1銅合金材料的性能
1.1 銅的基本性能
1.1.1 銅的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)
銅，元素符號為Cu，在化學(xué)元素周期表中位于第4周期，屬IB族，銅的原子序數(shù)為29，相對原子質(zhì)量為63.57，原子半徑為0.157nm。原子結(jié)構(gòu)為原子核外有4層電子層，從內(nèi)向外每層的電子數(shù)分別為8、18、8、2。純銅的密度為8900kg/m3，熔點(diǎn)為1083.4℃，沸點(diǎn)為2360℃。銅的熔化潛熱為205.4kJ/kg。銅無磁性，室溫磁化率為-0.085×10-6。銅無同素異性轉(zhuǎn)變。銅中的擴(kuò)散系數(shù)D0為0.468cm2/s，擴(kuò)散激活能Q=197.99kJ·mol。99.9%Cu(ρ=8910kg/m3）在室溫時通過自身固定頻率振動傳播的聲速為3846m/s。銅對可見光（630~430nm）的反射率為80%~50%。在熔融狀態(tài)下對全波長的光譜輻射率約為14%。固態(tài)時銅為面心立方（fcc）晶體結(jié)構(gòu)，在｛111｝面系，各有〈110〉、〈101〉、〈011〉滑移方向，組成12個滑移系，塑性極好。
銅在地殼中的含量不高，僅占0.01%，排第17位，列在鐵、鋁、鎂之后。
銅是一種典型的親硫元素，在自然界中主要形成硫化物，只有在強(qiáng)氧化條件下形成氧化物，在還原條件下可形成自然銅。目前，在地殼上已發(fā)現(xiàn)銅礦物和含銅礦物約250多種，主要是硫化物及其類似的化合物、銅的氧化物、自然銅以及銅的硫酸鹽、碳酸鹽、硅酸鹽類等礦物。其中，有16種適合當(dāng)前選治條件，可作為工業(yè)礦物原料。我國選冶銅礦物原料主要是黃銅礦、輝銅礦、斑銅礦、孔雀石等。
我國是貧鈾國家，而且銅礦的品位較低。每年需從國外進(jìn)口約1000萬噸的精銅礦砂、幾百萬噸的陰極銅和廢雜銅。降低消耗、有效用銅，是銅加工業(yè)領(lǐng)域和銅材的消費(fèi)者共同的原則和目標(biāo)。
1.1.2 銅的物理性能
銅的物理性能列于表1-1中。
銅的密度為8900kg/m3，在有色金屬分類中與錫、鋅、鉛同屬重有色金屬。銅的熔點(diǎn)為1083.4℃，比鋁（660.37℃）、鎂（649℃）、鋅（419.58℃）都高得多，但低于鐵（1538℃）、鎳（1455℃）、鈦（1672℃）。
1表1-1銅的主要物理性能
物理性能 | 符號 | 數(shù)值 | 物理性能 | 符號 | 數(shù) 值 |
熔點(diǎn)/℃ | Tm | 1083 | 電阻率 | Ρe | 0.017 |
沸點(diǎn)/℃ | 約2600 | 導(dǎo)電率 | 101.5（退火的） | ||
熔化潛熱/kj.kg-1 | 205.4 | 彈性模量 | E | 100-130 | |
質(zhì)量熱容 | Cp | 385 | 抗拉強(qiáng)度 | σb | 200-360 |
熱導(dǎo)率 | λ | 388 | 屈服強(qiáng)度 | σ0.2 | 60-250 |
線膨脹率 | 2.25 | 伸長率/100% | A | 2-45 | |
線膨脹系數(shù) | α | （17.0-17.7）×10-6 | 布氏硬度 | HB | 55-110 |
密度 | ρ | 8930 |
銅無磁性，在某些場合可用來作為屏蔽電磁場的材料。
