Kupariseosten luokittelu ja seosalkuaineiden rooli
Kuparilejeeringillä tarkoitetaan metalliseosta, joka on muodostettu lisäämällä yksi tai useampia muita alkuaineita puhtaaseen kupariin. Kupariseosten luokitus on melko helppo ymmärtää. Kupariseoksia on monia värejä. Ei-kuparityyppisillä kupariseoksilla on eri värejä. Kuparilejeeringeissä on pääasiassa purppuraa, keltaista, syaania ja muita värejä.
1. Luokittelu
Kupariseoksen luokitus: värin mukaan
1. Messinki: viittaa kupari- ja sinkkipohjaiseen metalliseokseen, joka voidaan jakaa yksinkertaiseen messingiin ja monimutkaiseen messingiin. Kolmas monimutkaisen messingin komponentti on nimeltään nikkeli messinki, piimessinki jne.;
2. Pronssi: viittaa muihin kuparipohjaisiin seoksiin kuin kupari-nikkeli- ja kupari-sinkkiseoksiin. Tärkeimmät lajikkeet ovat tinapronssi, alumiinipronssi ja erikoispronssi (tunnetaan myös kuparipitoisena metalliseoksena);
3. Valkoinen kupari: viittaa kupari-nikkeli-seokseen;
4. Punainen kupari: viittaa puhtaaseen kupariin. Päälajikkeita ovat happivapaa kupari, punainen kupari, fosforilla hapettunut kupari ja hopeakupari.
Kupariseoksen luokitus: jaettuna seosjärjestelmällä
1. Seostamaton kupari: Seostamaton kupari sisältää erittäin puhdasta kuparia, sitkeää kuparia, hapettunutta kuparia, hapetonta kuparia jne. Perinteisesti ihmiset kutsuvat seostamatonta kuparia punaiseksi kupariksi tai puhtaaksi kupariksi, jota kutsutaan myös punaiseksi kupariksi.
2. Muut kupariseokset kuuluvat seoskupariin. kotimaani ja Venäjä jakavat kupariseokset messinkiin, pronssiin ja valkokupariin ja jakavat sitten pienet metalliseosjärjestelmät pääkategorioihin.
Kupariseoksen luokitus: jaettuna toiminnon mukaan
1. Kupariseokset sähkön ja lämmönjohtavuuden kannalta: pääasiassa seostamaton kupari ja mikroseostettu kupari.
2. Rakenteelliset kupariseokset: mukaan lukien lähes kaikki kupariseokset.
3. Korroosionkestävät kupariseokset: sisältävät pääasiassa tinamessinkiä, alumiinimessinkiä, erilaisia ei-valkoisia kuparia, alumiinipronssia, titaaninsinistä jne.
4. Kulutusta kestävät kupariseokset: sisältävät pääasiassa monimutkaista messinkiä, alumiinipronssia jne., jotka sisältävät lyijyä, tinaa, alumiinia, mangaania ja muita elementtejä.
5. Helposti leikkaavat kuparilejeeringit: kupari-lyijy, kupari-telluuri, kupari-antimoni ja muut seokset.
6. Elastinen kupariseos: pääasiassa antimonipronssi, alumiinipronssi, berylliumpronssi, titaanipronssi jne.
7. Vaimennus kupariseos: korkea mangaanipitoinen kupariseos jne.
8. Taiteellinen kupariseos: puhdas kupari, messinki, tinapronssi, alumiinipronssi, valkoinen kupari jne.
Kupariseoksen luokitus: jaettu materiaalinmuodostusmenetelmällä
1. Valettu kupariseos: Valua voidaan käyttää myös muodonmuutoskäsittelyyn.
2. Epämuodostunut kupariseos: Vääntynyttä kupariseosta voidaan käyttää valuun.
3. Valukupariseokset ja deformoituneet kupariseokset voidaan jakaa valukupariin, messinkiin, pronssiin ja valkokupariin.
2. Lejeerinkielementtien rooli
Hivenaineiden pääsy kupariin on väistämätöntä. Alkuaineiden erilaisista ominaisuuksista johtuen ne eivät välttämättä liukene kupariin, niissä voi olla vähän kiinteää liuosta, paljon kiinteää liuosta tai rajatonta keskinäistä liukoisuutta. Kiinteän aineen liukoisuus laskee rajusti lämpötilan laskiessa, ja kiinteässä faasissa tapahtuu monimutkaisia faasimuutoksia. jne., joten vaikutus kuparin ominaisuuksiin vaihtelee suuresti.
