1铜合金材料的性能

1.1 铜的基本性能

1.1.1 铜的基础数据

铜，元素符号为Cu，在化学元素周期表中位于第4周期，属IB族，铜的原子序数为29，相对原子质量为63.57，原子半径为0.157nm。原子结构为原子核外有4层电子层，从内向外每层的电子数分别为8、18、8、2。纯铜的密度为8900kg/m3，熔点为1083.4℃，沸点为2360℃。铜的熔化潜热为205.4kJ/kg。铜无磁性，室温磁化率为-0.085×10-6。铜无同素异性转变。铜中的扩散系数D0为0.468cm2/s，扩散激活能Q=197.99kJ·mol。99.9%Cu(ρ=8910kg/m3）在室温时通过自身固定频率振动传播的声速为3846m/s。铜对可见光（630~430nm）的反射率为80%~50%。在熔融状态下对全波长的光谱辐射率约为14%。固态时铜为面心立方（fcc）晶体结构，在｛111｝面系，各有〈110〉、〈101〉、〈011〉滑移方向，组成12个滑移系，塑性极好。

铜在地壳中的含量不高，仅占0.01%，排第17位，列在铁、铝、镁之后。
铜是一种典型的亲硫元素，在自然界中主要形成硫化物，只有在强氧化条件下形成氧化物，在还原条件下可形成自然铜。目前，在地壳上已发现铜矿物和含铜矿物约250多种，主要是硫化物及其类似的化合物、铜的氧化物、自然铜以及铜的硫酸盐、碳酸盐、硅酸盐类等矿物。其中，有16种适合当前选治条件，可作为工业矿物原料。我国选冶铜矿物原料主要是黄铜矿、辉铜矿、斑铜矿、孔雀石等。
    我国是贫铀国家，而且铜矿的品位较低。每年需从国外进口约1000万吨的精铜矿砂、几百万吨的阴极铜和废杂铜。降低消耗、有效用铜，是铜加工业领域和铜材的消费者共同的原则和目标。

1.1.2 铜的物理性能

铜的物理性能列于表1-1中。
铜的密度为8900kg/m³，在有色金属分类中与锡、锌、铅同属重有色金属。铜的熔点为1083.4℃，比铝（660.37℃）、镁（649℃）、锌（419.58℃）都高得多，但低于铁（1538℃）、镍（1455℃）、钛（1672℃）。

1表1-1铜的主要物理性能

铜无磁性，在某些场合可用来作为屏蔽电磁场的材料。
在铜的物理性能中，最具应用价值的是其导电、导热性能。在元素周期表中，铜列于银、金之前，同属B族，与银、金一样具有极好的导电、导热性能。铜的导电性稍逊于银、金而高于其他元素，所以人们通常用退火后的纯铜在20℃时的电导率作为100%IACS，其他材料的电导率则以其相当于纯铜的百分数来表示，并作为一种标准。由于铜比银的储量丰富，价格低廉，因此应用更广泛。铜被制成电线电缆、接插件、端子、汇流排、引线框架等，从而广泛应用于电力、电子、电气、通讯行业。铜是各种热交换设备如热交换器、冷凝器、散热器的关键材料，被广泛应用于电站、空调、制冷、汽车水箱、太阳能集热器等各种热交换场合。
1.1.3 铜的化学性能

铜的电极电位是+0.34V，在正常电位序中铜的电位比氢高，是电位较正的金属，所以在很多介质中稳定性好，具有较好的耐蚀性。铜基本上被认为是一种惰性金属，其耐蚀性能远优于普通钢材。在碱性气氛中铜的耐蚀性又优于铝。在大气中，因在铜表面可形成一层主要由碱式硫酸铜组成的保护膜，阻断了金属的进一步氧化，因而其耐大气腐蚀性极好。不含二氧化碳和氧的结晶水对铜的腐蚀实际上不起作用。铜在淡水中的腐蚀速度很低，约为每年0.05mm。
由于铜具有良好的耐蚀性，因此被广泛应用于建筑屋面板、雨水管、上下水管道、管件；化工和医药容器、反应釜、纸浆滤网；舰船设备、螺旋桨、生活和消防管网；冲制各种硬币、装饰物、奖杯、奖牌、雕塑和工艺品等。
1.1.4 铜的工艺性能铜在固态时为面心立方晶体结构，有12个滑移系，因而塑性非常好，易于变形加工，可以方便地进行弯折、锻造、挤压、轧制、深冲、拉伸，冷变形率可超过98%，很容易被加工成板、带、箔、管、棒、型、线和细丝。这也是铜被广泛应用在各个工业部门的重要原因。

铜具有良好的铸造性能，可铸造制作各种像、鼎、钱币等。铜的加工产品都是通过对铸坯的加工变形实现的。

铜具有较好的可焊性，特别适合于软、硬钎焊。

铜还具有良好的电镀性能，因此，铜件表面镀铬、镀镍、镀银在工业生产中得到广泛应用。

纯铜的切削性能远不如黄铜等其他铜合金（约为HPb63-3的20%），但它不像钢铁那样坚硬，也不像纯铝那样软，高速车削时易粘刀。

铜的色泽亮丽典雅、丰富多彩，颇受人类青睐，被认为是庄重、尊严、古朴、典雅、高贵的象征。因此，几千年来，铜被广泛用作装饰材料。

铜具有抑菌性，这是其他金属材料所没有的。铜离子浓度超过0.002mg/L即可抑制细菌的生长。实验证明，在5h内铜器皿水中99%的细菌都会被杀灭。

铜可抑制水生物在铜质船只上的附着和生长，这种能力是铜被大量应用在船舶、网箱及其他海洋工程上的重要原因。