Мідний матеріал

Мідь була основним матеріалом для людських інновацій протягом тисяч років.

Від стародавніх цивілізацій до передових сучасних технологій, універсальність міді, провідність, і довговічність зробили його незамінним.

У цьому дописі буде розглянуто різні марки та типи міді, заглибитися в його основні властивості, та обговорити його різноманітні застосування.

А також надайте корисні поради щодо вибору, які допоможуть вибрати правильну мідь для вашого наступного проекту.

1. Що таке мідь?

мідь (Мідь) — металічний елемент із хімічним символом Cu. ‌

Мідь є перехідним металом з атомним номером 29 і знаходиться в 4 періоді і групі IB періодичної системи.

Чиста мідь — це м’який метал із червонувато-помаранчевим кольором, коли поверхня щойно зрізана, з металевим блиском, пурпурно-червоний колір, коли елемент чистий,

хороша пластичність, Висока теплопровідність, і електропровідність.

Мідь або Cu елемент належить до категорії червоних металів разом з латунню та бронзою. Мідний елемент є кольоровим матеріалом, який добре піддається обробці, тому легко виготовляти різні деталі.

Це третій найбільш використовуваний метал у світі після заліза та алюмінію.

З точки зору глобальних мідних копалень і мідьвмісного виробництва, згідно з ICSG, з січня по жовтень 2022,

трійку країн світу за видобутком міді займає Чилі, Перу, і Конго, облік 24%, 11%, і 10% світового виробництва міді, відповідно.

Видобуток міді в Китаї займає четверте місце у світі, облік 9%.

2. Виробничі процеси

Видобуток і переробка

• Майнінг: Мідь переважно видобувається з рудних родовищ відкритим або підземним способом. До основних мідних руд відноситься халькопірит (CuFeS2) і борніт (Cu5FeS4).
  Відкрита видобуток корисних копалин становить близько 60% світового виробництва міді.
• Виплавка: Після видобутку, руда переробляється для концентрації вмісту міді. Це передбачає дроблення, шліфування, і флотація для відділення мідних мінералів від пустої породи.
  Концентрат зазвичай містить 20-30% мідь.
• Рафінування: Концентрована мідь потім очищається для отримання чистої міді. Два основних способи рафінування:

• • Пірометалургійна плавка: Цей метод передбачає нагрівання концентрату в печі для вилучення домішок і отримання чорнової міді, який містить о 98-99% мідь.
  • Електролітичне рафінування: Чорну мідь додатково очищають, пропускаючи електричний струм через розчин мідного купоросу, осадження чистої міді на катоді.
    Цей процес призводить до отримання міді з чистотою 99.99%.

Формування та формування

Кастинг

Кастинг передбачає заливання розплавленої міді у форми для створення складних форм і деталей. Цей спосіб ідеально підходить для виготовлення складних деталей:

• Пісочний кастинг: Розплавлену мідь розливають у піщані форми, які потім охолоджують і розбивають, щоб відкрити литу частину.
• Кастинг: Розплавлену мідь вводять під високим тиском у металеві фільєри, дозволяє виготовляти точні та деталізовані деталі.

Прокатка

Для формування міді в листи використовують прокатку, пластини, і смужки. Цей процес передбачає проходження міді через низку роликів:

• Гаряча прокатка: Мідь нагрівається та пропускається через ролики, щоб зменшити її товщину та покращити однорідність.
• Холодна прокатка: Мідь прокатується при кімнатній температурі для досягнення ще більшої точності та якості поверхні. Холодною прокаткою можна виробляти листи тонкими як 0.005 дюймів.

Малювання

Волочіння використовується для створення проводів і труб шляхом протягування міді через фільєри:

• Креслення дроту: Мідні стрижні протягують через серію поступово менших матриць, щоб зменшити їх діаметр. Цей процес може виробляти дроти тонкі як 0.0005 дюймів.
• Креслення труби: Мідні стрижні протягують через фільєри для формування труб різного діаметру та товщини стінок.

Кування

Кування передбачає надання міді потрібної форми за допомогою молотка або пресування. Цей метод часто використовується для високоміцних робіт:

• Кування з відкритим штампом: Мідь поміщають між двома пласкими штампами та забивають або пресують для формування.
• Кування із закритою матрицею: Мідь поміщають у матрицю певної форми та забивають або пресують, щоб заповнити порожнину матриці.

