铜材料：其牌号、应用和选择技巧
铜材料：其牌号、应用和选择技巧
铜是人类最早使用的金属之一，具有极长的使用寿命。它在日常生活中起着至关重要的作用，适用于电线、汽车、管材及其他各种形状的产品。铜及其合金是机械工程中用途最广泛的金属之一，其卓越的特性——高导电性、强度、可加工性和耐腐蚀性——使其能够兼容不同的应用。
铜材质
铜的简要概述
在伊拉克北部（美索不达米亚）发现铜吊坠后，铜是少数可追溯到公元前 8,700 年的金属之一。据推测，它是最早的铜制物品。铜在许多古代文明中发挥了重要作用，人们普遍认为美索不达米亚人发现了铜。
公元前 5,500 年至公元前 4,000 年之间的时期是铜器时代，通常称为“铜石时代”。它起源于希腊语“Chalkos”（铜）和“lithos”（岩石）。然而，铜的拉丁名称为“Cuprum”，这个拉丁名称起源于塞浦路斯岛，该岛是古代铜材料的主要来源。铜或铜是“塞浦路斯的金属”。
不同类型的铜
什么是铜？
铜是一种天然存在且高度可回收的元素。它的符号为“Cu”，在元素周期表中原子序数为29。铜或Cu元素与黄铜和青铜一起属于红色金属类别。铜元件是一种有色金属且易于加工的材料，可以轻松制造不同的零件。
铜金属具有高导电性和导热性，可用于多种行业的各种用途。此外，铜由于其耐腐蚀特性而广泛应用于海水环境中。
铜的性质
由于其独特的性能，铜比其他金属具有巨大的优势。以下是典型的铜材料特性：
外观：铜的红棕色带有粉橙色，与青铜金属不同。纯铜材料在氧化前通常呈粉红色。然而，由于棕色氧化铜的快速形成，容易获得的铜具有标准的红棕色。
可加工性：铜具有优良的延展性和延展性，易于加工。铜及其合金可以轧制、锤击和拉拔而不会断裂。铜可以以其最纯净的形式进行冷加工。但是，如果金属含有铅或锌等合金剂，则可能需要对金属进行热加工。
强度：与黄铜或青铜相比，铜是一种坚韧的金属，尽管不是最强的。然而，它具有良好的金属强度特性，因为它不会轻易断裂或破碎。铜的屈服强度为 33.3 Mpa，拉伸强度为 210 Mpa。
耐腐蚀性：铜金属在其表面形成一层薄薄的氧化膜。因此，只要氧化层保持完整，铜合金制成的产品就可以有效地免受腐蚀元素的影响。
导电性和导热性：铜的高导电性和导热性是其最重要的特性之一。铜的导电性很强，大约 95% 的电线、变压器和其他导体的芯都是由铜制成的。尽管银比铜具有更好的导电性，但它的耐热性较差。因此，铜是最适合电气应用的金属。
铜线
铜是如何生产的？
铜可以通过不同的程序生产。以下是典型步骤：
采矿
原铜是在地球表面以含有铅和锌等其他金属的矿石或矿物形式发现的。铜矿石开采通常发生在大型露天矿坑或地下阶梯孔中。这些露天矿是通过使用炸药逐渐炸开岩石而深入地壳的。由此产生的巨石被移动以进一步加工成更小的碎片。开采的铜材料约90%来自露天开采。
提取和纯化
根据两种常见的铜矿石类型，有两种主要的提纯工艺。氧化矿石采用湿法冶金工艺提取。收集破碎的矿石，并将酸浸溶液缓慢地散布在矿石堆中，形成富含浸出溶液。
浸出液经过溶剂萃取过程，浓缩溶液中的铜。然后，将该溶液送至电解沉积，利用电力沉积固体铜。
另一方面，硫化矿石通过火法冶金工艺进行提纯。根据颗粒的密度，通过泡沫浮选和增稠进行萃取。因此，冶炼厂用于形成粗铜，然后通过电解精炼进一步纯化。
合金化
铜合金的生产方法是先熔化合金剂，然后熔化要添加的铜。然后将热液体混合物浇铸成坯料、棒材、锭料或饼料，并使其均匀冷却和凝固。
电解
电解精炼是一种铜制造工艺，涉及将不纯的铜金属电解溶解到溶液中。电流通过溶液，以电化学方式在电极上沉积纯铜。因此，这可以从铜中提取杂质以获得更高的纯度。然而，由于电力需求极高，该过程成本高昂。
提供各种铜牌号
铜有多种等级，每种等级都有独特的特性和优点。因此，了解不同的铜牌号和特性对于确定适合您的项目的铜牌号和特性至关重要。我们将在下面讨论可用的标准铜牌号：
纯铜
这些铜以最纯净的形式存在，因为它们含有大约 0.7% 的杂质。纯铜比添加添加剂的铜更柔软且延展性更高。因此，它们广泛用于各行业的不同目的，特别是精密电气元件。铜材料供应商有时会在纯铜中添加少量其他元素，以提高其机械性能。然而，纯铜牌号的 UNS 编号范围为 C10100 至 C13000。
铜材料
易切削铜
易切削铜具有优异的切削加工性。因此，制造商经常将它们用于多种用途数控加工任务。该等级的铜金属含有硫和碲化物作为其合金元素。易切削铜金属非常适合生产电气系统部件、烙铁头和焊枪头。 UNS 为该等级指定的编号根据添加的合金剂而变化。 C14700 是硫的 UNS 编号，而 C14500 是碲化物的编号。
镍银
无论其名称如何，该等级的铜均不含任何银元素。该铜合金材料含有约9％至30％浓度的镍和约65％浓度的铜。另一方面，锌的浓度随着镍含量的变化而变化。
