铜及铜合金概述

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1、铜及铜合金概述铜是人类最早发现和使用的金属材料，铜的熔点低，易合金化，是人类使用的最古老的 金属之一，早在公元前 7000 年人类就认识了自然铜，大约在公元前 3000 年左右在世界各地 出现了具有较高水平的铜冶炼业。3500 年前人们开始用铜合金制作生活器皿，曾经开创了辉 煌灿烂的古代青铜文明。现代工业文明制品，大多数使用金属材料，尤其是重要部件，显示了其的可靠性，但使 用单一金属的情况很少，大多使用合金材料，合金品种多，制造工艺各有特色。铜及铜合金 的特点不单纯是强度，主要是导、电导热性能优良，必须充分发挥其的导电性能好的优势， 才能最大限度地为社会做贡献。近现代，特别是十七世纪的产业革命

2、，及法拉第电磁感应定 律发现以来，由于铜及铜合金具有优良的导电、导热、耐蚀性能，易于加工，外表美观而大 规模应用于现代工程技术领域，广泛应用于机械、电子、电气、化工、交通、能源、建筑、 信息通讯等领域，例如：一部拖拉机平均用铜31 kg, 部解放汽车平均用铜21 kg,各种家 用电器产品、工业装置等都离不开铜及铜合金产品，是国民经济中不可替代的重要工程材料。 据国外统计，发达国家铜及铜合金与钢的消费比例大约在1.3： 100 左右，铜及铜合金的品种 及消费量已成为衡量一个国家工业技术水平的标志之一。铜及铜合金在工程技术领域广泛应用的根本特点是：其是目前经济的导电材料。纯铜具 有仅次于银的高导电

3、、导热性能、适宜的强度、优良的耐蚀性能，易于钎焊和形变加工，大 量用于制造各种电气导线和导体，其在电气（器）、电子行业应用的比例占总产量的一半以上， 例如：制造 1 万千瓦发电设备，包括输变电器材在内需用铜材近 800吨。近年来随着能源日 益紧迫，各行业节能降耗工作日益突出，电动机是广泛应用的耗电大户，各国都十分重视高 效节能电动机的开发推广，其中降低电阻消耗的重要途径就是加大电动机绕组的截面积。同 时随着人民生活水平的提高，民用负载不断加大，各种输电电缆的截面积也呈增加的趋势， 随着铜代铝按、国际标准配置居民电线线径等建筑规范的出台都为铜在电气领域提供了广阔 的发展前景。铜及铜合金的另一个特

4、点是：其具有优良的合金化特性，能和目前绝大多数金属或非金 属元素形成各具特色的合金，目前已形成 250 余个合金牌号，近万种规格的产品系列，满足 各行各业的需要，而且绝大多数铜合金具有较强的耐蚀性能，例如：白铜具有优良的机械性 能、加工性能和耐蚀性能，适用于高温高压下的耐蚀环境，广泛应用于医疗、仪表、造船、化工等领域；锡青铜具有优良的弹性和较高的机械性能，广泛用于各种仪器、仪表中弹性元 件及一些轴承摩擦套的制造；铝青铜具有可与钢相比的高强度，同时耐蚀性能优良，广泛用 于制造各种重载耐磨零件随着现代科技的发展，特别随着信息技术的高速发展，其用于高新科技领域的新型合金品种不断涌现，代表了当代工程材

5、料发展的方向，具有广阔的 发展前景。同时铜及铜合金还是当前最佳的环保材料，用于各种器件上的铜合金可以做到完全回收 循环使用。再生铜可以保持其原来的各种优越性能，这点是其他再生材料所不可比拟的。在 我国铜资源相对短缺的情况下，充分利用再生铜资源已成为一种新兴的产业。目前随着电子产品、汽车产量的增加，具有优良导电、导热性能的铜加工产品需求不断 增加，产品趋向薄壁化、大批量化，尤其是对引线框架、端子及连接器用带材的精度、平直 度、表面粗糙度、光泽度、防变色的要求越来越高。一、有色金属的分类及特点目前世界大约有 80 余种有色金属品种，具体分类如下：重有色金属密度大于4.5g/cm3,其中Pt取重其密

