم في EMI/RFI مكونات التدريع مثل الموصلات والمرفقات, موازنة الموصلية مع المتانة الميكانيكية.
- انخفاض الموصلية من البرونز يقلل من فعاليته في التدريع مقارنة بالنحاس,
لكن مقاومة التآكل الفائقة تجعلها مناسبة للبيئات القاسية حيث يكون التدريع EMI ثانويًا. - الطلاء مع المعادن الموصلة للغاية (على سبيل المثال, الفضة أو النحاس) على النحاس أو البرونز يمكن تحسين الموصلية السطحية لتحسين أداء EMI/RFI.
8. مقاومة التآكل & سلوك السطح
- التطهير: يمكن أن تعاني النحاس من ترشيح الزنك في بيئات التآكل أو العالي كلوريد, إضعاف المادة.
- ترشيح القصدير: يقاوم البرونز التآكل العام بشكل أفضل ولا يختبر التآكل, على الرغم من أن القصدير يمكن أن يتلاشى في وسائط حمضية للغاية.
- تكسير التآكل الإجهاد: النحاس أكثر عرضة, خاصة في البيئات الغنية بالأمونيا.
- الأداء البحري: البرونز الألمنيوم والسيليكون مقاوم للتآكل بشكل استثنائي, تستخدم على نطاق واسع في الهياكل البحرية والبحرية.
- الزنجار: الأشكال البرونزية أ مستقر, الزنجار الوقائي, في حين أن النحاس يشوه وقد يتطلب التلميع أو الختم.
9. تلفيق & تشكيل النحاس مقابل البرونز
السلوك الصب: سيولة, انكماش, والمسامية
صب لا يزال طريق التصنيع الأساسي للعديد من المكونات النحاسية والبرونزية. يساعد فهم سمات الصب الخاصة بهم على تحسين التصميم وتقليل العيوب.
- النحاس يظهر سيولة فائقة, مع تصل القيم إلى حوالي 40-45 سم على مقياس اختبار السيولة, تمكين الأشكال الهندسية المعقدة مثل التجهيزات المعمارية التفصيلية والصمامات الدقيقة.
عادة ما ينخفض معدل الانكماش بين 1.5% و 2.0%, مما يساعد على الحفاظ على دقة الأبعاد. - في المقابل, سبائك البرونز تظهر سيولة معتدلة, تتراوح ما بين 30-38 سم تقريبًا, الذي يتحدى صب الأشكال الرقيقة الجدران أو المعقدة.
يمكن أن يرتفع الانكماش إلى 2.0% ل 2.5%, استلزم بدل في تصميم العفن لمنع عيوب الصب.
المسامية أكثر انتشارًا في المسبوكات البرونزية, خاصة بدون أنظمة التبريد المحسنة, التأثير على السلامة الميكانيكية.
العمل البارد: ليونة وتكوين حدود
يشكل العمل البارد المعادن أقل من درجة حرارة إعادة التبلور, تعزيز القوة من خلال تصلب الإجهاد ولكن يتطلب ليونة كافية.
- النحاس يضيء في قابلية العمل الباردة بسبب محتوى الزنك والبنية المجهرية, في كثير من الأحيان تحقيق قيم الاستطالة بين 30-50 ٪ في اختبارات الشد بعد الصلب.
هذا يسمح بعمليات مكثفة مثل الرسم العميق, الانحناء مع نصف قطر صغير (وصولاً إلى 3-5 مم في الأوراق), ورسم الأسلاك الدقيقة. - يختلف ليونة البرونز عن طريق عناصر صناعة السبائك; على سبيل المثال, يعرض البرونز الفوسفور استطالة بين 15-35 ٪, بينما ينخفض البرونز المصنوع من الألومنيوم إلى 10-20 ٪.
يتطلب تشكيل هذه السبائك الباردة نصف قطر أكبر من الانحناء (عادة >10 مم) والصلصة الوسيطة لتجنب التكسير.
