โลหะผสมทองแดงคืออะไร?

คนส่วนใหญ่คิดว่า "โลหะผสมทองแดง" และนึกถึงทองเหลืองหรือทองแดงทันที ซึ่งยุติธรรมแล้ว - สิ่งเหล่านี้คือสิ่งที่ยิ่งใหญ่ แต่มีองค์ประกอบของโลหะผสมทองแดงที่แตกต่างกันประมาณ 400+ รายการที่จดทะเบียนกับ Copper Development Association ไม่มีใครใช้ทั้งหมด อุตสาหกรรมส่วนใหญ่ใช้โลหะผสมทั่วไปประมาณ 30-40 ชิ้น ส่วนที่เหลือเป็นของพิเศษหรือโลหะผสมแบบดั้งเดิมที่ไม่มีใครผลิตอีกต่อไป แต่ยังคง "จดทะเบียน" ในทางเทคนิค

ทำไมต้องผสมทองแดงตั้งแต่แรก?

ทองแดงบริสุทธิ์ - สิ่งที่เราเรียกว่า "ทองแดงบริสุทธิ์เชิงพาณิชย์" ซึ่งจริงๆ แล้วมีทองแดง 99.9%+ - นั้นเป็นทองแดงอ่อน นุ่มจริงๆ คุณสามารถทำให้เล็บบุบได้หากกดแรงพอ การนำไฟฟ้าได้ดี (รองจากเงินเท่านั้น) การนำความร้อนได้ดี ทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม แต่คุณสมบัติทางกลยังอ่อนแอ ความต้านทานแรงดึงมีค่าเพียง 200-250 MPa สำหรับทองแดงอบอ่อน

สำหรับการเปรียบเทียบ เหล็กโครงสร้างคือ 400-550 MPa อลูมิเนียมอัลลอยด์สามารถตีได้ 500-600 MPa ทองแดงบริสุทธิ์จึงไม่แข็งแรงเพียงพอสำหรับการใช้งานเชิงโครงสร้างหรือสิ่งอื่นๆ ที่ต้องรับน้ำหนัก

นอกจากนี้ งานทองแดงบริสุทธิ์-จะแข็งตัวอย่างบ้าคลั่งเมื่อคุณพยายามสร้างมัน การทำงานเย็นจะเพิ่มความแข็งแรงแต่ทำให้เปราะ จากนั้นคุณต้องอบอ่อน (ใช้ความร้อนเพื่อทำให้นิ่ม) ก่อนจึงจะสามารถใช้งานได้มากขึ้น มันเป็นความเจ็บปวด

ดังนั้นเราจึงเพิ่มองค์ประกอบการผสมลงใน:

เพิ่มความแข็งแรงโดยไม่ต้องเสียสละการนำไฟฟ้ามากเกินไป

ปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอ

ปรับปรุงความสามารถในการแปรรูป

เปลี่ยนสี (บางครั้งเหตุผลด้านความสวยงามก็มีความสำคัญ)

ลดต้นทุน (สังกะสีถูกกว่าทองแดงมาก)

ข้อเสีย-คือการนำไฟฟ้าเสมอ เพิ่มองค์ประกอบการผสมมากขึ้น ค่าการนำไฟฟ้าจะลดลง ไม่มีอาหารกลางวันฟรี

ครอบครัวหลัก (สิ่งนี้ซับซ้อนอย่างรวดเร็ว)

ทองเหลือง - ทองแดง + สังกะสี:

นี่อาจเป็นสิ่งที่คนส่วนใหญ่คิดว่าเป็น "โลหะผสมทองแดง" สีคือโทนเหลือง-สีทอง ปริมาณสังกะสีมีตั้งแต่ 5% ถึง 40%+.