3. Seoselementit
Vaikutus kupariseosten johtavuuteen
1. Vety
Vety ja kupari eivät muodosta hydridejä. Vedyn liukoisuus nestemäiseen ja kiinteään kupariin kasvaa lämpötilan noustessa, erityisesti nestemäisessä kuparissa, jonka liukoisuus on suuri. Kun kupari jähmettyy, vety muodostaa kupariin huokosia, jolloin kuparituotteet muuttuvat hauraiksi. Kiinteässä kuparissa vety on protonitilassa, ja vedyn elektronit täyttävät kupariatomien S-kerroksen orbitaalit muodostaen kiinteän protoniliuoksen. Vaikka puhtaalla vedyllä on vähän vaikutusta kuparin suorituskykyyn, vety on haitallista kuparille ja kupariseoksille. Happipitoinen kupari aiheuttaa halkeamia, kun se hehkutetaan vedyssä. Eri alkuaineilla on erilaisia vaikutuksia vedyn liukoisuuteen kupariin. Niistä alkuaineet, kuten Ni ja Mn, lisäävät liukoisuutta, kun taas alkuaineet, kuten P ja Si, vähentävät liukoisuutta. Panoksen vetypitoisuutta voidaan kontrolloida lyhentämällä sulatusaikaa, säätämällä koostumusta ja käyttämällä sulatuspintaa hiilipäällysteellä ja muilla menetelmillä kuparin vetypitoisuuden vähentämiseksi.
2. Happi
Happi on väistämätöntä kuparin tuotantoprosessissa, ja sen vaikutus on myös erittäin tärkeä. Lukuun ottamatta hyvin pientä määrää kiinteää liuosta kuparissa, se esiintyy Cu2O:n muodossa. Kuparioksidi ei liukene kiinteästi kupariin ja muodostaa Cu+Cu2O eutektisen rakenteen, joka jakautuu raerajoille. Eutektinen reaktio on: L sisältää happea 0,39 % ---- sisältää happea 0,01 % + Cu2O, hypoeutektisessa kuparissa Kuparin happipitoisuus on suoraan verrannollinen eutektisen aineen määrään ja kuparin happipitoisuus voidaan mitata tarkasti vertaamalla sitä standardikuviin mikroskoopilla.
Hapen vaikutus kuparin ja metalliseosten ominaisuuksiin on monimutkainen. Pienillä määrillä happea on vähän vaikutusta kuparin sähkönjohtavuuteen ja mekaanisiin ominaisuuksiin. Teollisella kuparilla on korkea sähkönjohtavuus. Syynä on se, että happi pesuaineena voi poistaa monia alkuaineita kuparista. Haitalliset epäpuhtaudet pääsevät kuonaan oksidien muodossa, erityisesti alkuaineita, kuten arseenia, antimonia ja vismuttia. Pienen määrän happea sisältävän kuparin sähkönjohtavuus voi olla 100–103 % IACS:stä. Erittäin puhdas kupari, kuten 6N kupari, voi selviytyä kryogeenisissa olosuhteissa. Vastusarvo on melko alhainen.
Sähköisissä tyhjiökomponenteissa käytetyn kuparin happipitoisuutta tulee valvoa tarkasti. Syynä on se, että sähköiset tyhjiölaitteet on kapseloitava vetyyn. Vedyn läsnäolo kuparissa aiheuttaa vetysairautta ja vaurioittaa laitetta korkeassa tyhjiössä.