العمل الساخن & الصلب: درجة الحرارة والاستجابة
يعمل العمل الساخن على تحسين البنية المجهرية ويسمح بتشوه يتجاوز حدود التشكيل البارد.
- الصلب النحاسي بكفاءة بين 450درجة مئوية و 600 درجة مئوية, مع الانتهاء من إعادة التبلور في غضون دقائق.
تنتج المتداول الساخن أو التزوير حجمًا موحدًا للحبوب, تحسين المتانة والليونة. - البرونز يتطلب درجات حرارة أعلى - في كثير من الأحيان 600درجة مئوية إلى 900 درجة مئوية - وأوقات طويلة الصلب, في بعض الأحيان عدة ساعات, لاستعادة ليونة.
برونز الألومنيوم, على سبيل المثال, يتطلب التحكم الدقيق لتجنب حدوث الحبوب التي يمكن أن تحلل الخصائص الميكانيكية.
القابلية للآلات والأدوات: الكفاءة والتحديات
القابلية للآلات تؤثر على أوقات الدورة, تكاليف الأدوات, وجودة الانتهاء من السطح.
- يتراوح تصنيف قابلية الجهاز من النحاس 70% ل 100% بالنسبة إلى معايير النحاس الحرة.
ينتج مستمر, رقائق مُدارة بسهولة وتتطلب قوى قطع معتدلة.
أدوات كربيد تتعامل بشكل فعال مع النحاس, السماح بآلات عالية السرعة مع الحد الأدنى من الأدوات. - إن قابلية سبائك البرونز أكثر متغيرًا وخفض بشكل عام, مع التقييمات بين 40% و 70%.
البرونز الألومنيوم والبرونز المنغنيز هي كاشف بشكل ملحوظ, زيادة معدلات ارتداء الأدوات.
غالب.
10. الانضمام & تجميع النحاس مقابل البرونز
يعد الانضمام إلى المكونات النحاسية والبرونزية جزءًا مهمًا من تطبيقها في السباكة, الأنظمة الكهربائية, التجميعات الهيكلية, والأعمال الفنية.
لحام النحاس مقابل نزح البرونز
لحام النحاس:
النحاس مناسب للغاية لكل من اللحام الناعم والصلب بسبب الموصلية الحرارية المواتية والتوافق مع مواد الحشو الشائعة.
- لحام لينة (< 450درجة مئوية) مثالي للتطبيقات الخفيفة مثل المجوهرات, المحطات الإلكترونية الصغيرة, والمكونات الزخرفية.
- الجنود القائم على الرصاص (على سبيل المثال, SN-PB 60/40) توفير ترطيب جيد وقوة معتدلة; لكن,
الجنود الخاليين من الرصاص (على سبيل المثال, SN-AG أو SN-CU) تم تبنيها على نطاق واسع للمنتجات المتوافقة مع ROHS. - لحام قاسي (لحام الفضة) يستخدم الجنود ذوي الصلة العالية (450-800 درجة مئوية),
مثل سبائك Ag-Cu-Zn, لإنشاء مفاصل قوية في الآلات الموسيقية النحاسية, تجهيزات السباكة الشاقة, والروابط الميكانيكية.
النحاس البرونزي:
النحومة هي طريقة الانضمام المفضلة للبرونز بسبب ارتفاع نقاط الانصهار ومتطلبات القوة.
- تتراوح درجات حرارة النحاس النموذجية من 750درجة مئوية إلى 950 درجة مئوية, اعتمادًا على تكوين السبائك.
- القصدير برونزية وفوسفور البرونز غالبًا ما يتم تجاهدهم باستخدام معادن حشو Cu-P أو Cu-SN, تم اختياره لمطابقة خصائص المعادن الأساسية بشكل وثيق وتقليل الآثار الجلفانية.
