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铜及铜合金：材料科学与工程应用

课程目标：深入了解铜及铜合金掌握纯铜及铜合金的特点本课程将详细介绍纯铜的导电性、导热性、延展性等物理特性，以及铜合金通过添加不同元素所获得的性能提升。我们将探讨不同合金元素对铜的机械性能、耐腐蚀性和加工性能的影响，使您能够根据具体应用选择合适的材料。了解铜在工程中的应用

铜的历史：文明的基石1人类最早使用的金属之一铜是人类最早发现和使用的金属之一，早在公元前8000年就已出现。其易于开采、加工和塑形的特性，使其成为早期人类制造工具、武器和装饰品的重要材料，对人类文明的进步产生了深远的影响。2对早期人类文明的影响

自然界中的铜：资源的分布地壳中的含量铜在地壳中的平均含量约为0.01%，属于中等丰度的金属元素。尽管含量不高，但铜矿分布广泛，主要集中在智利、秘鲁、美国、澳大利亚和中国等地。这些国家的铜矿储量占全球总储量的很大比例。主要存在形式

纯铜的物理性质：基础特性密度纯铜的密度较高，约为8.96克/立方厘米。高密度使其在需要重量或稳定性的应用中具有优势，例如在机械部件和配重块中使用。熔点纯铜的熔点为1085摄氏度。适中的熔点使其易于熔炼和铸造，方便加工成各种形状和尺寸的零件。同时，也使其在高温环境中能够保持一定的强度。晶体结构

纯铜的化学性质：稳定与活跃电极电位铜的标准电极电位为+0.34V，表明其化学性质相对稳定。在空气中，铜的表面会形成一层致密的氧化膜，保护内部金属免受进一步腐蚀。但在潮湿环境中，铜可能会发生电化学腐蚀。耐蚀性

纯铜的导电性和导热性：卓越性能在金属中的排名纯铜具有优异的导电性和导热性，在金属中仅次于银。其高导电性使其成为电气工程中理想的导线材料，而高导热性使其在热交换设备中得到广泛应用。影响因素

纯铜的机械性质：强度与塑性强度纯铜的强度相对较低，抗拉强度约为200MPa。但通过冷加工可以提高其强度，例如冷轧可以使抗拉强度提高到400MPa以上。此外，添加合金元素也可以显著提高铜的强度。塑性

工业纯铜的分类：牌号与类型1牌号系统工业纯铜根据其化学成分和性能分为不同的牌号，例如T1、T2、T3等。不同牌号的纯铜具有不同的杂质含量和性能指标，适用于不同的应用场合。主要类型

无氧铜：高纯度的追求特点无氧铜是指氧含量极低的纯铜，通常低于10ppm。通过在真空或保护气氛下熔炼和铸造，可以有效去除铜中的氧气，从而提高其导电性、导热性和加工性能。无氧铜的纯度通常高于99.99%。应用无氧铜广泛应用于对导电性和导热性要求极高的领域，例如高频电缆、电子器件、真空器件、超导材料等。其优异的性能使其能够满足苛刻的应用需求，保证设备的稳定性和可靠性。

纯铜的主要应用：电气与热交换电气工业纯铜因其优异的导电性而广泛应用于电气工业，例如电线电缆、电机绕组、变压器、开关、连接器等。在电力传输和分配系统中，纯铜是不可或缺的关键材料。热交换设备纯铜因其优异的导热性而广泛应用于热交换设备，例如散热器、冷凝器、蒸发器、热管等。在制冷、空调、化工等领域，纯铜是高效热交换的关键材料。

铜合金概述：性能的扩展定义铜合金是指以铜为基体，加入一种或多种其他金属或非金属元素所形成的合金。通过添加不同的合金元素，可以改变铜的机械性能、耐腐蚀性和加工性能，使其适用于更广泛的应用场合。1主要合金元素常见的铜合金元素包括锌、锡、铝、镍、锰、硅等。不同的合金元素对铜的性能产生不同的影响，例如锌可以提高铜的强度和塑性，锡可以提高铜的耐磨性和耐蚀性，铝可以提高铜的强度和耐高温性能。2

铜合金的优点：超越纯铜1保留纯铜特性铜合金在保留纯铜优良的导电性、导热性和塑性的基础上，通过添加合金元素进一步改善其性能，使其能够满足更苛刻的应用需求。例如，铜合金可以提高强度、耐蚀性、耐磨性和耐高温性能。2性能改善通过调整合金元素的种类和含量，可以获得具有不同性能特点的铜合金。例如，黄铜具有良好的加工性能和耐蚀性，青铜具有较高的强度和耐磨性，白铜具有优异的耐蚀性和电阻特性。这些铜合金在各自的应用领域发挥着重要作用。

铜合金的分类方法：多元视角按化学成分按照化学成分，铜合金可以分为黄铜、青铜、白铜等。黄铜是以锌为主要合金元素的铜合金，青铜是以锡、铝、硅、锰等为主要合金元素的铜合金，白铜是以镍为主要合金元素的铜合金。不同类型的铜合金具有不同的性能特点和应用领域。按加工方法按照加工方法，铜合金可以分为加工铜合金和铸造铜合金。加工铜合金是指可以通过塑性加工成各种形状的铜合金，例如板材、管材、线材等。铸造铜合金是指可以通过铸造工艺成形的铜合金，例如铸件、零件等。

黄铜概述：锌的贡献定义黄铜是指以锌为主要合金元素的铜合金。通过添加锌，可以提高铜的强度、塑性和耐蚀性，同时降低成本。黄铜是应用最广泛的铜合金之一，其产量约占铜合金总产量的一半以上。主要成分黄铜的主要成分是铜和锌