铜合金（copper alloy ）以纯铜为基体加入一种或几种其他元素所构成的合金。纯铜呈紫红色，又称紫铜。常用的铜合金分为黄铜、青铜、白铜3大类。铜合金是怎样分类的，合金元素对铜性能有什么样的影响，一起来看看。
一、分类
铜合金分类：按颜色分
1、黄铜：系指铜与锌为基础的合金，又可细分为简单黄铜和复杂黄铜，复杂黄铜中又以第三组元冠名为镍黄铜、硅黄铜等;
2、青铜：系指除铜镍、铜锌合金以外的铜基合金，主要品种有锡青铜、铝青铜、特殊青铜(又称高铜合金);
3、白铜：系指铜镍系合金;
4、紫铜：系指纯铜，主要品种有无氧铜、紫铜、磷脱氧铜、银铜。
铜合金分类：按合金系划分
1、非合金铜：非合金铜包括高纯铜、韧铜、脱氧铜、无氧铜等，习惯上，人们将非合金铜称为紫铜或纯铜，也叫红铜。
2、其他铜合金则属于合金铜。我国和俄罗斯把合金铜分为黄铜、青铜和白铜，然后在大类中划分小的合金系。
铜合金分类：按功能划分
1、导电导热用铜合金(主要有非合金化铜和微合金化铜。
2、结构用铜合金：几乎包括所有铜合金。
3、耐蚀铜合金：主要有锡黄铜、铝黄铜、各种不白铜、铝青铜、钛青铜等。
4、耐磨铜合金：主要有含铅、锡、铝、锰等元素复杂黄铜、铝青铜等。
5、易切削铜合金：铜-铅、铜-碲、铜-锑等合金。
6、弹性铜合金：主要有锑青铜、铝青铜、铍青铜、钛青铜等。
7、阻尼铜合金：高锰铜合金等。
8、艺术铜合金：纯铜、黄铜、锡青铜、铝青铜、白铜等。
铜合金分类：按材料形成方法划分为
1、铸造铜合金：铸造，又可以用于变形加工。
2、变形铜合金：变形铜合金可以用于铸造。
3、铸造铜合金和变形铜合金又可以细分为铸造用紫铜、黄铜、青铜和白铜。
二、合金元素的作用
微量元素进入铜是不可避免的，由于元素特性的不同，可以不固溶于铜、微量固溶、大量固溶、无限互溶，固溶度随温度下降而激烈降低、固相下有复杂相变等，因此对铜性能的影响千差万别。
图 合金元素对铜合金电导率的影响
1、氢
氢与铜不形成氢化物，氢在液态和固态铜中的溶解度随着温度升高而增大，特别是在液态铜中有很大的溶解度。铜凝固时，氢在铜中形成气孔，导致铜制品的脆性。在固态铜中，氢以质子状态存在，氢的电子填充铜原子的S层轨道，形成质子型固溶体。单纯氢对铜的性能虽然影响甚微，但氢对铜及铜合金来说是有害的，含氧铜在氢气中退火时会产生裂纹。各种元素对氢在铜中的溶解度影响不一，其中Ni、Mn等元素增加溶解度，P、Si等元素减少溶解度，可以通过减少熔炼时间，调整成分，控制炉料中氢气含量，熔体表面采用木炭覆盖等办法以减少铜中氢的含量。
2、氧
氧在铜的生产过程中是不可避免的，其影响也非常重要。在铜中除极少量固溶外，均以Cu2O形式存在。铜的氧化物不固溶于铜，形成Cu+Cu2O共晶组织，分布于晶界，共晶反应为:L含氧0.39%----α含氧0.01%+Cu2O，亚共晶铜中的含氧量与共晶量成正比，可在显微镜下与标准图片比较来精确测定铜中的含氧量。氧对铜及合金性能的影响是复杂的，微量氧对铜的电导率和力学性能影响甚微，工业铜具有很高的电导率，其原因是氧作为清洁剂，可以从铜中清除掉许多有害杂质，以氧化物形式进入炉渣，特别是能够清除砷、锑、鉍等元素，含有少量氧的铜其电导率可以达到100%～103%IACS，高纯铜如6N铜在深冷条件下电阻值是相当低的。电真空构件用铜应严格控制其中的氧含量，其原因是电真空器件需要在氢气中封装，铜中氢的存在会导致氢病发生，引起器件在高真空环境中破坏。铜及铜合金熔炼时，一般均应进行脱氧，脱氧剂有磷、硼、镁等，以中间合金形式加入，磷是最有效的脱氧剂，不过应严格控制磷的残留量，因其能够强烈降低铜及合金的电导率。