Kun kuparia ja kupariseoksia sulatetaan, on yleensä suoritettava hapettumisenesto. Hapettumisenestoaineita ovat fosfori, boori, magnesium jne., joita lisätään väliseosten muodossa. Fosfori on tehokkain hapettumisenestoaine, mutta fosforin jäännösmäärää on valvottava tiukasti, koska se voi vähentää voimakkaasti kuparin ja metalliseosten sähkönjohtavuutta.
3. Antimoni, vismutti, rikki, telluuri, seleeni
Näiden alkuaineiden kiinteä liukoisuus kupariin on erittäin pieni, ja ne ovat periaatteessa kupariin liukenemattomia huoneenlämpötilassa. Ne ovat metalliyhdisteiden muodossa ja jakautuvat raerajoille. Niillä on vähän vaikutusta kuparin sähkö- ja lämmönjohtavuuteen, mutta ne huonontavat vakavasti kuparin ja metalliseosten plastisuutta. Käsittelyn suorituskykyä, sen sisältöä tulee valvoa tiukasti, ja kansallisten standardien mukaan se ei saa ylittää {{0}}.005 %; koska näitä alkuaineita sisältävällä kuparilla on hyvät leikkausominaisuudet, sitä käytetään myös insinööri- ja teknisissä piireissä, kuten kromikuparina, jota voidaan käyttää tyhjökytkimenä ja katkaisijana. Kytkimen koskettimet estävät kytkimien koskettimia tarttumasta kiinni, kun virtapiiri katkeaa. Vismuttikuparin vismuttipitoisuus voi olla jopa 0,5–1,0 %; Telluuri-kupariseosta, joka sisältää 0,15-0,5 % telluuria, voidaan käyttää erittäin johtavana, helposti leikattavana ruostumattomana teräksenä Happikuparista voidaan valmistaa tarkkuuselektroniikkakomponentteja. Erikoiskäyttöisenä kupariseoksena näitä alkuaineita voidaan lisätä, mutta sen prosessointitekniikka on erityinen ja voidaan käyttää menetelmiä, kuten vaippaekstruusio, kylmäpuristus, valu ja jauhemetallurgia.
4. Arseeni, boori
Arseenilla on suuri kiinteän aineen liukoisuus kupariin, ja sen pitoisuus kiinteässä liuoksessa voi nousta 6,8–7.0%. Arseenin läsnäolo kuparissa vähentää voimakkaasti sen sähkönjohtavuutta ja lämmönjohtavuutta. Se lisätään yleensä modifiointiaineeksi, erityisesti messingille. Lauhdutinseokset ovat vielä arvokkaampia. Lauhdutinputkien käyttö lämpövoimalaitoksissa ja laivoissa viimeisten 100 vuoden aikana on osoittanut, että messinki, joka sisältää 0,1–0,15 % arseenia, voi estää messingin sinkinpoistokorroosiota ja ratkaista messinkilauhduttimen ongelman putket. Varhainen vuoto on kohtalokas ongelma, joten useat materiaalistandardit edellyttävät, että arseenia on lisättävä. Kokemus osoittaa, että arseenittomat HSn{10}}-jäähdytinputket vuotavat usein 2–3 ensimmäisen käyttövuoden aikana. Arseenin lisäämisen jälkeen käyttöikä voidaan pidentää 15-20 vuoteen, mitä kutsutaan suureksi tekniseksi edistykseksi kupariseostutkimuksessa. Syy, miksi arseeni voi estää messingin sinkinpoistokorroosiota, on se, että monet tutkimukset ovat osoittaneet, että arseeni voi vähentää kuparin elektrodipotentiaalia, mikä vähentää sähkökemiallisen korroosion taipumusta. Koska arseenioksidit saastuttavat ympäristöä ja ovat haitallisia ihmiskeholle, metalliseoksia sulattavilla tehtailla tulisi olla erityisiä ympäristönsuojelu- ja suojatoimenpiteitä. arseenia tulisi lisätä pääseosten muodossa, ja arseeni-kupari-perusseosten arseenipitoisuus voi olla 15–30 prosenttia.
