数千年来，铜一直是人类创新的基本材料.
从古老的文明到尖端的现代技术, 铜的多功能性, 电导率, 耐用性使其必不可少.
这篇文章将探讨各种铜的各种等级和类型, 深入研究其关键属性, 并讨论其不同的应用.
并提供有用的选择技巧，以帮助您为下一个项目选择合适的铜.
1. 什么是铜?
铜 (铜) 是具有化学符号Cu的金属元素.
铜是一种过渡金属元件，原子量为 29 并位于元素周期表的第四阶段和IB组.
纯铜是一种柔软的金属，当表面切割时，带有红橙色的颜色, 具有金属光泽, 当元素纯净时，紫色的颜色,
良好的延展性, 高热电导率, 和电导率.
铜或铜元素属于红色金属类别，黄铜和青铜. 铜元素是一种非有产且高度可加工的材料, 因此，制造不同的零件很容易.
它是世界第三大的金属，仅次于铁和铝.
从全球铜矿和含铜生产的角度来看, 根据ICSG, 从一月到十月 2022,
在铜矿生产方面，世界上排名前三的国家是智利, 秘鲁, 和刚果, 会计 24%, 11%, 和 10% 全球铜生产, 分别.
中国的铜矿生产在世界上排名第四, 会计 9%.
2. 制造过程
提取和精炼
- 矿业: 铜主要通过开放坑或地下开采从矿石沉积中提取. 主要铜矿石包括金黄铁矿 (cufes2) 和bornite (Cu5fes4).
开放式采矿帐户约为 60% 全球铜生产. - 冶炼: 采矿后, 加工矿石以集中铜含量. 这涉及压碎, 研磨, 和浮选以将铜矿物与废岩分开.
浓缩物通常包含 20-30% 铜. - 精制: 然后将浓缩的铜进行完善以产生纯铜. 两种主要的精炼方法是:
-
- 增射冶金冶炼: 此方法涉及将浓缩物在炉中加热以提取杂质并产生水泡铜, 包含 98-99% 铜.
- 电解精炼: 通过将电流通过硫酸铜溶液，进一步完善了水泡铜, 在阴极上沉积纯铜.
此过程导致铜的纯度 99.99%.
形成和塑造
铸件
铸件 涉及将熔融铜倒入模具中以创建复杂的形状和零件. 此方法是产生复杂组件的理想选择:
- 沙子铸造: 将熔融铜倒入沙子中, 然后将其冷却并破碎以揭示铸件部分.
- 铸造: 熔融铜在高压下注入金属模具, 允许生产精确和详细的零件.
滚动
滚动用于形成铜, 盘子, 和条. 此过程涉及通过一系列滚筒将铜传递:
- 热滚动: 铜被加热并通过滚筒以减小其厚度并提高其均匀性.
- 冷滚动: 铜在室温下滚动以达到更高的精度和表面饰面. 冷滚动会产生像 0.005 英寸.
绘画
绘图用于通过将铜拉通过模具来创建电线和管子:
- 电线图: 将铜杆拉到一系列逐渐较小的模具中以降低直径. 这个过程可以产生像 0.0005 英寸.
- 管图: 将铜杆拉开，以形成各种直径和壁厚的管.
锻造
锻造涉及通过锤击或将其压入所需形式来塑造铜. 此方法通常用于高强度应用:
- 开放式锻造: 将铜放置在两个扁平的模具之间，并被锤打或按下以形成.
- 闭合锻造: 将铜放置在具有特定形状的模具中，锤打或按下以填充模具腔.
挤压
挤出用于创建具有特定横截面轮廓的铜. 该过程涉及迫使铜通过死亡:
- 直接挤出: 铜被公羊推开, 创建所需的形状.
- 间接挤出: 模具被推开铜, 放在容器中. 这种方法不太常见，但会产生更复杂的形状.
3. 铜的类型及其成绩
铜是一种广泛用于各种行业的多功能金属, 并且可以通过将其与其他元素合金化来增强或修改其属性.
了解铜的类型及其各自等级对于为您的特定应用选择合适的材料至关重要.
在这个部分, 我们将探索铜的主要类型和制造中最常见的成绩.
3.1. 纯铜 (非合金铜)
纯铜 是铜的最高级形式，通常在电导率的地方使用, 高热电导率, 锻造性是最关键的因素.
它包含 99.9% 铜, 只有其他元素.
纯铜的普通等级:
- C11000 (电解性强度螺距铜 - ETP): 这是最常用的纯铜等级.
它具有极好的电导率 (大约 100% IACS), 使其非常适合电气接线, 电缆, 和电气设备中的组件.
它也具有耐腐蚀和高度延展的能力, 这在各种工业应用中很有用.