3、锑、铋、硫、碲、硒
这些元素在铜中固溶度极小，室温下基本不溶于铜，它们以金属化合物形式存在，分布于晶界，对铜的导电、导热影响不大，但是都严重地恶化铜及合金的塑性加工性能，应该严格控制其含量，各国标准中规定不应超出0.005%;由于含有这些元素的铜，具有良好的切削性能，在工程技术界也有应用，比如铬铜，可以作为真空开关中断路器的触头，在断路时，防止开关触头的粘接，铋铜中含鉍量可高达0.5%～1.0%;含碲0.15%～0.5%的碲铜合金，可作为高导电、易切削无氧铜使用，能够加工成精密的电子元器件。作为特殊用途的铜合金，可以加入这些元素，但其加工工艺是特殊的，可采用包套挤压、冷挤、铸造、粉末冶金等方法。
4、砷、硼
砷在铜中有很大的固溶度，在固溶体中的可达6.8%～7.0%，砷在铜中存在强烈的降低其电导率和导热性能，一般作为变质剂加入，特别是对黄铜冷凝器合金来说更为宝贵，近一百年来火电和舰船冷凝器管材使用实践表明，含砷0.1%～0.15%的黄铜，能够防止黄铜脱锌腐蚀，解决了黄铜冷凝管早期泄漏的致命问题，所以各种材料标准中都规定必须加入砷，经验表明，不含砷的HSn70-1冷凝管，经常在使用初期的2～3年内发生泄漏事故，而加入砷后，寿命可增至15～20年，被称为铜合金研究中重大的技术进步。砷之所以能够防止黄铜脱锌腐蚀，许多研究表明，砷能够降低铜的电极电位，从而降低了电化学腐蚀倾向。由于砷的氧化物污染环境，对人体有害，所以熔炼合金的工厂都应有专门的环保和防护措施;砷应以中间合金方式加入，砷铜中间合金中砷含量可达15%～30%。硼在铜中固溶度不大，一般作为脱氧剂使用，残余的硼可以细化晶粒，人们发现的变质作用十分显著，在加砷黄铜合金中同时加入0.01%～0.04%硼，具有更好的防止黄铜脱锌腐蚀的特点。硼的氧化物是铜合金熔炼时优良覆盖剂，已经被广泛地使用。在铜的焊接材料中也普遍地加入硼，可防止焊接金属氧化。
5、磷
随着温度降低，磷在铜中的固溶量迅速减少，300℃时为0.6%，200℃时为0.4%。固溶于铜中的磷显著地降低其电导率，含P0.014%的软带电导率为94%IACS。含P0.14%的电导率仅为45.2%。磷是最有效、成本最低的脱氧剂，微量的存在，可以提高熔体的流动性，改善铜及合金的焊接性、耐蚀性、提高抗软化温度，所以磷又是铜及合金的宝贵添加元素，含P0.015%～0.04%的磷铜合金，广泛用于生产建筑水道管、制冷和空调器散热管、舰船海水管路;低磷铜合金板、带材在电子和化工工业中广泛应用，集成电路引线框架铜带也大量使用低确铜合金;共晶成分的磷铜合金，是优良的焊接材料，高铜合金在580～620℃具有超塑性，可以热挤成3～5mm的焊丝，是焊接铜及铜合金、钢和铜零件的重要材料。
6、铅
铅不固溶于铜，在铜合金中固溶度也很小，与铜形成易熔共晶组织，含铅在0～38%的铜，液态的铅，与铜液互不相溶，凝固时形成偏晶组织;固态下，铅在铜中以单质状态分布，可以分布在晶内和晶界，含铅的铜合金，在发生相变或再结晶时，晶界的铅可以转移到晶内。铅对铜及合金导电和导热性能无显著影响，但可以改善可切削性能，铅质点又是固相，正是轴承材料所希望的软相，所以含铅铜及合金是宝贵的易切削材料与轴承材料，因其成本低廉更为市场所欢迎。含铅黄铜使用极为广泛，铅的质点越细小，分布越均匀，性能越优良。含铅铜及合金可以铸态使用，也可以压力加工。铅黄铜在高温(500℃以上)为单相β，热加工性能优良，可以承受大的热变形，而在常温下为a相和a+β相，冷变形时变形抗力大，塑性较差，过大的加工率会使合金材料产生裂纹。随着科学技术的发展，常规铅黄铜的含铅量已由0.8%～2.5%增加至5%以上，新型的含铅紫铜、黄铜、青铜、白铜正不断地被开发出来。特别应该指出的是，含铅铜合金对原料的适应性极强，可以直接使用再生铜生产，这对铜加工企业非常重要。