Boorilla on alhainen kiinteän aineen liukoisuus kupariin, ja sitä käytetään yleensä hapettumisenestoaineena. Jäljellä oleva boori voi jalostaa jyviä. Ihmiset ovat havainneet, että huononemisvaikutus on erittäin merkittävä. Boorin lisääminen {{0}},01 % - 0,04 % arseenilla lisättyihin messingiseoksiin antaa paremman suojan messingin sinkin poistumista ja korroosiota vastaan. Boorioksidi on erinomainen peiteaine kupariseossulatuksessa ja sitä on käytetty laajalti. Booria lisätään myös yleisesti kuparin hitsausmateriaaleihin estämään hitsausmetallin hapettumista.
5. Fosfori
Lämpötilan laskiessa fosforin kiinteän liuoksen määrä kuparissa pienenee nopeasti ja saavuttaa {{0}},6 % 300 asteessa ja 0,4 % 200 asteessa . Kupariin liuennut fosfori vähentää merkittävästi sen sähkönjohtavuutta. P0,014 % sisältävän pehmeän teipin johtavuus on 94 % IACS. P0,14 %:n johtavuus on vain 45,2 %. Fosfori on tehokkain ja edullisin hapettumisenestoaine. Hivenmäärien läsnäolo voi parantaa sulatteen juoksevuutta, parantaa kuparin ja metalliseosten hitsattavuutta ja korroosionkestävyyttä sekä nostaa pehmenemisenestolämpötilaa. Siksi fosfori on myös kuparin pääkomponentti. Ja arvokkaita lisäaineita seoksissa, fosforikupariseoksia, jotka sisältävät P0,015–0,04 prosenttia, käytetään laajalti rakennusvesiputkien, jäähdytys- ja ilmastointilaitteiden lämpöputkien ja laivojen merivesiputkien tuotannossa; Vähäfosforisia kupariseoslevyjä ja -nauhoja käytetään laajalti elektroniikka- ja kemianteollisuudessa, integroidun piirin lyijykehys kuparinauhat käyttävät myös lukuisia matalan tarkkuuden kupariseoksia; eutektisen koostumuksen omaavat fosforikupariseokset ovat erinomaisia hitsausmateriaaleja. Korkeakupariseoksilla on superplastisuus 580-620 asteessa ja niitä voidaan lämmittää. 3–5 mm:iin suulakepuristettu hitsauslanka on tärkeä materiaali kuparin ja kupariseosten, teräksen ja kupariosien hitsauksessa.
6. Lyijy
Lyijy ei ole kiinteäliukoinen kupari, ja sen kiinteä liukoisuus kupariseoksiin on myös hyvin pieni. Se muodostaa kuparin kanssa sulavan eutektisen rakenteen. Jos kupari sisältää 0 - 38 % lyijyä, nestemäinen lyijy ei sekoitu nestemäiseen kupariin ja jähmettyy. Muodostuu yksikiteinen rakenne; kiinteässä tilassa lyijy jakautuu yksinkertaisessa tilassa kuparissa ja se voi jakautua rakeen sisällä ja raerajalla. Kun lyijyä sisältävä kupariseos käy läpi faasimuutoksen tai uudelleenkiteytymisen, raerajalla oleva lyijy voi siirtyä raerajalle. Sisällä. Lyijyllä ei ole merkittävää vaikutusta kuparin ja metalliseosten sähkön- ja lämmönjohtavuuteen, mutta se voi parantaa työstettävyyttä. Lyijyhiukkaset ovat kiinteää faasia, joka on laakerimateriaalille toivottu pehmeä faasi. Siksi lyijypitoinen kupari ja seokset ovat arvokkaita ja helposti leikattavia materiaaleja. Laakerimateriaalit ovat suosittuja markkinoilla alhaisten kustannustensa vuoksi. Lyijyä sisältävää messinkiä käytetään laajalti. Mitä pienemmät lyijypartikkelit ovat, sitä tasaisempi jakautuminen ja sitä parempi suorituskyky. Lyijyä sisältävää kuparia ja seoksia voidaan käyttää valu- tai puristuskäsittelynä. Lyijymessinki on yksivaiheinen korkeissa lämpötiloissa (yli 500 astetta), sillä on erinomainen kuumatyöstettävyys ja se kestää suuria lämpömuodonmuutoksia. Se on kuitenkin faasi ja a+-faasi huoneenlämpötilassa. Sillä on korkea muodonmuutoskestävyys ja huono plastisuus kylmän muodonmuutoksen aikana. , Liiallinen käsittelynopeus aiheuttaa halkeamia seosmateriaaliin.