6、度为21.45g/cm3。轻有色金属密度小于4.5g/cm3,如：Ag、Mg、Na、Ca、K等。其中Mg最轻密 度仅为 1.74g/cm3。贵有色金属如: Au、Ag、Pt、Nb、Ir、er 等稀有金属稀有轻金属：Ti、Li、铷、铯、铍等，其中比重最小的是Li,其密度仅为0.53g/cm3。稀有高熔点金属：W、Mo、Sb、Nb、Zr、Hf、V、La等，其熔点 一般大于1700，其中W熔点最高为3390C。稀有分散金属：鎵、In、铊、锗等，在地壳中分散分布，没有独立 矿床。稀土金属：钪、钇、镧系合金（镧、铈、错、釹等15个相似元素） 虽然以共生形式存在，但储量很大。放射性兀素镭、锕系元素，如：钍

7、、镤、铀等。半金属Si、Se、Te、B共五个元素，能传热导电，具有一定的金属特性。二、铜及铜合金的分类及特点种类系列特点纯铜韧铜含氧量50600ppm，导电率不小于100%，适用于咼导电但无焊接性能要求的环境中。无氧铜含氧量一般小于30ppm，电子级无氧铜含氧量小于10ppm，真空用无氧铜含氧量小于3ppm,同时限制含磷量小于3ppm。主要用于有气密性要求的真空电子器件。脱氧铜主要是磷脱氧铜，含磷量在50400ppm之间，主要用于有焊接性要求的一般工业领域。其导电率最大为100%IACS。高铜含铜量在93.596%之间，通常加入少量合金兀素，在不剧烈降低纯铜导电性的前提下， 提高纯铜的耐热性、

8、切削性和强度。黄铜简单黄铜如H96、H90、H80、H68、H65、H62等，其耐蚀性随含锌量的提高而降低，一般把 含锌量高于30%的称为高锌黄铜，把含锌量在2030之间的称为中锌黄铜，把含锌量 低于20%的称为低锌黄铜。其中H65、H68黄铜具有良好的综合机械性能和加工性能 通常用于制作冲压拉伸件，广泛用于机械、仪器、电讯、车辆、乐器等领域。H62的 机械强度高，适于加工，主要用于螺钉、铜网、弹簧、垫片等机械零件的制造。复杂黄铜铝黄铜：如Hal77-2表面能够生成一层致密的氧化膜，具有极强的抗腐蚀能力，通常 用于海滨电站用冷凝管材料。锰黄铜：如HMn58-2其抗蚀能力较强，可提高合金的耐热能

9、力。铁黄铜：如HFe59-l-l可耐大气及海水腐蚀，高温性能极好，其加工材一般用于航空、 船舶等领域。铅黄铜：如HPb59-1、HPb63-3等，具有良好的机械性能和耐蚀性能，尤其是可实现高 速、高精度切削，是制作各种精密零件用的理想材料。锡黄铜：如HSn70-1、HSn90-1、HSn62-1、HSn60-1等，锡具有良好的固溶强化效果 合金的机械性能及压加性能优良，且锡可明显降低黄铜中铜锌的电位差，具 抑制合金脱锌腐蚀的能力，用于抗海水腐蚀零件，被誉为“海军黄铜”硅黄铜：如HSi80-1具有良好的抗腐蚀冃匕力和较高的机械性冃匕，主要用于制造各种耐 蚀构件及各种耐蚀机械零件。青铜锡青铜一般加

10、工用锡青铜含锡量小于8%,超过8%塑性会严重降低。如果含锡超过17%则其 强度也随之而降低，一般工业用锡青铜含锡量很少能达到20%。加入Zn、Pb、Ni、P 等合金兀素可改善其的组织、机械及工乙性能。其中QSn6.5-0.1、QSn6.5-0.4合金常用于弹性元件，具有优良的机械性能、耐蚀、耐磨 性能。QSn4-4-4、QSn4-4-2.5具有优良的耐磨性能，但只能冷加工而不能热加工，主要 用于铸造、机加工零件，如轴承、套衬等零件。无锡青铜主要有：铝青铜、硅青铜、铍青铜等品种。铝青铜含铝超过9%就会出现第一相，使变形抗力大幅上升，因而适于冷加工的铝青铜 最高含铝量一般为7%左右，超过9%的铝青

11、铜一般米用热加工生产。其中QA17具有良 好的机械性能和耐蚀性能，高弹抗蠕变，压加性能好，主要用于弹簧及弹性元件制造。QA19-4-4合金具有高强、耐磨、耐蚀、耐热性能，可靠热处理提高材料性能，热加工性 能良好，主要用于制造重要部件。硅青铜：如QSi3-1、QSi1-3等，其机械、工艺、耐蚀性能优良，冲击不发生火花，特别 是耐蚀性能极好，具有替代传统铝黄铜、锡黄铜制造各种耐海水腐蚀零件的趋势。主要 用于制造耐蚀弹簧、弹性元件及管网、焊接零件及发动机零件。铍青铜经热处理后机械性能可与特种钢相媲美，耐疲劳性极好，导电导热，冲击不发生 火花，主要用于高温、高压、高速条件下重要用途的弹性元件。白铜结构