- C10100 (无氧铜): 通过去除氧气含量，无氧铜的纯度水平比C11000更高,
非常适合需要高电导率和抗氢化力的高性能应用,
例如真空管, 高端音频设备, 和敏感的电气系统.
3.2. 铜合金
虽然纯铜在许多应用中很有用, 铜合金 由于其增强的机械性能，通常更实用, 包括增加强度, 改善耐腐蚀性, 并在高压力环境中表现更好.
铜合金通常是通过将铜与锌这样的元素结合而成的, 锡, 铝, 和铍.
一个. 黄铜 (铜锌合金)
黄铜 是铜和锌的合金. 它以其金色外观而闻名, 出色的可加工性, 和耐腐蚀性, 这使其在广泛的应用中有用,
例如管道, 电连接器, 和乐器.
- C36000 (免费安装的黄铜): 最受欢迎的黄铜合金之一, C36000是加工的理想选择，可广泛用于生产螺纹零件, 配件, 和紧固件.
它具有高可加工性，可以轻松形成复杂的形状. - C27000 (商业黄铜): 包含 30% 锌, 该合金比C360可加工，但提供了强度的平衡, 耐腐蚀性, 易于焊接.
b. 青铜 (铜锡合金)
青铜 是另一种重要的铜合金, 主要由铜和锡制成. 它以硬度而闻名, 耐腐蚀性, 并戴阻力, 使其非常适合在高应力和海洋环境中使用.
- C51000 (磷青铜): 包含少量的磷, 这增加了其强度和耐磨性. 它被广泛用于电触点, 弹簧, 和轴承.
- C61400 (铝青铜): 这种青铜合金既包含铝和铜, 提供出色的力量, 耐腐蚀性 (特别是在海水), 并戴阻力.
它通常用于海洋硬件, 阀, 和涡轮刀片.
c. 铍铜 (铜晶金合金)
铍铜 是一种含有铍的高强度铜合金 (通常 0.5-3%) 和铜一起.
它具有出色的电导率，并且比许多其他铜合金强, 这使其在需要高强度的应用中有用, 电导率, 和耐腐蚀性.
- C17200 (铍铜): 这是最广泛使用的铍铜等级.
它通常用于需要高疲劳强度的应用, 例如电触点, 弹簧, 和航空航天的连接器, 汽车, 和工业机械. - C17000 (铍铜, 高力量): 该等级的强度比C17200更高，用于精密仪器, 军事应用, 和高性能弹簧.
d. 铝青铜 (铜铝合金)
铝青铜 结合铜和铝形成比常规青铜更强且对腐蚀更具耐腐蚀性的合金.
它以其出色的磨损和抗疲劳性而闻名, 使其适用于高压力应用.
- C95400 (铝青铜): 最多 11% 铝, 该合金用于海洋应用, 液压缸, 和轴承.
- C95800 (高强度铝青铜): 一种高强度的铝制青铜，用于航空航天和汽车等行业高度压力的组件.
3.3. 其他铜合金和等级
一个. 铜尼克合金
铜 - 尼克合金以其在海水和其他恶劣环境中的耐腐蚀性而闻名.
这些合金用于海洋应用, 淡化植物, 和化学加工设备.
- C70600 (90/10 铜尼克): 该合金包含 90% 铜和 10% 镍. 它通常在海洋环境中用于热交换器, 冷凝器管, 和海水管道.
- C71500 (70/30 铜尼克): 镍百分比更高, 这种合金比 90/10 合金，用于苛刻的海洋和工业应用.
b. 铜铅合金
这些铜合金添加了少量铅以提高可加工性. 它们通常用于制造需要简单加工的零件, 例如衬套, 轴承, 和齿轮.
- C93200 (铅锡青铜): 这种合金具有较高的铅和锡, 使其适用于高负载应用程序, 例如衬套和轴承袖子.
3.4. 如何选择合适的铜等级
选择合适的铜等级取决于几个因素:
- 申请要求: 考虑所需的机械性能, 例如力量, 耐腐蚀性, 和电导率.
用于电气组件, 高导电性铜（例如C11000）是理想的, 而对于高强度应用, 铍铜合金 (C17200) 可能更合适. - 环境条件: 该零件会暴露于海水吗, 高温, 或腐蚀性物质?
铝青铜 (C95400) 或铜尼克合金 (C70600) 更适合这种环境. - 费用考虑: 纯铜 (C11000) 可能比合金贵, 但是它的高电导率使其对于电气应用必不可少.
另一方面, 黄铜或青铜合金可能为通用使用提供更具成本效益的选择. - 可加工性: 如果您需要易于机械架的材料, 像C36000这样的自由体验黄铜是一个不错的选择, 因为它具有较高的可加工性评级.
