金属材料铜及铜合金

铜在海水中的腐蚀速度不大，约为0.05mm／a；加入0.15～0.3％ As能显著提高铜对海水的抗蚀性。
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铜在非氧化性的酸(如盐酸)、碱、多种有机酸(如醋酸、柠 檬酸、脂肪酸、乳酸、草酸)中有良好的耐蚀性。 铜在氧化剂和氧化性的酸(如硝酸)中不耐蚀。氨、氯化铵， 氰化物，汞盐的水溶液和湿润的卤素族元素等，均引起铜强 烈的腐蚀。 铜在常温干燥空气中几乎不氧化，但当温度超过100℃时开 始氧化，并在其表面生成黑色的CuO薄膜。在高温下，铜的 氧化速度大为增加，并在表面上生成红色的Cu20薄膜。
第九章 铜及铜合金
概述
铜是人类最早使用的金属 早在史前时代,人们就开始采掘露天铜矿,并用获取的铜制造武 器、工具和其他器皿，铜的使用对早期人类文明的进步影响深 远 铜存在于地壳和海洋中。铜在地壳中的含量约为0.01％，在个 别铜矿床中，铜的含量可以达到3－5％


自然界中的铜，多数以化合物即铜矿物存在。铜矿物与其他矿 物聚合成铜矿石，开采出来的铜矿石，经过选矿而成为含铜品 位较高的铜精矿

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磁性

为逆磁性物质，磁化率为-0.085×10-6，常用来制造不受磁场 干扰的磁学仪器，如罗盘、航空仪器 铁磁性杂质(Fe、Co、Ni)在铜中呈不溶状态时，即显铁磁性

用T1或T2铜来作磁性仪表的结构材料。Fe是危害最大的杂质， 应严格限制在0.01％以下
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铜的机械性能
软态铜：σb=200～240MPa， 35～45HB，δ≈50％，ψ达75％ 硬态铜：σb≥350～400MPa， 110～130 HB，延伸率δ=6％ 铜为面心立方晶格，易变形，退火态铜不经中间退火可压缩85～95 ％而不产生裂纹。 纯铜在500～600℃呈现“中温脆性” ，热加工需在高于脆性区温度 下进行。
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铅：
熔点327℃，基本上不溶解于铜 微量的铅与铜形成低熔点共晶组织(Cu＋Pb)，共晶温度为326℃， 共晶体最后结晶并集中在晶界上 铅呈黑色颗粒状分布在晶界上，热加工时，铅先熔化，使金属晶 粒之间的结合力受到破坏，造成“热脆” 铅限制在0.005～0.05％。
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铋：
熔点为271℃，不溶于Cu中，在270℃与Cu生成低熔点共晶(Cu+Bi)
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纯铜 工业纯铜的牌号
纯铜含铜 99.90-99.99%，加工铜国家标准有9个牌号：3个纯 铜牌号、3个无氧铜牌号、2个磷脱氧铜牌号、1个银铜牌号； 高纯铜纯度可达 99.99%—99.9999% ，又称为4N、5N、6N铜。
工业纯铜的牌号用字母T加上序号表示，如T1，T2，T3等，数 字增加表示纯度降低。
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氧：
不固溶于铜，与铜形成高熔点脆性化合物Cu2O 含氧铜冷凝时，氧呈共晶体(Cu+Cu2O)析出，分布在晶界上。共晶温度很 高(1066℃)，对热变形性能不产生影响，但Cu2O硬而脆，使冷变形产生 困难，致使金属发生“冷脆” 含氧铜在氢或还原性气氛中退火时，会出现“氢病”，即氢或还原性气 氛渗入铜中与CuO的氧化合而形成水蒸气或CO2
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杂质及微量元素对铜加工性能的影响
纯铜中的杂质分为三类： ⑴ ⑵ 固溶于铜的杂质及微量元素； 很少固溶于铜，并与铜形成易熔共晶的杂质及微量元素；
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几乎不固溶于铜，并与铜形成熔点较高的脆性化合物的杂 质及微量元素。
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杂质元素对铜塑性的影响，取决于铜与元素的相互作用 当杂质元素固溶于铜时，影响不大 若杂质元素与铜形成低熔点共晶时，则会产生“热脆” 若杂质元素与铜形成脆性化合物分布于晶界时，则产生“冷脆”
A1203弥散强化可提高铜的强度而又不使其导电率明显下降。
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耐蚀性
铜的标准电极电位为+0.345V，比氢高，在水溶液中不能置换氢， 因此，铜在许多介质中化学稳定性好 铜在大气中耐蚀性良好，暴露在大气中的铜能在表面生成难溶于 水、并与基底紧密结合的碱性硫酸铜(即铜绿，CuS04·3Cu(OH)2) 或碱性碳酸铜(CuCO3·Cu(OH)2)薄膜，对铜有保护作用，可防止 铜继续腐蚀。
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磷
固溶于铜的杂质磷熔点44℃，700℃时磷在铜中的溶解度为1.75％， 而200℃时则只溶解0.4％，温度下降磷在铜中的溶解度也下降 磷显著降低铜的导电、导热性，但对铜的机械性能特别是对焊接性能 有益 磷常作为铜的脱氧剂使用，并提高铜液的流动性 过量的磷会生成Cu3P脆性化合物，造成“冷脆”，所以过量的磷有害
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砷：
熔点613℃，在固态铜中可溶解7.5％


少量As对机械性能没明显影响，但显著降低铜的导电、导热性
砷可提高铜的再结晶温度，提高铜的耐热性 砷显著提高铜的耐蚀性，作冷凝管用的铜管中均加入少量的砷

可改善含氧铜的加工性能。
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锑：
熔点630℃，共晶温度（645℃）下锑在铜中的固溶度11％ 随温度降低，锑在铜中的溶解度急剧降低，并形成脆性Cu3Sb，分 布在晶界上而造成“冷脆” 锑同时造成铜的导电性和导热性的严重降低，导电用铜的含锑量不 允许超过0.002％。
无氧铜用 “T”和“U”加上序号表示，如TUl、TU2。
用磷和锰脱氧的无氧铜，在TU后面加脱氧剂化学元素符号表示 ，如TUP、TUMn。
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纯铜的性能 导电导热性
高的导电、导热性，仅次于银而居第二位。
用途：各种导线、电缆、导电牌、电器开关等导电器材和各种冷凝 管、散热管、热交换器、真空电弧炉的结晶器等。导电器材用量占 铜材总量一半以上。


Bi在低熔点共晶中呈薄膜状分布在铜的晶界上，热加工时，薄膜熔 化而造成“热脆”
Bi本身也是脆性相，使铜在冷态下也会变脆，所以Bi不但造成“热 脆”，也造成“冷脆”，对铜危害严重 铋的极限含量不大于0.002％。 根据氧含量和生产方法，纯铜可分无氧铜、脱氧铜和纯铜三类，其 中只有无氧铜才能在高温还原性气氛中加工使用。
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所有杂质和加入元素，不同程度降低铜的导电、导热性能。
固溶于铜的元素(除Ag、Cd外)对铜的导电、导热性降低较多，而呈 第二相析出的元素则对铜的导电、导热性降低较少。
Ti、P、Si、Fe、Co、As，Be、Mn、Al强烈降低Cu导电性。
冷变形对铜的导电性能影响不大，与其它强化方法(如固溶强化)相 比冷加工后导电性的降低要小得多