ทองเหลืองสังกะสีต่ำ- (สังกะสีต่ำกว่า 20%) เรียกว่า "ทองเหลืองสีแดง" หรือ "โลหะปิดทอง" ยังดูทองแดงอยู่เลย ใช้สำหรับปลอกกระสุน งานตกแต่งสถาปัตยกรรม หรืออะไรทำนองนั้น

ทองเหลืองสังกะสีขนาดกลาง- (สังกะสี 20-36%) เป็นทองเหลืองทั่วไป ทองเหลืองตลับประกอบด้วยทองแดง 70% สังกะสี 30% ซึ่งอาจเป็นโลหะผสมทองเหลืองที่พบมากที่สุด ขึ้นรูปได้ดี แข็งแรงดี เครื่องจักรโอเค

ทองเหลืองสังกะสีสูง- (สังกะสีมากกว่า 36%) มีความแข็งแรงแต่มีความเหนียวน้อยกว่า โลหะ Muntz เป็นทองแดง 60/40- สังกะสี ใช้หุ้มเรือในสมัยก่อนเพราะราคาถูกกว่าทองแดงบริสุทธิ์แต่ยังต้านทานการกัดกร่อนของน้ำทะเลได้ค่อนข้างดี

นอกจากนี้ยังมีทองเหลืองตะกั่วซึ่งเพิ่มตะกั่ว 1-3% เพื่อปรับปรุงความสามารถในการแปรรูป ตะกั่วก่อให้เกิดอนุภาคเล็กๆ ที่ทำหน้าที่เหมือนตัวหักเศษเมื่อคุณตัดเฉือน ทำให้เศษหักออกอย่างหมดจดแทนที่จะสร้างเป็นลอนยาวที่พันรอบเครื่องมือตัดของคุณ

แต่ทองเหลืองที่มีสารตะกั่วกำลังค่อยๆ ยุติลงเนื่องจากกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อม ขณะนี้มีการห้ามสารตะกั่วในน้ำดื่มในสถานที่ส่วนใหญ่ ทุกคนจึงเปลี่ยนไปใช้ทางเลือกที่ปราศจากสารตะกั่ว-ที่มีบิสมัทหรือซิลิคอนแทน ความสามารถในการแปรรูปไม่ค่อยดีนัก แต่อย่างไรก็ตาม กฎระเบียบก็คือข้อบังคับ

ทองแดง - ทองแดง + ดีบุก:

บรอนซ์ในอดีตคือโลหะผสมทองแดง ยุคสำริดและทั้งหมดนั้น ดีบุกทำให้ทองแดงแข็งขึ้นและแข็งแรงขึ้น ช่างเหล็กโบราณค้นพบสิ่งนี้เมื่อประมาณ 5,000 ปีที่แล้ว

โดยทั่วไปแล้ว บรอนซ์ดีบุกสมัยใหม่จะมีดีบุก 4-12% มากกว่านั้นและมันก็เปราะเกินไป ฟอสเฟอร์บรอนซ์จะเพิ่มฟอสฟอรัสเล็กน้อย (0.1-0.5%) ซึ่งจะกำจัดออกซิไดซ์ที่ละลายและปรับปรุงคุณสมบัติ

ฟอสเฟอร์บรอนซ์มีคุณสมบัติสปริงที่ดีเยี่ยม ใช้สำหรับหน้าสัมผัสทางไฟฟ้า สวิตช์ แบริ่ง บูช ฉันเคยทำงานกับ C510 ฟอสเฟอร์บรอนซ์มาบ้างแล้ว - ซึ่งประกอบด้วยดีบุก 5% ฟอสฟอรัส 0.2% ทองแดงที่เหลือ สิ่งที่ดีสำหรับการใช้งานสปริง

แต่ "บรอนซ์" กลายเป็นคำที่สับสนเพราะตอนนี้เราเรียกโลหะผสมที่ไม่ใช่ทองแดงดีบุก-จำนวนมากว่า "บรอนซ์" อลูมิเนียมบรอนซ์ไม่มีดีบุก - เป็นทองแดง + อลูมิเนียม ซิลิคอนบรอนซ์คือทองแดง + ซิลิคอน แมงกานีสบรอนซ์จริงๆ แล้วเป็นทองเหลืองที่มีความแข็งแรงสูง- (ส่วนใหญ่เป็นทองแดง-สังกะสีซึ่งมีเหล็กและแมงกานีสอยู่บ้าง) คำศัพท์เป็นระเบียบ

อลูมิเนียมบรอนซ์:

สิ่งเหล่านี้น่าสนใจ ทองแดง + อะลูมิเนียม โดยปกติแล้วจะมีอะลูมิเนียม 5-11% มีความทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม - ดีกว่าเหล็กกล้าไร้สนิมในการใช้งานน้ำทะเล นอกจากนี้ยังมีความแข็งแรง ทนทานต่อการสึกหรอได้ดี

ปัญหาคือพวกมันหล่อและเครื่องจักรยาก อะลูมิเนียมออกซิไดซ์ได้ง่าย ดังนั้นคุณจึงได้รับอนุภาคอะลูมิเนียมออกไซด์แข็งในโครงสร้างจุลภาค อนุภาคเหล่านี้ทำให้เครื่องมือตัดสึกหรออย่างรวดเร็ว ฉันได้เผาผ่านเม็ดมีดคาร์ไบด์กลึงอลูมิเนียมบรอนซ์ ไม่สนุก.

อลูมิเนียมบรอนซ์ถูกนำมาใช้อย่างมากในการใช้งานทางทะเล - ใบพัด ใบพัดปั๊ม ตัววาล์ว ทุกที่ที่คุณต้องการความต้านทานการกัดกร่อนของน้ำทะเล อุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซก็ใช้สิ่งนี้เช่นกัน

ทองแดง-นิกเกิล (คูนิเฟอร์):

สิ่งเหล่านี้คือโลหะผสมทองแดง-นิกเกิล โดยปกติแล้วจะมีนิกเกิล 10% หรือ 30% ความต้านทานการกัดกร่อนของน้ำทะเลได้ดีเยี่ยม. 90-10 คิวโปรนิกเกิล (ทองแดง 90%, นิกเกิล 10%) ใช้สำหรับการวางท่อน้ำทะเลบนเรือและชานชาลานอกชายฝั่ง

คิวโปรนิกเกิล 70-30 ใช้สำหรับเหรียญสหรัฐตั้งแต่ปี 1965 ถึงปัจจุบัน (ควอเตอร์, สลึง, ครึ่งดอลลาร์) เงินมีราคาแพงเกินไปจึงเปลี่ยนมาใช้คิวโปรนิกเกิลที่หุ้มแกนทองแดง เหรียญมีลักษณะสีเงิน แต่จริงๆ แล้วส่วนใหญ่เป็นทองแดงและนิกเกิล

เรื่องน่ารู้: คิวโปรนิกเกิลในเหรียญทำงาน-แข็งขึ้นจากการสัมผัสและการกระแทกทั้งหมด เหรียญเก่านั้นยากกว่าเหรียญใหม่ คุณสามารถวัดได้ด้วยเครื่องทดสอบความแข็ง

ทองแดงเบริลเลียม:

นี่คือสิ่งที่แปลก ทองแดง + 1.5-2% เบริลเลียม ฟังดูเหมือนไม่มีอะไรใช่ไหม? ผิด.

ทองแดงเบริลเลียมสามารถชุบแข็งตามอายุได้ (การชุบแข็งแบบตกตะกอน) เพื่อให้ได้จุดแข็งที่ 1200-1400 MPa นั่นแข็งแกร่งกว่าเหล็กหลายชนิด อีกทั้งยังคงรักษาสภาพการนำไฟฟ้าได้ดี - ไม่ดีเท่ากับทองแดงบริสุทธิ์แต่ดีกว่าเหล็กกล้า

ดังนั้นจึงใช้สำหรับหน้าสัมผัสทางไฟฟ้า สปริง เครื่องมือสำหรับสภาพแวดล้อมที่อาจเกิดการระเบิด (เบริลเลียมคอปเปอร์ไม่มี-ประกายไฟ) ขั้วต่อการบินและอวกาศ และสิ่งของประสิทธิภาพสูง-ทุกประเภท

ข้อเสีย: เบริลเลียมเป็นพิษ เป็นพิษจริงๆ การสูดดมฝุ่นหรือควันของเบริลเลียมอาจทำให้เกิดโรคเบริลเลียม ซึ่งเป็นโรคปอดเรื้อรังได้ ดังนั้นคุณต้องระมัดระวังเป็นพิเศษในการตัดเฉือนหรือเชื่อมทองแดงเบริลเลียม ต้องการการระบายอากาศที่ดี การป้องกันระบบทางเดินหายใจทั้งเรื่อง