然而，镍浓度越高，铜合金的耐腐蚀性越高，但会牺牲其延展性。铜合金牌号的 UNS 编号为 C73500 至 C79999。建筑配件、乐器钥匙和餐具是镍银的典型应用。
铜棒
电解铜
该等级的铜合金是通过在溶液中电解以去除杂质而制成的。它们是高纯度铜，具有 100% 的导电率和可加工性。因此，它与冷加工和热加工工艺兼容。电解铜牌号具有 UNS 指定编号或 C11000，其金属杂质含量低于 50 ppm。这些铜金属的典型应用包括电缆、绕组、母线和电线。
无氧铜
该铜牌号含有至少 99.99% 的铜，并在粒状石墨浴中熔化并加热至熔点以除去氧气。无氧铜是可获得的最纯的铜牌号，由于非氧化条件，杂质含量极低。
它们表现出非常高的导热性和导电性。因此，这些铜金属适合加工需要高导电性、耐腐蚀性或其他铜特性的零件。铜牌号的 UNS 编号为 C10100 和 C10200。
铜镍合金
铜镍合金含有 1.5% 至 45% 的镍作为合金元素。添加的镍合金提高了其机械性能，如硬度和强度。然而，这些合金的加工变得复杂，因为镍含量降低了材料的延展性和可加工性。
这种等级的铜为铜和镍提供了更好的耐腐蚀性能。因此，它们被广泛用于制造散热器、冷却系统和硬币等产品。这些铜牌号的 UNS 编号为 C70000 至 C73499。
铜在制造业中的优点和缺点
由于其众多优点，铜被用于许多工程和装饰材料。以下是铜在制造业中的一些好处：
由于铜是可回收且环保的，因此超过 80% 的开采和制造金属仍然可以使用。
铜合金材料具有抗菌性能，因此可用于医疗工具和部件等零件。
铜合金材质柔软，加工方便。机械师将铜合金材料弯曲和拉伸成不同尺寸的各种形状，且不会破裂。
它是军事和国防等非磁性应用的理想材料。
铜材料比诸如此类的金属更便宜且更易于加工钛.
铜的耐腐蚀性等特性使其成为制造不同应用的零部件的理想选择。
尽管铜合金在制造方面具有巨大的优势，但该材料也有一定的缺点。以下是使用铜的一些缺点：
铜具有较高的毒性。因此，它不适合经常摄入铜的器具等应用。
铜合金暴露在空气中时寿命有限，因为高温下会发生氧化。
与光纤的替代信号传输技术相比，这种金属具有震动风险。
铜材料的成本高于塑料（水管）或铝（电缆）等潜在替代材料的成本。
它比铝等其他材料相对重。因此，它可能不适合制作架空电线。
铜件的应用
铜件在各个社会都有着广泛的应用。我们将讨论铜在不同行业中的一些常见用途：
建筑
由于其美观的外观，铜是一种适合制作建筑元素的金属。铜在建筑中的典型用途包括屋顶、墙面、雨水落水管和排水沟。
造币
铜币
自被发现以来，铜多年来一直被用来制造硬币。它具有高度耐用性和可塑性；因此，制造商可以轻松地在其上盖章，并且可以在流通中生存。此外，其耐腐蚀性和抗菌特性使其适合此用途。
管道
由于铜金属具有良好的耐腐蚀性，因此常用于制造家庭生活用水管道的管材。
再生能源
铜零件在可再生能源市场中有广泛的用途。例如，工程师使用铜在太阳能光伏板中进行连接和布线。同样，铜部件也用于风力涡轮机的发电涡轮机内。
电子行业
绝缘铜线
铜的高导电性使其适用于制造电子和电线。与铝不同，铜金属允许在较小的横截面上传输电流。因此，它将能够使用更少的散装材料并创建更小的组件。
交通
汽车工程师和制造商使用铜来制造现代车辆中复杂电子设备的电缆等组件，因为它具有出色的导电性。更重要的是，由于电动汽车市场份额的需求持续增长，用于电动机等元件的铜材料用量显着增加。运输行业的其他铜零件包括油冷却器和散热器。
为您的项目选择合适的铜牌号
考虑到可用的铜合金丰富，为您的加工项目选择合适的铜牌号可能具有挑战性。然而，选择具有符合您的预期应用要求的特性的铜材料至关重要。选择铜牌号时需要考虑以下一些因素：
耐腐蚀性
由于其耐腐蚀特性，所选择的铜材料在海洋或海水应用零件的制造中特别重要。因此，在选择合适的合金进行机械加工时，必须注意这一特性。快速原型以及这里使用的最终产品。青铜合金是一种特别耐腐蚀的铜材料。
一般应用
由于铜具有相对广泛的特性，因此非常适合通用应用。但事实上，这些应用程序在任何情况下都不需要任何个人财产；只需使用完美结合所有特性的铜牌号即可。因此，所选择的铜牌号应该是经济且具有延展性的。它还必须易于加工。
铜零件
延展性和机械加工性
在选择合适的铜合金进行铜 CNC 加工时，这些都是需要评估的重要特性。然而，最好仔细评估铜的等级，因为它们具有不同的程度。因此，铜 CNC 加工的预期结果将决定您的项目使用哪种等级的铜。
总结
由于其品种广泛、供应相对广泛且每吨价格低廉，铜的多功能性使其成为工程用途的优质金属。因此，了解铜材料的不同特性和等级可以让您选择适合您的项目的合金。但项目要求将决定适合您的预期产品的铜合金材料。我们还提供了一些实用提示，帮助您为您的加工项目选择合适的铜牌号。