Екструзія

Екструзія використовується для створення міді з певними профілями поперечного перерізу. Процес передбачає продавлювання міді через фільєру:

• Пряма екструзія: Мідь проштовхується крізь матрицю за допомогою штовхача, створення потрібної форми.
• Непряма екструзія: Плашку просувають через мідь, який зберігається в контейнері. Цей метод є менш поширеним, але дозволяє отримати більш складні форми.

3. Види міді та їх марки

Мідь — це універсальний метал, який широко використовується в різних галузях промисловості, і його властивості можна покращити або змінити, сплавивши його з іншими елементами.

Розуміння типів міді та їх відповідних сортів має важливе значення для вибору правильного матеріалу для конкретного застосування.

У цьому розділі, ми вивчимо основні види міді та найпоширеніші марки, які використовуються у виробництві.

3.1. Чиста мідь (Нелегована мідь)

Чиста мідь є найякіснішою формою міді і часто використовується там, де електропровідність, Висока теплопровідність, і пластичність є найважливішими факторами.

Він містить 99.9% мідь, лише з незначними кількостями інших елементів.

Загальні сорти чистої міді:

• C11000 (Електролітичний жорсткий крок мідь - ETP): Це найпоширеніший сорт чистої міді.
  Має відмінну електропровідність (приблизно 100% IACS), що робить його ідеальним для електропроводки, силові кабелі, і компоненти в електрообладнанні.
  Він також стійкий до корозії та має високу пластичність, який корисний у різних промислових застосуваннях.

• C10100 (Мідь без кисню): Безкиснева мідь очищається до вищого рівня чистоти, ніж C11000, шляхом видалення вмісту кисню,
  що робить його ідеальним для високопродуктивних застосувань, які вимагають високої провідності та стійкості до водневої крихкості,
  наприклад, вакуумні трубки, висококласне аудіообладнання, і чутливі електричні системи.

3.2. Мідні сплави

Хоча чиста мідь корисна в багатьох сферах застосування, мідні сплави часто більш практичні завдяки своїм покращеним механічним властивостям, в тому числі підвищена міцність, Поліпшена резистентність до корозії, і кращу продуктивність в умовах високого стресу.

Мідні сплави зазвичай виготовляються шляхом поєднання міді з такими елементами, як цинк, жерстя, алюміній, і берилію.

A. Латунь (Мідно-цинкові сплави)

Латунь являє собою сплав міді і цинку. Він відомий своїм зовнішнім виглядом, схожим на золото, відмінна оброблюваність, і корозійна стійкість, що робить його корисним у широкому діапазоні застосувань,
наприклад сантехніка, електричні роз'єми, та музичні інструменти.

• C36000 (Латунь вільної обробки): Один з найпопулярніших латунних сплавів, C36000 ідеально підходить для механічної обробки та широко використовується для виготовлення різьбових деталей, фурнітура, і кріплення.
  Він має високу оброблюваність і може бути легко сформований у складні форми.
• C27000 (Комерційна латунь): Містить навколо 30% цинк, цей сплав менш піддається механічній обробці, ніж C360, але забезпечує баланс міцності, Корозійна стійкість, і легкість пайки.

Б. Бронза (Мідно-олов'яні сплави)

Бронза є ще одним важливим мідним сплавом, виготовлені переважно з міді та олова. Він відомий своєю твердістю, Корозійна стійкість, і носійне опір, що робить його ідеальним для використання в умовах високого стресу та морських середовищах.

• C51000 (Бронза фосфору): Містить невелику кількість фосфору, що підвищує його міцність і зносостійкість. Він широко використовується в електричних контактах, пружини, і підшипники.
• C61400 (Алюмінієва бронза): Цей бронзовий сплав містить як алюміній, так і мідь, забезпечує відмінну міцність, Корозійна стійкість (особливо в морській воді), і носійне опір.
  Він зазвичай використовується для морського обладнання, клапани, і лопатки турбіни.

