铜合金成分分析检测应该怎么做？
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发布日期：2020-11-02 15:28:37

铜合金因为其独特的材料特性，在工业生产、航空、航天领域广泛使用。铜合金通常是一种共晶合金体。在目前的铜合金材质中，其性能主要为 Cu 元素以及其他杂质元素的含量所决定。因为 Cu 元素以及其他杂质元素的含量以及性质各异，所以在定量研究以及材料特性上也表现出较大的不同。


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合金元素对黄铜性能影响 

元素

作用  

铁Fe

1、在黄铜中的溶解度极小；

2、铁有细化铜晶粒，延迟铜的再结晶过程，即提高再结晶温度，抑制退火时再结晶晶粒长大，提高合金强度与硬度。不利是降低铜的塑性、电导率与热导率；

3、如果铁在铜中呈独立的相，则铜具有铁磁性。当铜中含铁量为0.1%时，铜的导电率约为70%；

4、同时存在硅时，两者形成高硬度硅化铁质点，使得切削性变坏。

铅Pb

1、不固溶于铜，呈黑色质点分布于易溶共晶体中，存在与晶界上；

2、Pb对铜的电导率与热导率无显著影响，还能大幅度提高铜的可切削性能。

3、Pb严重降低Cu的高温塑性，即伸长率与面缩率剧烈下降，同时高温脆性区也随着铜含量的增加而扩大。

4、两相铅黄铜可热加工，单相铅黄铜一般只能冷轧或热挤。

磷P

1、磷很少固溶于铜-锌合金中，在单相黄铜中，超过0.05-0.06%的磷，就出现脆性相CU3P，降低黄铜塑性；

2、磷作为良好的脱氧剂，要求有一定量的残留磷，磷能提高铜熔体的流动性。

砷AS

1、As可与铜中Cu2O起反应形成高熔点的砷酸铜质点，消除了晶界上的Cu+Cu2O共晶体，从而提高了铜的塑性；

2、黄铜中加入0.02-0.05%砷，可防止黄铜脱锌，提高黄铜的耐腐蚀性。

锡Sn

1、能少量溶于α相及(α+β)黄铜中，起抑制脱锌的作用，能提高材料的抗蚀能力，改善耐磨性，但Sn可导致铸锭的反偏析。

锰Mn

1、在黄铜中的溶解度较大，可提高黄铜的强度、硬度；

2、高锰黄铜可采用淬火与时效来提高强度和硬度。

铝Al

1、铝显著缩小黄铜的α区，铝含量增高时，将出现γ相，虽可提高硬度，但极具降低合金塑性；

2、增加黄铜的流动性。


合金元素对锡青铜影响 

元素

作用 

磷P

1、良好脱氧剂，增加锡青铜的流动性，但加大反偏析程度；

2、适当的磷提高锡青铜强度、硬度、弹性极限、弹性模量和疲劳强度；

3、当磷超过0.3%是，合金组织中出现铜和铜的磷化物所组成的共晶体，磷化物有高的硬度、耐磨性和良好的研磨性。

锌Zn

1、锌能大量溶解于铜-锡合金的α固溶体中，

2、能改善流动性，减小结晶温度范围，减轻锡青铜的反偏析。

铅Pb

1、铅不固溶于锡青铜，以独立相存在，呈黑色夹杂物分布在枝晶间，分布不均匀，加镍可改善分布，并能细化组织。

锰Mn

1、锰降低锡在α相固溶体中的溶解度，

2、锰在熔化时，容易生产氧化物，降低合金的流动性，使铸锭性能变坏。

铝、镁、硅

1、少量能溶入α固溶体，提高合金力学性能，但在熔化过程中，容易氧化生产难熔的氧化物，进而降低锡青铜的流动性和强度。


合金元素对铝青铜影响

元素

作用 

铁Fe

1、合金中铁过量，组织会有针状FeAl3化合物析出，力学性能变化，抗腐蚀性恶化；

2、铁使铝青铜中的原子扩散速度减慢，增加в相稳定性，少量的铁能抑制铝青铜变脆的“自行退火”现象，显著减少合金的脆性，加入0.5-1%的含量使得晶粒细化。