4. 铜的关键特性
铜的独特特性使其成为各个行业的宝贵材料. 了解这些属性对于为特定应用选择正确的铜类型至关重要.
这里, 我们深入研究铜的化学和物理特性.
化学特性
耐腐蚀性
- 天然铜绿的形成: 铜最著名的化学特性之一是它可以形成保护性铜绿的能力.
当暴露于空气和水分时, 铜形成绿色的铜碳酸盐和硫酸铜.
这座古铜色充当障碍, 防止进一步的腐蚀. 铜绿的形成可能需要几年, 取决于环境条件. - 对水和酸的抗性: 铜不与水反应, 使其非常适合管道和供水系统.
然而, 它可以与烈性酸（如硝酸和硫酸）反应, 以及强大的基础.
铜通常对大多数非氧化酸和碱有抵抗力, 这在各种环境中提高了其耐用性.
反应性
- 氧化: 暴露于空气时铜会氧化, 形成一层氧化铜 (铜).
与其他金属相比，这种氧化较慢，并且不会显着影响材料的完整性. - 电腐蚀: 当铜与铝或钢等更活跃的金属接触时 (例如。, 盐水), 可以发生电腐蚀.
为了防止这种情况, 建议适当的绝缘材料或使用兼容材料.
环境稳定性
- 大气和海洋环境: 铜对大气和海洋环境的自然抵抗使其成为户外和海洋应用的首选材料.
它可以承受长时间的空气暴露, 雨, 和海水没有明显退化.
物理特性
密度
- 价值: 8.96 g/cm³
- 意义: 铜的密度相对较高, 这可能是对体重敏感的应用等劣势，例如航空航天.
然而, 该属性还有助于其在许多其他用途中的稳定性和结构完整性.
熔点
- 价值: 1,085°C (1,984°f)
- 意义: 铜的高熔点使其适用于高温应用, 例如热交换器和熔炉.
它可以在高温下保持其结构完整性和电导率.
导热率
- 价值: 385 w/m·k
- 意义: 铜在金属中具有最高的热电导率之一, 仅次于银.
该属性使其非常适合需要有效传热的应用, 例如冷却系统, 热交换器, 和炊具.
它可以迅速散发热量, 提高这些系统的性能和效率.
电导率
- 价值: 59.6 ×10^6 s/m
- 意义: 铜的高电导率是其最重要的特性之一.
它被广泛用于电线, 印刷电路板 (PCB), 和电子组件.
铜的能力最小电阻的能力可确保高效可靠的电气系统.
延展性和可延展性
- 延性: 可以将铜拉入薄电线而不会破裂. 该特性对于生产电线和电缆至关重要, 需要灵活性和力量.
- 锻造性: 铜可以被锤打或卷成薄床单而不会破裂.
该属性允许生产铜板, 盘子, 和其他薄件, 使其用于各种形成和塑造过程.
热膨胀
- 价值: 16.5 µm/m·°C (从20°C到100°C)
- 意义: 铜的热膨胀系数中等, 这意味着它会随温度变化而扩大和收缩.
必须在温度变化以防止压力和潜在失败的应用中考虑此特性.
磁性特性
- 非磁性: 铜不是磁性, 这在需要最小化磁干扰的应用中是有益的, 例如在电子设备和医疗设备中.
5. 铜的优点和缺点
优势
- 出色的电导率和热导率: 铜的高电导率使其非常适合电线, 热交换器, 和冷却系统.
它用于大约 70% 所有电线. - 耐腐蚀性: 铜对腐蚀的自然耐药性可确保持久和耐用的组件, 特别是在大气和海洋环境中.
- 锻造性和延展性: 铜的易于形成并形成各种组件的能力使其在许多应用中具有多功能性.
- 回收: 铜是 100% 可回收而不会损失质量, 使其成为环保的材料.
回收铜节省 85% 开采和完善新铜所需的能量.
缺点
- 高成本: 铜比某些替代材料更昂贵, 可以增加项目成本. 由于市场条件，铜的价格会大大波动.
- 重量: 铜比其他材料重, 这可能是对体重敏感的应用等劣势，例如航空航天.
- 柔软: 纯铜相对较软，在高应力下会变形, 需要合金提高强度.
6. 铜的应用
电气和电子应用
- 布线和电缆: 铜是电线和电源电缆的首选材料，因为它的电导率很高. 它用于住宅, 商业的, 和工业环境.
- 印刷电路板 (PCB): 铜对于电子电路的导电迹线至关重要, 实现现代电子产品的微型化和性能.
- 连接器和终端: 铜在各种设备中提供可靠的电连接, 从消费电子到工业机械.
建筑和建筑
- 屋顶和覆层: 铜的耐用性和美学吸引力使其成为屋顶和覆层的流行选择. 它可以持续 100 维护最小的岁月.