C. Берилієва мідь (Мідно-берилієві сплави)

Берилієва мідь це високоміцний мідний сплав, який містить берилій (зазвичай 0.5-3%) разом з міддю.
Він має чудову електропровідність і міцніший за багато інших мідних сплавів, що робить його корисним у додатках, що вимагають високої міцності, провідність, і корозійна стійкість.

• C17200 (Берилієва мідь): Це найпоширеніший сорт берилієвої міді.
  Він зазвичай використовується для застосувань, що вимагають високої втомної міцності, наприклад електричні контакти, пружини, і роз’єми в аерокосмічній галузі, автомобільний, та промислова техніка.
• C17000 (Берилієва мідь, Висока міцність): Цей сорт має навіть вищу міцність, ніж C17200, і використовується в точних інструментах, військове застосування, і високопродуктивні пружини.

Д. Алюмінієва бронза (Мідно-алюмінієві сплави)

Алюмінієва бронза поєднує мідь і алюміній, утворюючи сплав, який є міцнішим і стійкішим до корозії, ніж звичайна бронза.
Він відомий своєю чудовою стійкістю до зношування та втоми, що робить його придатним для застосування з високим навантаженням.

• C95400 (Алюмінієва бронза): Містить до 11% алюміній, цей сплав використовується для морських застосувань, гідроциліндри, і підшипники.
• C95800 (Високоміцна алюмінієва бронза): Високоміцна алюмінієва бронза, яка використовується для високонавантажених компонентів у таких галузях, як аерокосмічна та автомобільна промисловість..

3.3. Інші мідні сплави та марки

A. Мідно-нікелеві сплави

Мідно-нікелеві сплави відомі своєю стійкістю до корозії в морській воді та інших агресивних середовищах.
Ці сплави використовуються в морському застосуванні, опріснювальні установки, та обладнання для хімічної обробки.

• C70600 (90/10 Мідно-нікелевий): Цей сплав містить 90% мідь і 10% нікель. Він зазвичай використовується в морських середовищах для теплообмінників, конденсаторні труби, і трубопроводи морської води.
• C71500 (70/30 Мідно-нікелевий): З більшим відсотком нікелю, цей сплав має кращу міцність і стійкість до корозії, ніж сплав 90/10 сплав і використовується в більш вимогливих морських і промислових застосуваннях.

Б. Мідно-свинцеві сплави

Ці мідні сплави мають невелику кількість свинцю, доданого для покращення оброблюваності. Вони часто використовуються для виготовлення деталей, які потребують легкої механічної обробки, наприклад втулки, підшипники, і передачі.

• C93200 (Бронза з олова): Цей сплав має високий вміст свинцю і олова, що робить його ідеальним для застосувань із високим навантаженням, такі як втулки та гільзи підшипників.

3.4. Як правильно вибрати марку міді

Вибір правильного сорту міді залежить від кількох факторів:

• Вимоги до заявки: Розглянемо необхідні механічні властивості, наприклад, сила, Корозійна стійкість, і провідність.
  Для електричних компонентів, мідь з високою провідністю, така як C11000, ідеально підходить, у той час як для застосувань високої міцності, сплави берилієвої міді (C17200) може бути більш доречним.
• Екологічні умови: Чи буде деталь піддаватися впливу морської води, високі температури, або корозійні речовини?
  Алюмінієва бронза (C95400) або мідно-нікелевих сплавів (C70600) краще підходять для таких середовищ.
• Вартість міркувань: Чиста мідь (C11000) може бути дорожчим за сплави, але його висока провідність робить його незамінним для електричних застосувань.
  З іншого боку, сплави латуні або бронзи можуть запропонувати більш рентабельний варіант для загального використання.
• Обробка: Якщо вам потрібен матеріал, який легко обробляти, латунь вільної обробки, як-от C36000, є хорошим вибором, оскільки він має високий рейтинг оброблюваності.

4. Основні властивості міді

Унікальні властивості міді роблять її безцінним матеріалом у різних галузях промисловості. Розуміння цих властивостей має вирішальне значення для вибору правильного типу міді для конкретних застосувань.
тут, ми заглибимося в хімічні та фізичні властивості міді.

