黄铜、磷铜、紫铜使用区别详解

黄铜、磷铜、紫铜使用区别详解

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黄铜、磷铜和紫铜是三种常见的铜合金材料，它们在成分、性能和使用场景上各有特点。本文将详细介绍这三种材料的区别，帮助读者更好地了解它们的应用场景和选择方法。

成分差异

• 黄铜：主要由铜和锌组成，有时还会加入其他元素如铅、锰、镍等以增强其硬度和耐腐蚀性。
• 磷铜：是铜锡合金，含有35%的锡和0.030.3%的磷，可以显著提高铜的强度和韧性。
• 紫铜（纯铜）：几乎不含杂质，属于纯净的铜，因此导电性和导热性极佳。

物理和化学性质

• 黄铜：具有较好的耐磨性和通用性，密度为8.93g/cm³，常用于机械制造领域如阀门、管道配件等。虽然导电率低于紫铜，但其耐腐蚀性和抗氧化性较好。
• 磷铜：由于添加了磷和锡，虽然电导率有所下降约30%，但硬度和强度显著增加，适用于精密零件和工程材料。
• 紫铜：导电性和导热性非常好，仅次于银，具有良好的延展性和可塑性，适合用于电线、电缆和散热器等要求导电性良好的产品。

主要用途

• 黄铜：广泛应用于各种工业领域，如建筑行业（灯头、装饰、锁具）、电子电器行业（连接器、AV端子）、服装行业（纽扣）等。
• 磷铜：因其增强的韧性和抗腐蚀性，在精密零件和工程材料中占有优势，如电子元件和高强度连接件。
• 紫铜：主要用于制造电线、电缆、电刷、电火花专用蚀电蚀铜等要求导电性良好的产品，并且在高温高压环境下表现优异。

性能影响因素

黄铜中其他元素的影响

1. 铅：铅可以改善黄铜的切削加工性和耐磨性，但不会显著影响其耐腐蚀性。例如，在HPb59-1黄铜中，含铅约0.8%～1.9%，这有助于提高其机械性能和抗腐蚀性。
2. 锰：锰的加入基本上不改变黄铜的组织结构，但可以通过固溶强化使黄铜的强度和硬度提高，并增强其对海水氯化物和过热蒸汽的耐蚀性。
3. 镍：镍能显著提高黄铜在大气和海水中的耐蚀性，并且还能提高黄铜的再结晶温度，促使形成更细的晶粒。镍黄铜具有单相α组织，在室温下具有良好的塑性，也可在热态下变形。此外，镍还能扩大α相区域的范围，使某些两相黄铜转变为晶粒细小的单相黄铜。

磷铜合金中磷和锡的影响

1. 磷在铜合金中的含量对电导率有显著影响。铜合金中含有的磷量通常为0.003%至0.020%，添加磷会降低金属的导电率。然而，如果磷的加入量低于0.01%残留量，这种铜将具有高的电导率，称之为脱氧低磷铜。这表明磷含量对电导率的影响是复杂的，过量的磷可能会降低电导率，而适量的磷可以提高电导率。
2. 关于硬度，锡青铜（也称为磷青铜）中加入的磷（含量在0.03到0.35之间）是为了使金属还原和达到更好的流动性。同时，含量在1%到10%之间的锡通过溶解硬化和增加锡元素给予铜的加工硬化率而达成强度提高。这表明磷和锡的添加可以提高合金的硬度，但具体比例需要精确控制以达到最佳效果。
3. 磷铜合金中磷和锡的比例如何影响其电导率和硬度取决于具体的添加量和比例。适量的磷可以提高电导率，而适量的锡则可以提高合金的硬度。然而，过量的磷或锡可能会负面影响这些性能指标。