- البرونز الألومنيوم والمنغنيز تتطلب مواد حشو متخصصة مع مطابقة محتوى الألومنيوم لتجنب عدم تطابق الطور وتشكيل intermetallic.
- غالبًا ما تكون التدفقات أو الأجواء الخاملة ضرورية لمنع الأكسدة أثناء الانضمام إلى درجة الحرارة العالية.
الانضمام الميكانيكي (المواضيع, الصحافة نوبات)
النحاس الميكانيكي الانضمام:
- إن قابلية النحاس الممتازة تجعلها مثالية اتصالات الخيوط, خاصة في أنظمة معالجة السوائل مثل توصيلات الأنابيب, الصمامات, ومباني المستشعر.
- الصحافة نوبات تعمل عادة في تطبيقات الحمل منخفضة إلى معتدلة.
تسمح ليونة النحاس بتشوه مرن طفيف أثناء الإدراج, ضمان مفصل دافئ مقاوم للاهتزاز.
الانضمام الميكانيكي البرونزي:
- بسبب ذلك أعلى صلابة وقوة, المكونات البرونزية المستخدمة في التطبيقات الشاقة (على سبيل المثال, تحمل العلب, الصمامات البحرية) غالبًا ما تعتمد على أشكال الخيط القوية والتحملات التي تزيد من ملاءمة الصحافة.
- مثل سبائك برونزية أصعب البرونز المنغنيز أو البريليوم البرونز تتطلب تصنيع دقيق وأحيانًا قبل التسخين من العلب لتمكين تداخل أسهل نوبات دون تحفيز الشقوق.
مقارنة:
- سرعة قطع الخيط: نحاس - مرتفع (300-400 SFM); البرونز - معتدل (150-250 SFM)
- اضغط على مدى التسامح (لعمود ⌀25 مم): النحاس ~ 25-50 ميكرون; البرونز ~ 15-35 ميكرون
توافق الترابط اللاصقة
الترابط اللاصق النحاسي:
- الروابط النحاسية بشكل جيد مع الايبوكسي, cyanoacrylates, و المواد اللاصقة اللاهوائية, خاصة في التجمعات منخفضة التوتر.
- للحصول على أفضل النتائج:
-
- نظيف مع كحول الأيزوبروبيل أو الأسيتون
- قم برفع السطح برفق لزيادة منطقة التلامس
- تطبيق المادة اللاصقة والمشبك لمدة 5-30 دقائق اعتمادًا على الصياغة
تشمل التطبيقات حوامل الزخرفة, مقاييس الاتصال, وهياكل الزينة.
ترابط لاصق من البرونز:
- البرونز يتطلب المزيد الإعدادية السطح الصارمة بسبب تكوين الأكسيد السريع.
-
- مُستَحسَن: النقش الكيميائي (على سبيل المثال, حمض الفوسفوريك) أو تفجير الحصباء تليها الترابط الفوري.
- المواد اللاصقة الايبوكسي عالية القوة مع استطالة >5% يفضل, خاصة للمفاصل الهيكلية أو الاهتزاز المعرضة للاهتزاز.
مناسبة ل إدراج الأداة, إصلاح هيكلي, والتركيبات الفنية, خاصة عندما يكون اللحام غير ممكن.
11. التطبيقات الصناعية الرئيسية للنحاس مقابل البرونز
حصل النحاس والبرونز على مكانهما في الصناعة الحديثة عبر قرون من الأداء الموثوق.
مجموعاتهم المميزة من القوة الميكانيكية, مقاومة التآكل, وقابلية العمل تجعلها لا غنى عنها في مجموعة واسعة من القطاعات.