Хімічні властивості

Корозійна стійкість

• Утворення природної патини: Однією з найпомітніших хімічних властивостей міді є її здатність утворювати захисну патину.
  При вплиді повітря та вологи, мідь розвиває зелений шар карбонату міді та сульфату міді.
  Ця патина діє як бар'єр, запобігання подальшої корозії. Формування патини може тривати кілька років, в залежності від умов навколишнього середовища.
• Стійкість до води та кислот: Мідь не реагує з водою, що робить його ідеальним для систем водопостачання та водопостачання.
  Однак, він може реагувати з сильними кислотами, такими як азотна кислота та сірчана кислота, а також міцні основи.
  Мідь, як правило, стійка до більшості неокислюючих кислот і лугів, що підвищує його довговічність у різних середовищах.

реактивність

• Окислення: Мідь може окислюватися під впливом повітря, утворюючи шар оксиду міді (CuO).
  Це окислення відбувається повільніше порівняно з іншими металами та не впливає суттєво на цілісність матеріалу.
• Гальванічна корозія: Коли мідь контактує з більш активними металами, такими як алюміній або сталь, у присутності електроліту (Напр., солона вода), може виникнути гальванічна корозія.
  Щоб запобігти цьому, рекомендується належна ізоляція або використання сумісних матеріалів.

Екологічна стабільність

• Атмосферне та морське середовище: Природна стійкість міді до атмосферного та морського середовища робить її кращим матеріалом для зовнішніх і морських застосувань.
  Він може витримувати тривалий вплив повітря, дощ, і морська вода без істотного погіршення.

Фізичні властивості

Щільність

• Значення: 8.96 g/cm³
• Значимість: Щільність міді відносно висока, що може бути недоліком у чутливих до ваги додатках, таких як авіакосмічна промисловість.
  Однак, ця властивість також сприяє його стабільності та структурній цілісності в багатьох інших цілях використання.

Точка плавлення

• Значення: 1,085° C (1,984° F)
• Значимість: Висока температура плавлення міді робить її придатною для застосування при високих температурах, такі як теплообмінники та печі.
  Він може зберігати свою структурну цілісність і провідність при підвищених температурах.

Теплопровідність

• Значення: 385 З/м · k
• Значимість: Мідь має один з найвищих показників теплопровідності серед металів, поступається лише сріблу.
  Ця властивість робить його ідеальним для застосувань, які потребують ефективної теплопередачі, наприклад системи охолодження, Теплообмінники, і посуд.
  Він може швидко розсіювати тепло, підвищення продуктивності та ефективності цих систем.

Електропровідність

• Значення: 59.6 × 10^6 См/м
• Значимість: Висока електропровідність міді є однією з її найважливіших властивостей.
  Він широко використовується в електропроводці, друковані плати (друковані плати), та електронні компоненти.
  Здатність міді проводити електрику з мінімальним опором забезпечує ефективність і надійність електричних систем.

Пластичність і пластичність

• Пластичність: Мідь можна витягнути на тонкі дроти без розриву. Ця властивість має вирішальне значення для виробництва електричних проводів і кабелів, які вимагають гнучкості та сили.
• Масштабність: Мідь можна ковтати або розкочувати в тонкі листи без руйнування.
  Ця властивість дозволяє виготовляти мідні листи, пластини, та інші тонкі компоненти, що робить його універсальним для різних процесів формування та формування.

Теплове розширення

• Значення: 16.5 мкм/м·°C (від 20°C до 100°C)
• Значимість: Мідь має помірний коефіцієнт теплового розширення, тобто він розширюється і стискається при зміні температури.
  Цю властивість необхідно враховувати у випадках, коли коливання температури є значними, щоб запобігти напрузі та потенційній несправності.

Магнітні властивості

• Немагнітний: Мідь не магнітна, що є корисним у додатках, де необхідно мінімізувати магнітні перешкоди, наприклад, в електронних пристроях і медичному обладнанні.