12、白铜在白铜中CSH是主要杂质元素，结构白铜机械性能、耐蚀性能、抗氧化性能好，主要 用于精密机械、化工、船舶及强腐蚀介质零件。其中B19的耐蚀性、加工塑性优良，主 要用于雷管、散热（换热）器、精密抗蚀零件等。BZn15-20合金属锌白铜，又称“德银”具有良好的机械性能和美丽的银白色光泽，主要用于海洋、医疗、钟表、精密器件和装 饰品的加工制造。Bal6-1.5合金可以通过热处理进行强化，机械性能、耐蚀性能优良， 特别是其低温性能优异，在90K以下强度上升，主要用于精密器件及高级弹性元件。电工白铜主要是康铜合金，BMn40-1.5主要用于制造500C以下的低温电阻材料及热电偶。镍熔点1455C，化学

13、性能极其稳定，物理、机械性能优良,500C以下不与空气作用，在 海水、淡水中性能稳定，耐蚀性能在所有金属中最好，是制造耐热合金、电工耐蚀合金 的重要材料，广泛用于电子技术、海洋机械领域，但镍的导电性差，具有高的电真空性 能，磁性在355C以上消失。主要品种有：N2、N4、N6、N8。镍合金具有较高的耐热性，电动势大，电阻温度系数小，电阻系数大，耐蚀，塑性好，强度高 对碱、海水、食品、水蒸气稳定，但不耐铁、铜、汞、锡的硫酸盐的腐蚀，广泛用于精 密仪器、热电偶、电热仪器、电阻丝、变阻器及各种耐蚀零件。其中NCr20电阻丝耐热 温度咼达1100C； NCr9、10电阻咼，电阻温度系数小，热电势大，适

14、于制作热电偶； NMn3耐热、耐蚀，高温抗氧化，用于制造火花塞、接收放大电子管；NSi0.2电真空性 好，用于制作电子管阴极芯，电工仪表零件NCu28-2.5-1.5高强高塑，耐大气、盐、碱 及有机物的侵蚀，高温抗氧化，400C以下不改变机械性能，主要用于耐蚀性高的大强 度零件。三、功能材料能源、信息、材料是现代工业的三大支柱，其中材料具有科学技术的先导作用，没有材 料创新就没有技术上的新成就。例如：没有单晶硅就不可能有繁荣的电子时代；没有碳化纤 维石墨强化复合材料就没有航天飞机。新材料具有支撑尖端科技，推动技术创新的作用。新 材料包括：功能材料的性能特点和功能种类特点功能非晶合金非晶组织，性

15、能均匀，高强高韧 咼耐蚀、咼耐磨。用于磁性耐蚀材料，高强复合零件。形状记忆合金记忆形状用于接头、温控器、敏感元件、固体 发动机等。超导合金液氦液氮温度下电阻为零。用于电力系统、新能源、磁场利用、 电子设备、仪器仪表、高敏元件。吸氢合金大量吸放氢，伴随有发热、吸热 现象。用于储氢、加热泵、畜热器等方面。防震合金敲击不发出声音。用于工作机零件、音响设备、螺旋桨超塑合金高温延展性好，防震。用于成型模、异型锻件、深拉器件。四、规模化铜合金及特点用途特点引线框架材料引线框架材料主要用于半导体兀器件和集成电路的封装，起支撑芯片，连接外部 电路，散失热量的作用。铜合金，导电导热性好，成本低，适应塑封要求，与塑封配 合性好，目前70%框架材料为铜合金。其的主要缺点是：强度偏低，采用实效强化的 方法，在不强烈降低导电率的前提下提咼合金强度是有效的方法。电子工业的进步， 使IC引线框架材料用铜合金的需求量增加速度很快，要求具有良好机械性能、冲压 成形性、延展性、耐弯曲、耐腐蚀性、优良的钎焊性能及芯片和引线接合性，能耐封 装、钎焊加热，成本适宜。目前集成电路的高密度化带来了散热问题，薄型化带来了 强度问题，因此引线框架用铜合金必须具有高的导热率和高的强度。铜合金引线框架材料可分为两大类