التطبيقات الصناعية للنحاس
أنظمة معالجة السباكة والسوائل
قابلية النحاس الممتازة, مقاومة التآكل في مياه الشرب, وقدرة الختم تجعلها المعدن المفضل لمكونات مثل:
- تجهيزات الأنابيب
- الصمامات
- الحنفيات
- أكمام الضغط
- فوهات الرش
صناعة الكهرباء والإلكترونيات
تعتبر الموصلية الكهربائية الجيدة والخصائص غير المغناطيسية المثالية للأجهزة الكهربائية مثالية للأجهزة الكهربائية, مثل:
- الكتل الطرفية والمآخذ
- الموصلات وجهات الاتصال التبديل
- العروات الكابلات ومشابك التأريض
- لوحة الدوائر المطبوعة (ثنائي الفينيل متعدد الكلور) موافقات
الأدوات والساعات الدقيقة
تدعم استقرارها الأبعاد وخصائص الاحتكاك المنخفضة استخدامه في:
- التروس وعجلات الساعة
- مقابض المعايرة
- الأوجه والحواف
الهندسة المعمارية والأجهزة الزخرفية
تسمح الجمالية الذهبية والمقاومة للتطوير بالاستخدام على المدى الطويل في:
- مقابض الأبواب والأقفال
- الدرابزين والتقليم المعماري
- الآلات الموسيقية (الأبواق, قرون)
- تركيبات الإضاءة وشبكات الزينة
مكونات السيارات والفضاء
يتم استخدام النحاس عندما يكون الأداء الكهربائي ومقاومة التآكل أمرًا بالغ الأهمية:
- نوى المبرد وعناصر المدفأة
- تركيبات خط الفرامل
- علب مستشعر الوقود
صناعة الذخيرة والدفاع
بسبب ليونة ومقاومة التآكل, يستخدم النحاس على نطاق واسع في:
- حالات الخرطوشة
- أغلفة قذيفة
- مكونات الصمامات
التطبيقات الصناعية من البرونز
المحامل والبطانات
سبائك برونزية-وخاصة القصدير برونزية والبرونزية المحفوظة, ضروري ل:
- محامل الأكمام العادية
- غسالات الدفع
- توجيه البطانات في الأنظمة الهيدروليكية
البحرية والهندسة البحرية
مقاومة البرونز الفائقة لتآكل المياه المالحة تجعلها لا غنى عنها:
- المراوح والدفء
- مقاعد الصمام ومقاعد المضخة
- مكونات أنابيب مياه البحر
- أغلفة المحرك الغاطسة
المعدات الثقيلة والآلات الصناعية
للتحميل العالي, تطبيقات منخفضة السرعة, تساعد المكونات البرونزية في تقليل الاحتكاك والارتداء:
- عجلات التروس وتروس الدودة
- لوحات ارتداء الانزلاق
- تحمل الأقفاص والأختام
أنظمة الفضاء والدفاع
يتم استخدام البرونز المتخصص مثل البرونز المصنوع من الألومنيوم والبرونز البريليوم في التطبيقات الحرجة حيث تكون القوة والتعب مفتاحًا:
- السحابات الهيكلية
- بطانات معدات الهبوط عالية الضغط
- الموصلات الكهربائية مع خصائص الربيع
النحت والفنون الجميلة
بفضل خصائص الصب وتشكيل الزنجار, البرونز هو مادة تقليدية ومعاصرة ل:
- منحوتات ضخمة
- الميداليات واللوحات التذكارية
- المسبوكات الفنية والترميمات
التصنيع المضافة والتصنيع المتقدم
مع نمو الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد, يجري استكشاف بعض السبائك البرونزية:
- القطع الفنية المخصصة
- أدوات ارتداء عالية
- النماذج الأولية للمكونات الميكانيكية ذات القيمة الجمالية
12. إيجابيات وسلبيات من البرونز مقابل النحاس
الايجابيات النحاسية:
- إمكانية تصنيع ممتازة
- الموصلية العالية
- بسعر معقول