5. Переваги та недоліки міді

Переваги

• Відмінна електро- і теплопровідність: Висока провідність міді робить її ідеальною для електропроводки, Теплообмінники, і системи охолодження.
  Вживається в о 70% всієї електропроводки.
• Корозійна стійкість: Природна стійкість міді до корозії забезпечує довговічність і довговічність компонентів, особливо в атмосферному та морському середовищах.
• Малічність та пластичність: Здатність міді легко формувати та формувати різні компоненти робить її універсальною для багатьох застосувань.
• Переробка: Мідь є 100% підлягає переробці без втрати якості, що робить його екологічно чистим матеріалом.
  Переробка міді економить до 85% енергії, необхідної для видобутку та очищення нової міді.

Недоліки

• Висока вартість: Мідь дорожча за деякі альтернативні матеріали, що може збільшити вартість проекту. Ціна на мідь може значно коливатися через ринкову ситуацію.
• Вага: Мідь важча за деякі інші матеріали, що може бути недоліком у чутливих до ваги додатках, таких як авіакосмічна промисловість.
• М'якість: Чиста мідь відносно м'яка і може деформуватися під сильними навантаженнями, вимагають легування для підвищення міцності.

6. Застосування міді

Електричні та електронні програми

• Електропроводка та кабелі: Мідь є кращим матеріалом для електропроводки та силових кабелів через її високу провідність. Використовується в житлових приміщеннях, комерційний, і промислові установки.
• Друковані плати (друковані плати): Мідь необхідна для провідних ліній в електронних схемах, забезпечення мініатюризації та продуктивності сучасної електроніки.
• З'єднувачі та клеми: Мідь забезпечує надійне електричне з'єднання в різних пристроях, від побутової електроніки до промислового обладнання.

Будівництво та архітектура

• Покрівля та облицювання: Довговічність і естетична привабливість міді роблять її популярним вибором для покрівлі та облицювання. Це може тривати 100 років з мінімальним обслуговуванням.
• Трубопроводи та сантехніка: Стійкість міді до корозії та бактерій робить її ідеальною для систем водопостачання. Він використовується як в житлових, так і в комерційних сантехнічних роботах.
• Декоративні елементи: Мідь використовується в архітектурних деталях і дизайні інтер'єру через її естетичної привабливості, додавання нотки елегантності та тепла простору.

Промислові програми

• Теплообмінники: Висока теплопровідність міді робить її ідеальною для теплообмінників у системах ОВК та промислових процесах.
  Він може ефективно передавати тепло, підвищення енергоефективності.
• Насоси та клапани: Корозійна стійкість і довговічність міді роблять її придатною для різного промислового обладнання, включаючи насоси та клапани.
• Морське обладнання: Стійкість міді до корозії у морській воді робить її кращим матеріалом для корпусів човнів, гвинти, і морське обладнання.
  Це допомагає запобігти біообростанню та продовжує термін служби морських компонентів.

Споживчі товари

• Посуд: Чудовий розподіл тепла та естетична привабливість міді роблять її популярним вибором для горщиків, каструлі, та кухонне начиння.
  Це забезпечує рівномірне приготування їжі та додає кухні розкішний вигляд.
• Ювелірні вироби: Податливість міді та здатність формувати складні малюнки роблять її популярним матеріалом для модних аксесуарів.
  Його часто використовують у поєднанні з іншими металами для створення унікальних і красивих виробів.
• Музичні інструменти: Мідь використовується в мідних духових інструментах через її акустичні властивості та довговічність. Це сприяє насиченому звучанню та довговічності музичних інструментів.

7. Як вибрати правильну мідь для вашого проекту

Вибір правильного типу міді для вашого проекту є важливим для забезпечення оптимальної продуктивності, міцність, і економічна ефективність.
Ось ключові міркування, які допоможуть вам вибрати найкращий мідний матеріал для ваших потреб:

Визначте необхідні ключові властивості

Різні типи міді відрізняються різними характеристиками. Розуміння основних властивостей, необхідних для вашого проекту, звузить ваші можливості.