- 管道和管道: 铜对腐蚀和细菌的耐药性使其非常适合供水系统. 它用于住宅和商业管道.
- 装饰元素: 铜用于审美吸引力的建筑细节和室内设计, 在空间中增加一丝优雅和温暖.
工业应用
- 热交换器: 铜的高热电导率使其非常适合HVAC系统和工业过程中的热交换器.
它可以有效地转移热量, 提高能源效率. - 泵和阀: 铜的耐腐蚀性和耐用性使其适合各种工业设备, 包括泵和阀门.
- 海洋设备: 铜对海水腐蚀的抵抗使其成为船体的首选材料, 螺旋桨, 和海洋硬件.
它有助于防止生物污染并延长海洋组件的寿命.
消费产品
- 炊具: 铜的出色热分配和美学吸引力使其成为锅的流行选择, 锅, 和厨房用具.
它可以确保烹饪，并为厨房增添豪华外观. - 珠宝: 铜的锻造性和形成复杂设计的能力使其成为时尚配饰的流行材料.
它通常与其他金属结合使用以创建独特而美丽的碎片. - 乐器: 铜用于其声学特性和耐用性的黄铜仪器. 它有助于乐器的丰富声音和寿命.
7. 如何为您的项目选择合适的铜
为您的项目选择合适的铜类型对于确保最佳性能至关重要, 耐用性, 和成本效益.
以下是指导您选择最佳铜材料满足您需求的主要考虑因素:
确定所需的关键属性
不同的铜类型在各种属性中表现出色. 了解项目所需的基本属性将缩小您的选择.
- 电导率: 用于接线等应用, 连接器, 和电气系统,
高纯铜 (像C11000 ETP) 或无氧铜 (C10100) 由于其出色的电导率是理想的选择. - 耐腐蚀性: 如果您的项目涉及水分暴露, 化学物质, 或盐水,
考虑铜合金等铝制青铜 (C95400) 或铜尼克 (C70600) 因为它们的耐腐蚀性. - 力量和耐用性: 用于高应力应用, 例如重型机械或航空航天零件,
铍铜 (C17200) 提供强度和耐磨性, 使其成为耐用的选择. - 导热率: 用于热交换器或其他需要有效散热的组件, 选择高纯铜等级等C11000.
评估环境条件
使用铜材料的环境是关键因素:
- 海洋环境: 铜尼克合金 (C70600和C71500) 对海水腐蚀具有高度抗性,
使它们非常适合造船, 淡化植物, 和离岸设备. - 高温应用: 一些合金, 像铝制青铜, 保持较高温度的力量, 这对航空航天和工业炉件有益.
- 腐蚀性化学物质: 对于暴露于苛刻的化学物质的应用, 磷青铜 (C51000) 和铝铜提供了极好的抗性.
考虑制造要求
您选择的铜材料应与所需的制造工艺兼容:
- 可加工性: 如果您的项目需要大量加工, 免费安装的黄铜 (C36000) 是易于塑造和处理的绝佳选择.
- 形成性: 用于涉及深图的项目, 冲压, 或弯曲, 选择具有高延展性的铜合金, 例如铝制青铜或磷青铜.
- 铸造或锻造: 如果需要铸造, C93200等合金 (铅铜) 或铝制青铜在此过程中表现良好，并为重型应用提供增强的耐磨性.
评估成本限制
预算在材料选择中起着重要作用:
- 高纯铜: 而高纯铜 (C11000, C10100) 提供较高的电导率, 他们通常更昂贵.
它们最好用于不损害电导率的关键电气应用. - 合金提高成本效率: 黄铜合金, 例如C27000, 以较低的成本提供良好的耐腐蚀性和强度,
使它们适合管道, 装饰硬件, 和非关键组成部分.
与特定的行业标准匹配
许多行业具有针对铜和铜合金的特定标准，以确保可靠性和性能.
检查您的项目是否必须符合特定标准, 例如ASTM或SAE, 由于这些准则通常会根据特定于行业的要求推荐特定的铜等级.
寿命和维护需求
对于需要低维护和高耐用性的组件:
- 戴阻力: 铍铜 (C17200) 对于忍受重复运动和压力的零件来说，是一个不错的选择, 喜欢弹簧和连接器, 由于其出色的耐磨性.
- 腐蚀保护: 铜 - 尼克合金通常是在海洋申请中以其长寿和较低条件下的维护降低的选择.
9. 结论
铜 是一种具有丰富历史和前途未来的多功能材料.
它出色的电导率, 耐腐蚀性, 锻造性使其适合广泛的应用.
通过了解不同类型的铜, 他们的特性, 和制造过程, 您可以做出明智的决定，为您的项目选择合适的铜.
我们希望本指南能为您提供有关铜及其应用的宝贵见解.
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