- تنوع جمالي جيد
سلبيات النحاس:
- خطر التطهير
- قوة أقل
- عرضة لتشويه
الايجابيات البرونزية:
- قوة عالية وارتداء المقاومة
- مقاومة تآكل متفوقة
- ممتاز للمحامل والأجزاء البحرية
- الزنجار الجميل مع مرور الوقت
سلبيات البرونز:
- أصعب على الجهاز
- أكثر تكلفة
- انخفاض الموصلية الحرارية والكهربائية
13. جدول المقارنة: النحاس مقابل البرونز
| فئة | النحاس | برونزية |
| تكوين قاعدة | نحاس + الزنك | نحاس + القصدير (أو عناصر أخرى) |
| عناصر صناعة السبائك المشتركة | الزنك, يقود (التمسك الحرة), النيكل (الفضة النيكل) | القصدير, الألومنيوم, السيليكون, الفوسفور, المنغنيز, البريليوم |
| لون | الذهب الساطع للأصفر (أعلى Zn) | بني محمر, في بعض الأحيان ذهبية; باتيناس مع مرور الوقت |
| كثافة (جم/سم3) | ~ 8.4–8.7 | ~ 8.7–8.9 |
| قوة الشد (MPa) | 300-550 | 350-800 (المصنوع من الألومنيوم حتى 900 MPa) |
| قوة العائد (MPa) | 100-350 | 200-600 |
| استطالة (%) | 20-50 | 10-35 |
| صلابة (برينيل HB) | 50-150 (يختلف بسبائك) | 60-210 (يمكن أن يتجاوز البرونز المصنوع من الألومنيوم 200 غ.ب) |
| الموصلية الحرارية (ث / م · ك) | ~ 100-130 | ~ 50-70 (القصدير البرونز); منخفضة مثل 35 لبعض البرونز الألمنيوم |
| الموصلية الكهربائية (%IACS) | 28-40 ٪ | 7-5 ٪ (أقل بكثير بسبب القصدير أو الألومنيوم) |
| مقاومة التآكل | جيد; عرضة للتطهير في الأمونيا/المالحة | ممتاز, خاصة في البيئات البحرية; محصن من التخلص |
| قابلية التشغيل (القدرة على التصنيع) | ممتاز, خاصة مع النحاس المحترم | معتدلة إلى جيدة; يختلف على نطاق واسع حسب نوع السبائك |
| القابلية للصب | جيد جدًا | ممتاز, خاصة بالنسبة للسباق الفني |
| قابلية العمل الباردة | ممتاز; يمكن رسمها, مختوم, نسج | معتدل; أكثر محدودا للبرونز الأصعب |
| يكلف | بشكل عام أقل | عموما أعلى, وخاصة من الألومنيوم والبرونز التخصص |
جودة الصوت (الاستخدام الموسيقي) |
ساطع, نغمات حادة (الأبواق, قرون) | دافيء, نغمات الرنين (أجراس, الصنج, غونغ) |
| تشكيل باتينا | يشوه إلى اللون البني الداكن أو الأخضر مع مرور الوقت | تشكل جمالياً الزنجار الأخضر/الأزرق على مدار فترات طويلة |
| النفاذية المغناطيسية | غير مغناطيسية | غير مغناطيسية (يمكن أن تكون بعض البرونز الألمنيوم مغناطيسيًا ضعيفًا) |
| لحام/النحومة | سهلة لحام; قد يتطابق الزنك أثناء اللحام | عادة ما تكون ناضحة; سبائك الحشو المتخصصة اللازمة لأداء عالي |
| مدى ملاءمة البحرية | محدودة - سبائك محددة فقط (على سبيل المثال, النحاس البحري) | ممتاز-على الأجزاء المعرضة لمياه البحر |
| التطبيقات الصناعية الرئيسية | تجهيزات السباكة, الآلات الموسيقية, موصلات كهربائية | محامل, البطانات, مراوح بحرية, النحت, التطبيقات عالية التحميل |
| قابلية إعادة التدوير | قابلة لإعادة التدوير للغاية | قابلة لإعادة التدوير للغاية |
14. خاتمة
النحاس والبرونز, بينما تشبه كيميائيًا في سبائك النحاس, تقديم خصائص وتطبيقات مختلفة.