Tieteen ja tekniikan kehityksen myötä perinteisen lyijymessingin lyijypitoisuus on noussut 0,8 %:sta 2,5 %:iin yli 5 %:iin ja uuden lyijypitoisen punakuparin, messingin, pronssin ja valkokuparin kehitetään jatkuvasti. Erityisesti on syytä huomauttaa, että lyijypitoiset kupariseokset ovat erittäin mukautuvia raaka-aineisiin ja niitä voidaan valmistaa suoraan kierrätyskuparista, mikä on erittäin tärkeää kuparinjalostusyrityksille.
7. Rauta, zirkonium, kromi, pii, hopea, beryllium, kadmium
Näiden seitsemän metallialkuaineen yhteinen piirre on, että niillä on rajoitettu kiinteän aineen liukoisuus kupariin, ja niiden kiintoaineliukoisuus muuttuu rajusti lämpötilan muutosten myötä. Kun lämpötila alkaa laskea lejeeringin kiteytymisen päätyttyä, alkaa myös niiden kiinteä liukoisuus kupariin. Vähenee ja saostuu kiinteästä faasista metalliyhdisteiden tai alkuaineiden muodossa. Kun nämä alkuaineet ovat kiinteitä kupariin liuotettuina, ne voivat parantaa merkittävästi sen lujuutta ja niillä on kiinteää liuosta vahvistava vaikutus. Kun ne saostuvat kiinteästä faasista, tapahtuu dispersion vahvistumista. Tämän seurauksena sähkö- ja lämmönjohtavuusominaisuudet ovat palautuneet. Ne ovat tyypillisiä ikääntyviä lämpökäsiteltyjä kupariseoksia. Karkaisulla (950-980 astetta, sammutusvesi) ja vanhentamisella (450-550 astetta, 2-4h) voidaan saavuttaa korkea lujuus ja korkea sähkönjohtavuus. Pienet määrät hopeaa eivät merkittävästi vähennä kuparin sähkönjohtavuutta ja lämmönjohtavuutta, mutta voivat merkittävästi lisätä uudelleenkiteytyslämpötilaa, muodonmuutoskestävyyttä ja kulutuskestävyyttä. Sitä käytetään laajalti moottorikommutaattoreissa ja viime aikoina suurnopeusjunien ajojohtojen valmistuksessa. . Kuparilla on ominaisuus, ettei se synnytä kipinöitä törmäyksessä, ja se on tärkeä ilmailun instrumenttimateriaali. Koska kadmium on myrkyllistä ja saastuttaa ympäristöä, sen käyttö vähenee. Berylliumkupari on elastisin materiaali. Beryllium vahvistaa kuparia eniten. Berylliumkuparin lujuus lämpökäsittelyn jälkeen voi olla 4–5 kertaa puhtaan kuparin lujuus.
Rauta voi jalostaa rakeita ja parantaa kuparin ja metalliseosten ominaisuuksia. Antimagneettisia ominaisuuksia vaativissa ympäristöissä rautapitoisuutta tulee valvoa tarkasti, yleensä alle 0,003 %.
Zirkonium- ja kromi-kupariseoksilla on korkea sähkönjohtavuus, lujuus ja hyvä pehmenemiskestävyys. Ne ovat parhaita elektrodeja, ja niillä on tärkeitä sovelluksia ilmailu- ja avaruusmoottoreissa.
Piipronssilla on korkea lujuus ja kulutuskestävyys. Rauta, zirkonium ja kromipronssi ovat uusimpia erittäin lujia ja johtavia kupariseoksia, ja niillä on tärkeitä sovelluksia elektrodien valmistuksessa.