在銅的物理性能中，最具應(yīng)用價值的是其導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能。在元素周期表中，銅列于銀、金之前，同屬B族，與銀、金一樣具有極好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能。銅的導(dǎo)電性稍遜于銀、金而高于其他元素，所以人們通常用退火后的純銅在20℃時的電導(dǎo)率作為100%IACS，其他材料的電導(dǎo)率則以其相當(dāng)于純銅的百分?jǐn)?shù)來表示，并作為一種標(biāo)準(zhǔn)。由于銅比銀的儲量豐富，價格低廉，因此應(yīng)用更廣泛。銅被制成電線電纜、接插件、端子、匯流排、引線框架等，從而廣泛應(yīng)用于電力、電子、電氣、通訊行業(yè)。銅是各種熱交換設(shè)備如熱交換器、冷凝器、散熱器的關(guān)鍵材料，被廣泛應(yīng)用于電站、空調(diào)、制冷、汽車水箱、太陽能集熱器等各種熱交換場合。
1.1.3 銅的化學(xué)性能
銅的電極電位是+0.34V，在正常電位序中銅的電位比氫高，是電位較正的金屬，所以在很多介質(zhì)中穩(wěn)定性好，具有較好的耐蝕性。銅基本上被認(rèn)為是一種惰性金屬，其耐蝕性能遠(yuǎn)優(yōu)于普通鋼材。在堿性氣氛中銅的耐蝕性又優(yōu)于鋁。在大氣中，因在銅表面可形成一層主要由堿式硫酸銅組成的保護(hù)膜，阻斷了金屬的進(jìn)一步氧化，因而其耐大氣腐蝕性極好。不含二氧化碳和氧的結(jié)晶水對銅的腐蝕實(shí)際上不起作用。銅在淡水中的腐蝕速度很低，約為每年0.05mm。
由于銅具有良好的耐蝕性，因此被廣泛應(yīng)用于建筑屋面板、雨水管、上下水管道、管件；化工和醫(yī)藥容器、反應(yīng)釜、紙漿濾網(wǎng)；艦船設(shè)備、螺旋槳、生活和消防管網(wǎng)；沖制各種硬幣、裝飾物、獎杯、獎牌、雕塑和工藝品等。
1.1.4 銅的工藝性能銅在固態(tài)時為面心立方晶體結(jié)構(gòu)，有12個滑移系，因而塑性非常好，易于變形加工，可以方便地進(jìn)行彎折、鍛造、擠壓、軋制、深沖、拉伸，冷變形率可超過98%，很容易被加工成板、帶、箔、管、棒、型、線和細(xì)絲。這也是銅被廣泛應(yīng)用在各個工業(yè)部門的重要原因。
銅具有良好的鑄造性能，可鑄造制作各種像、鼎、錢幣等。銅的加工產(chǎn)品都是通過對鑄坯的加工變形實(shí)現(xiàn)的。
銅具有較好的可焊性，特別適合于軟、硬釬焊。
銅還具有良好的電鍍性能，因此，銅件表面鍍鉻、鍍鎳、鍍銀在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。
純銅的切削性能遠(yuǎn)不如黃銅等其他銅合金（約為HPb63-3的20%），但它不像鋼鐵那樣堅硬，也不像純鋁那樣軟，高速車削時易粘刀。
銅的色澤亮麗典雅、豐富多彩，頗受人類青睞，被認(rèn)為是莊重、尊嚴(yán)、古樸、典雅、高貴的象征。因此，幾千年來，銅被廣泛用作裝飾材料。
銅具有抑菌性，這是其他金屬材料所沒有的。銅離子濃度超過0.002mg/L即可抑制細(xì)菌的生長。實(shí)驗(yàn)證明，在5h內(nèi)銅器皿水中99%的細(xì)菌都會被殺滅。
銅可抑制水生物在銅質(zhì)船只上的附著和生長，這種能力是銅被大量應(yīng)用在船舶、網(wǎng)箱及其他海洋工程上的重要原因。