النحاس يتفوق في الموصلية, القابلية للتشكيل, والتكلفة, مما يجعلها مثالية للاستخدامات الكهربائية والسباكة. برونزية تبرز في قوة, مقاومة التآكل, وطول العمر
يتطلب الاختيار بين النحاس والبرونز فهمًا مفصلاً لـ متطلبات الأداء, الظروف البيئية, وقيود التكلفة.
من خلال مواءمة خصائص المواد مع متطلبات التطبيق, يمكن للمهندسين والمصممين ضمان طول العمر, مصداقية, والقيمة الجمالية في منتجاتها.
الأسئلة الشائعة
أيهما أفضل: البرونز أو النحاس?
يعتمد ذلك على التطبيق.
- النحاس أفضل للتطبيقات التي تتطلب إمكانية تصنيع جيدة, الموصلية الكهربائية, و أ ساطع, المظهر الزخرفي, مثل السباكة, الآلات الموسيقية, والموصلات الكهربائية.
- برونزية هو أكثر ملاءمة ل عالية القوة, مقاومة للاهتراء, و مقاومة للتآكل التطبيقات, خاصة في البحرية, تحمل, و الآلات الثقيلة البيئات.
باختصار:
- يختار النحاس للجمال وسهولة التشكيل.
- يختار برونزية للقوة, متانة, والبيئات القاسية.
هل النحاس أو البرونز أكثر تكلفة?
البرونز عمومًا أغلى من النحاس.
- هذا بسبب ارتفاع محتوىه القصدير, الألومنيوم, أو غيرها من العناصر المتخصصة يحب البريليوم, والتي هي أكثر تكلفة من الزنك (تستخدم في النحاس).
- بالإضافة إلى ذلك, سبائك البرونز تميل إلى الحصول على معالجة أكثر تعقيدًا وغالبًا ما تستخدم في تطبيقات حرجة أو عالية الأداء, زيادة التكلفة.
كيف يمكنك معرفة ما إذا كان البرونز أو النحاس?
هنا الطرق الرئيسية للتمييز بين النحاس والبرونز:
- لون:
-
- النحاس: أصفر إلى الذهب, اعتمادًا على محتوى الزنك.
- برونزية: بني محمر, في كثير من الأحيان أغمق أو مع الزنجار.
- صوت (جودة اللونية):
-
- ضرب الكائن برفق: النحاس غالبًا ما يبدو أعلى و "رينغ", بينما برونزية يعطي أعمق, نغمة مزيد من الرنين.
- المغناطيسية:
-
- كلاهما غير مغناطيسية, لكن السبائك البرونزية قد تحتوي على آثار من الحديد أو العناصر الأخرى التي تظهر سلوك مغناطيسي طفيف.
- اختبار الشرارة (إذا كانت آمنة للأداء):
-
- البرونز ينتج أقصر, احمرار الشرر, بينما شرارات النحاس أكثر إشراقًا وأكثر صفراءًا بيضاء.
لماذا لم يعد البرونز يستخدم على نطاق واسع?
لا يزال البرونز يستخدم, لكن:
- لقد أصبح أقل شيوعا في المنتجات الاستهلاكية بسبب ارتفاع تكاليف المواد و صعود بدائل أكثر اقتصادا مثل النحاس, البلاستيك, والفولاذ المقاوم للصدأ.
- النحاس, أن تكون أسهل في الإنتاج وأرخص, لديه استبدال البرونز في العديد من التطبيقات غير الحرجة التي لا تكون فيها القوة الفائقة أو مقاومة التآكل ضرورية.
- في الهندسة الحديثة, البرونز محجوز ل أدوار محددة (على سبيل المثال, مراوح بحرية, البطانات) حيث تكون خصائصها فريدة ضرورية.