锰Mn

1、二元铝青铜加入0.3-0.5%的锰，可减少热轧开裂；

2、锰铝青铜中加入一定量铁，铁能细化晶粒，组织中出现铁铝化合物的微细质点，提高力学性能和耐磨性，但减弱锰对в相稳定的作用。

锡Sn

1、不大于0.2%锡会改变单相铝青铜在蒸汽和微酸性气氛中耐腐蚀能力

铬Cr

1、少量铬加入二元铝青铜是有益的，阻碍合金退火加热时的晶粒长大，并明显提高合金退火后的硬度。


合金元素对白铜影响 

元素

作用 

锌Zn

1、大量溶于铜-镍合金中，起固溶强化作用，提高强度硬度，增强抗腐蚀能力；

铁Fe

1、超过2%易引起合金腐蚀开裂，超过4%则腐蚀加剧，保护层脱落；

2、适量铁提高白铜在海水中的冲击腐蚀的耐腐蚀性能。

锰Mn

1、锰与镍形成MnNi，有细化晶粒作用，可借助MnNi的沉淀硬化作用提高合金力学和耐腐蚀性能，

2、在铜-镍-铝系合金中加入5%的锰，可提高合金的塑性。

3、铜镍合金加入锰，电阻值稳定，电阻温度系数很小。

硅Si

1、硅与镍形成化合物NI2Si、NI3Si，当NI2Si、NI3Si从固溶体中析出，能引起合金的强度和硬度升高，起到强化作用。


稀土元素一般几乎不固溶与铜，但少量的稀土金属不管是单个加入还是以混合稀土的形式加入，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，提高铜的高温塑性，即800时铜合金的伸长率与面缩率随着铈含量提高而显著上升。


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那么铜合金成分分析一般有哪些检测方法呢？

电解重量法

此方式能够用于各种类型的铜合金的检测，精确度和准确性都较高，在国际和我国国家标准中都有相关的规定，此途径检测的铜的主要机理是基于处于酸性环境之中，通以一定的电流进行电解，此时铜于铂电极中将会析出，之后再测定电解之前的阴极电极 + 试样和电解之后的阴极电极 + 出铜的质量，最后分析两者之间的质量差就可以测定出铜含量。


碘量法

和电解法相比较，碘量法的分析精度较电解法差，通常企业中把其作为质量管控的分析途径。因为此途径分析更加快速，其通常用于检测黄铜与锌白铜合金的铜量的检测。碘量法的原理通常在微酸性环境中使得 Cu 与 I-产生碘化亚铜（Cu2I2），析出 I2，然后用硫代硫酸钠的标准溶液检测 I2，进而折算出铜的质量。


火焰原子吸收光谱法

依据成分的不同，铜合金中铜检测的方式又多种。如果Cu 含量为 0.000  5%~0.060% 时，

GB/T  11067.2—2006 中规定了一种火焰原子吸收光谱分析 Cu 含量的方式，此方式的主要

检测机理为把铜合金完全用酸溶解后，微沸蒸干，用水稀释一定的量后制成待检测的溶液。然后通过原子吸收光谱仪处在一定的波长下检测铜的吸光度，确定铜的浓度。


X射线荧光光谱法（XRF)

因为 XRF 光谱仪的价格较为昂贵，利用此仪器进行检测的企业并不多。铜合金和铝合金、钢铁有所不同，它通常要对含量达到80%~90% 的材质进行检测。XRF 光谱仪是作为检测高成分材质的最好的方式。

在进行检测分析样品时，一般利用外标法进行检测，通常把样品中铜的检测分析荧光强度和特定的铜浓度的样品中的相同的分析线荧光强度作为对比，进而分析出样品的含铜量。




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