• Електропровідність: Для таких застосувань, як проводка, з'єднувачі, та електричні системи,
  мідь високої чистоти (як C11000 ETP) або безкисневої міді (C10100) ідеально підходить завдяки своїй винятковій провідності.
• Корозійна стійкість: Якщо ваш проект передбачає вплив вологи, хімічні речовини, або солоної води,
  розглянути мідні сплави, такі як алюмінієва бронза (C95400) або мідно-нікелевий (C70600) за їх чудову стійкість до корозії.
• Сила та довговічність: Для додатків з високим навантаженням, наприклад важке обладнання або аерокосмічні деталі,
  берилію мідь (C17200) забезпечує як міцність, так і зносостійкість, що робить його довговічним вибором.
• Теплопровідність: Для теплообмінників або інших компонентів, які вимагають ефективного відведення тепла, вибирайте мідь високої чистоти, наприклад C11000.

Оцініть умови навколишнього середовища

Середовище, в якому буде використовуватися мідний матеріал, є критичним фактором:

• Морське середовище: Мідно-нікелеві сплави (C70600 і C71500) мають високу стійкість до корозії морської води,
  що робить їх ідеальними для суднобудування, опріснювальні установки, та морське обладнання.
• Застосування при високих температурах: Деякі сплави, як алюмінієва бронза, зберігає міцність при високих температурах, що корисно для компонентів аерокосмічної та промислової печей.
• Їдкі хімікати: Для застосувань, які піддаються впливу агресивних хімічних речовин, бронза фосфору (C51000) і алюмінієва бронза забезпечують чудову стійкість.

Враховуйте вимоги до виробництва

Вибраний вами мідний матеріал має бути сумісним із бажаними виробничими процесами:

• Обробка: Якщо ваш проект потребує великої механічної обробки, латунь вільної обробки (C36000) є чудовим вибором завдяки простоті формування та обробки.
• Формування: Для проектів з глибоким витягуванням, штампування, або згинання, вибирайте мідні сплави з високою пластичністю, наприклад, алюмінієва бронза або фосфорна бронза.
• Лиття або кування: Якщо потрібне лиття, сплави типу C93200 (свинцева бронза) або алюмінієва бронза добре працюють у цьому процесі та забезпечують підвищену зносостійкість для важких умов експлуатації.

Оцініть обмеження витрат

Значну роль у виборі матеріалу відіграє бюджет:

• Мідь високої чистоти: У той час як високочисті міді (C11000, C10100) забезпечують чудову провідність, вони, як правило, дорожчі.
  Їх найкраще використовувати в критичних електричних додатках, де провідність не може бути порушена.
• Сплави для економічної ефективності: Латунні сплави, наприклад C27000, забезпечують хорошу стійкість до корозії та міцність за нижчої вартості,
  роблячи їх придатними для сантехніки, декоративне обладнання, і некритичні компоненти.

Відповідність певним галузевим стандартам

Багато галузей промисловості мають спеціальні стандарти для міді та мідних сплавів, щоб забезпечити надійність і ефективність.
Перевірте, чи має ваш проект відповідати певним стандартам, наприклад ASTM або SAE, оскільки ці вказівки часто рекомендуватимуть конкретні марки міді на основі галузевих вимог.

Довговічність і потреби в обслуговуванні

Для компонентів, які потребують незначного обслуговування та високої довговічності:

• Опір зносу: Берилієва мідь (C17200) це чудовий вибір для деталей, які витримують повторювані рухи та навантаження, як пружини та з’єднувачі, завдяки відмінній зносостійкості.
• Захист від корозії: Мідно-нікелеві сплави часто вибирають для морських застосувань через їх довговічність і незначне обслуговування в суворих умовах.

9. Висновок

Мідь це універсальний і важливий матеріал з багатою історією та багатообіцяючим майбутнім.
Його відмінна електро- і теплопровідність, Корозійна стійкість, і пластичність роблять його придатним для широкого спектру застосувань.
Розуміючи різні види міді, їх властивості, і виробничі процеси, ви можете приймати обґрунтовані рішення щодо вибору правильної міді для вашого проекту.

Ми сподіваємось, що цей посібник надав вам цінну інформацію про мідь та її застосування.
Якщо у вас виникли запитання або ви хочете поділитися своїм досвідом, не соромтеся залишити коментар нижче.
Слідкуйте за новинами, щоб дізнатися більше про виробництво DEZE.

 

До речі, якщо у вас є потреби в індивідуальних мідних виробах, Будь ласка, не соромтеся Зв’яжіться з нами.

Список літератури: https://internationalcopper.org/