Raudasta, piistä, zirkoniumista ja kromi-kupariseoksesta on tullut integroitujen piirien johtokehysten kuparilejeerinkien perusta, ja niiden seosten koostumusta ja ominaisuuksia tutkitaan erittäin aktiivisesti.
8. Sinkki, tina, alumiini, nikkeli
Näiden neljän alkuaineen yhteinen piirre on, että niillä on suuri kiinteän aineen liukoisuus kupariin, jotka ovat vastaavasti 39,9 %, 15,8 % ja 9,4 %. Nikkeli liukenee rajattomasti toisiinsa. Ne muodostavat jatkuvan kiinteän liuoksen kuparin kanssa ja niillä on laaja yksivaiheinen alue. Ne voivat parantaa merkittävästi kuparin mekaanisia ominaisuuksia ja korroosionkestävyyttä, mutta ne myös vähentävät kuparin sähkön- ja lämmönjohtavuutta. Verrattuna muihin metallimateriaaleihin , ovat edelleen erinomaisia sähköä ja lämpöä johtavia materiaaleja . Ne muodostavat arvokkaita seoksia kuparin kanssa, jotka voidaan jakaa messinki-, pronssi- ja valkokupariseoksiin, mikä muodostaa perustan valtavalle seosjärjestelmälle. Näillä seoksilla on erinomaiset kattavat ominaisuudet. Esimerkiksi messingillä on korkea lujuus, kulutuskestävyys, korroosionkestävyys, korkea lämmönjohtavuus ja alhaiset kustannukset; pronssilla on korkea lujuus, kulutuskestävyys ja korroosionkestävyys; valkokuparilla on erittäin hyvä kestävyys kovaa veden laatua ja meriveden korroosiota vastaan. Kaikki nämä edut ovat muita etuja. Metallimateriaaleja ei voi vaihtaa.
9. Harvinaiset maametallit
Harvinaiset maametallit ovat yleensä lähes liukenemattomia kupariin, mutta pieni määrä harvinaisia maametalleja, joko yksinään tai sekoitettuna, on hyödyllinen kuparin mekaanisille ominaisuuksille ja niillä on vähän vaikutusta kuparin sähkönjohtavuuteen. Tämän tyyppiset alkuaineet voivat muodostaa korkean sulamispisteen yhdisteitä kuparissa olevien epäpuhtauksien, kuten lyijyn ja vismutin, kanssa. Pienet pallomaiset hiukkaset jakautuvat tasaisesti rakeissa, jalostavat rakeita ja parantavat teräksen plastisuutta korkeissa lämpötiloissa. 0.008 % sekoitettua harvinaista maametallia kupariin voi parantaa merkittävästi kuparin prosessiominaisuuksia; kun lisätään alle 0,1 % Y, kuparin mekaaniset ominaisuudet ja prosessiominaisuudet paranevat; kupariseosten mekaaniset ominaisuudet, jotka sisältävät 0,01 % ~ 0,15 % La Sen suorituskyky, sähkönjohtavuus ja pehmenemisvastuksen lämpötila ovat kaikki parempia kuin Cu-0.15Ag-seoksen, ja sitä on käytetty teollisuudessa.
10. Tulenkestävät metallit ja muut metallit
Alkuaineet, kuten volframi, molybdeeni, niobium, uraani ja plutonium eivät läheskään liukene kiinteästi kupariin, kun taas titaani, zirkonium, kromi, koboltti ja muut alkuaineet liukenevat kiinteästi kupariin pieniä määriä, mutta ne kaikki jalostavat kuparirakeita vaihtelevissa määrin ja nostaa sen uudelleenkiteytyslämpötilaa. , neutraloi joidenkin sulavien epäpuhtauksien haitalliset vaikutukset, mikä on hyödyllistä parantaa plastisuutta korkeissa lämpötiloissa.
Pieniä määriä zirkoniumia (Cl5000, C15100, C18100), kobolttia (C17110, C17500) ja kromia (C18400, C18200, C18500) sisältäviä kupariseoksia on käytetty teollisuudessa ja niistä on tullut hyviä sähkömateriaaleja.