高温高压环境下的应用

1. 冶金工业：紫铜杆可以用于制造钢铁的冷却系统、冷却塔和矿石处理设备等。由于紫铜具有良好的导热性和抗腐蚀性，因此在高温高压环境下能够保持稳定的性能。
2. 建筑水暖和制冷设备：无缝紫铜管由于其制作工艺，具有较高的耐压性和耐腐蚀性，适用于高温、高压的环境，如热水供应、制冷设备等。这些管材广泛应用于建筑水暖、制冷设备、工业气体输送等领域。
3. 热交换器和压力容器：紫铜箔特别适用于热交换器、压力容器等高温高压密封部位。它能有效防止箔的散架、介质的侵蚀，同时也提高了耐压。
4. 安全系统电路和连接器：紫铜排工艺在安全领域的应用较为特殊，主要用于制造安全系统的电路和连接器。紫铜排具有高强度和耐腐蚀性，能够承受高温和高压环境，确保安全系统的稳定运行和准确响应。
5. 高压电力系统：220kV铜管母线是指用高纯度的紫铜制作的导电管，被广泛地应用于高压环境电力系统中。相较于普通电缆，它传输效率更高，同时也比其他传输介质更安全和可靠。
6. 高温高压炉：紫铜制成的密封垫片一般都应用于高温高压炉上，也是制成橡胶密封圈的材质。

耐腐蚀性比较

1. 黄铜：

• 在含有O2、CO2、H2S、SO2、NH3等气体的水中腐蚀速率剧增，尤其在含Fe2(SO4)3的矿水中极易腐蚀。
• 在硝酸和盐酸中产生严重腐蚀，在硫酸中腐蚀较慢，而在NaOH溶液中则耐蚀。
• 黄铜具有较好的耐腐蚀性，特别是对于水和空气中的腐蚀。特殊黄铜的耐蚀性比普通黄铜好。
• 黄铜在海水中的耐蚀性可以通过加入Sn和Pb来显著提高。

2. 磷铜：

• 在稀硫酸、盐酸及脂肪酸等恶劣环境下展现出色的耐腐蚀性能。其在酸性和碱性环境中都有很好的耐腐蚀性。
• C5191磷铜是一种耐腐蚀性能极佳的铜合金，适用于化工领域。

3. 紫铜：

• 在大气、海水和某些非氧化性酸（如盐酸、稀硫酸）、碱、盐溶液及多种有机酸（如醋酸、柠檬酸）中有良好的耐蚀性。
• 在某些强酸条件下耐腐蚀性较差。

磷铜在多种腐蚀性环境下的耐腐蚀性能最佳，尤其是在稀硫酸、盐酸和脂肪酸等恶劣环境中表现出色。黄铜虽然在某些特定条件下（如含Fe2(SO4)3的矿水）容易腐蚀，但在一般环境下的耐腐蚀性较好，并且可以通过添加合金元素进一步提高其耐蚀性。

应用场景选择指南

在选择黄铜、磷铜和紫铜时，可以根据不同的应用场景来决定使用哪种材料。

1. 机械零件和工具制造：黄铜具有良好的力学性能和耐磨性，适用于制造各种机械零件和工具。例如，水箱带、供排水管、奖章、波纹管、蛇形管、冷凝管、弹壳及各种形状复杂的冲制品、小五金件等。

2. 电子和电气行业：

• 黄铜：由于其良好的导电性和耐腐蚀性，黄铜可以用于制造电导轨、电线杆、电磁线等电子和电气元件。
• 紫铜：紫铜具有更高的导电率和导热率，广泛应用于电子、电力、化工等领域。

3. 装饰品和工艺品：

• 黄铜：黄铜因其金黄色的外观和良好的加工性能，常用于制作奖章、乐器等精美工艺品。
• 紫铜：紫铜的颜色呈玫瑰红色，适合用于制作工具、武器和装饰品。

4. 散热器和海洋工程：磷铜（C50500）具有优异的导电性能和耐腐蚀特性，适用于导电材料、散热器和海洋工程等领域。

5. 高导电和高导热需求：紫铜因其高导电率和高导热率，特别适合用于需要高导电和高导热的场合。

根据不同的应用场景，可以选择合适的材料：

1. 对于需要高强度和耐磨性的机械零件，选择黄铜。
2. 对于需要高导电性和耐腐蚀性的电子和电气元件，选择黄铜或紫铜。
3. 对于需要精美外观和良好加工性能的工艺品，选择黄铜或紫铜。
4. 对于需要高导电和高导热的应用，选择紫铜。