7、铁、锆、铬、硅、银、铍、镉
这七种金属元素的共同特点是:它们有限固溶于铜，固溶度随着温度变化而激烈地变化，当温度从合金结晶完成之后开始下降时，它们在铜中的固溶度也开始降低，以金属化合物或单质形态从固相中析出，当这些元素固溶于铜中，能够明显地提高其强度，具有固溶强化效应，当它们从固相中析出时，又产生了弥散强化效果，导电和导热性能得到了恢复，它们是典型的时效热处理型铜合金，通过淬火(950～980℃、淬水)和时效(450～550℃、2-4h)，可以获得高强高导电性能。微量银对铜的电导率、热导率降低不大，但能显著提高再结晶温度、抗变性能和耐磨性能，广泛用于电机整流子，近来，又普遍用于制造高速列车的接触导线。铜具有冲击时不发生火花特性，是重要的航空仪表材料，由于镉具有毒性，污染环境，用途日益缩小。铍铜是著名的弹性材料，铍对铜的强化最为显著，热处理后的铍铜强度，可达纯铜的4～5倍。铁可以细化晶粒，改善铜及合金性能，在要求抗磁的环境下，应严格控制铁的含量，一般应控制在0.003%以下。锆、铬铜合金具有很高的电导率、强度，良好的抗软化性能，是著名的电极合金，在航天发动机中有重要的应用。硅青铜具有高的强度和耐磨性能。铁、锆、铬青铜是著名的高强高导铜合金，在电极制造中有重要应用。铁、硅、锆、铬铜合金成为集成电路引线框架铜合金的基础，其合金成分、性能的研究非常活跃。
8、锌、锡、铝、镍
这四个元素的共同特点是在铜中固溶度很大，分别为39.9%、15.8%和9.4%。镍则无限互溶，它们与铜形成连续固溶体，具有宽阔的单相区，它们能够明显地提高铜的力学性能、耐蚀性能，但都使铜的导电，导热性能降低，与其他金属材料相比，仍属于优良的导电和导热材料，它们与铜形成宝贵的合金，可分为黄铜、青铜、白铜合金，构筑了庞大合金系的基础，这些合金具有优秀的综合性能。比如，黄铜具有高强、耐磨、耐蚀、高导热、低成本;青铜具有高强、耐磨、耐蚀;白铜具有极为优秀的耐恶劣水质和海水腐蚀性能，所有这些优点都是其他金属材料不能代替的。
稀土元素一般几乎不固溶于铜，但少量的稀土金属不管是单独还是混合的形式加入，都对铜的力学性能有益，而对铜的电导率影响又不大。这类元素可与铜中的杂质铅、铋等形成高熔点化合物，呈细小的球形质点均布于晶粒内，细化晶粒，提高钢的高温塑性。向铜中添加0.008%混合稀土即可显著改善铜的工艺性能;加入小于0.l%Y时，铜的力学性能与工艺性能就有所改善;含0.01%~0.15% La的铜合金的力学性能、电导率、抗软化温度均优于Cu-0.15Ag合金，已在工业中获得应用。
10、难熔金属及其他金属
钨、钼、铌、铀、钚等元素几乎不固溶于铜，钛、锆、铬、钴等元素少量固溶于铜，但它们都不同程度地细化铜晶粒，提高其再结晶温度，中和一些易熔杂质的有害作用，对改善高温塑性有益。含少量锆(Cl5000、C15100、C18100))、钴(C17110、C17500)、铬(C18400、C18200、C18500)的铜合金已在工业上获得应用，成为良好的电工材料。
如果您想了解更多关于铜合金的信息，可以登陆中冶有色技术网进行查询和访问。
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