เบริลเลียมยังมีราคาแพง เหมือนแพงจริงๆ ทองแดงเบริลเลียมมีราคาสูงกว่าทองเหลืองหรือทองแดงมาตรฐานถึง 10-20 เท่า คุณจะใช้มันเมื่อคุณต้องการคุณสมบัติจริงๆ เท่านั้น

ฉันเคยทำงานกับเบริลเลียมคอปเปอร์มาสองสามครั้งแล้ว มันเครื่องจักรอย่างดี - เหมือนทองเหลือง แต่คุณกลับหวาดระแวงตลอดเวลาเกี่ยวกับการสร้างฝุ่น ชิปทุกตัวจะถูกรวบรวมและกำจัดอย่างเหมาะสม เจ็บก้นแต่จำเป็น

วิธีการทำงานของโลหะผสม (เวลาโลหะวิทยา)

เมื่อคุณเพิ่มองค์ประกอบลงในทองแดง องค์ประกอบเหล่านี้จะ:

ละลายเป็นสารละลายที่เป็นของแข็ง- อะตอมเพียงแค่ผสมลงในโครงผลึกทองแดง นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นกับสังกะสีในทองเหลืองที่มีสังกะสีมากถึงประมาณ 35-36% อะตอมของสังกะสีทดแทนอะตอมของทองแดงในโครงสร้างผลึก สิ่งนี้จะเพิ่มความแข็งแรง (การเสริมสารละลายของแข็ง) แต่ลดการนำไฟฟ้าลงเนื่องจากอะตอมของสังกะสีจะกระจายอิเล็กตรอน

สร้างระยะที่สอง- เหนือความเข้มข้นที่กำหนด โครงสร้างผลึกใหม่จะก่อตัวขึ้น ในทองเหลืองที่มีสังกะสีมากกว่า 36% คุณจะได้เฟสเบต้าซึ่งแข็งและเปราะมากกว่าเฟสอัลฟา โครงสร้างจุลภาคกลายเป็นสอง-เฟส (อัลฟา + เบต้า) และคุณสมบัติเปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก

ตกตะกอนออกมาเป็นอนุภาคโลหะผสมที่แข็งตัวได้ - ในยุค- เช่น ทองแดงเบริลเลียม เบริลเลียมจะก่อตัวเป็นอนุภาคเล็กๆ เมื่อคุณให้ความร้อนกับมัน อนุภาคเหล่านี้จะขัดขวางการเคลื่อนที่ของการเคลื่อนที่ซึ่งเพิ่มความแข็งแกร่งอย่างมาก นี่คือการตกตะกอนที่แข็งตัว และเป็นวิธีที่คุณจะได้จุดแข็งที่สูงอย่างบ้าคลั่ง

โครงสร้างจุลภาคที่แน่นอนขึ้นอยู่กับองค์ประกอบและการประมวลผล การทำงานในห้องเย็น อุณหภูมิการหลอม อัตราการทำความเย็น ทั้งหมดนี้สำคัญ

ฉันเข้าเรียนวิชาโลหะวิทยาย้อนกลับไปในปี 2550? 2551? หนึ่งในปีเหล่านั้น ศาสตราจารย์ให้เราเตรียมและกัดตัวอย่างโลหะของโลหะผสมทองแดงต่างๆ แล้วดูด้วยกล้องจุลทรรศน์ ทองเหลืองนั้นง่าย - มีโครงสร้างเกรนที่สวยงาม อลูมิเนียมบรอนซ์เป็นระเบียบ - เฟสแปลกๆ และอนุภาคแข็งทั้งหมดนี้ สอบไม่ผ่านข้อสอบข้อนั้นจริงๆ ก็ยังรำคาญมันอยู่

ทรัพย์สินและการแลกเปลี่ยน-

การนำไฟฟ้า:ทองแดงบริสุทธิ์คือ IACS 100% (มาตรฐานทองแดงอบอ่อนสากล) นั่นคือจุดอ้างอิง

ทองเหลืองจะลดลงเหลือ 25-40% IACS ขึ้นอยู่กับปริมาณสังกะสี อลูมิเนียมบรอนซ์มีค่าประมาณ 7-15% IACS ทองแดงเบริลเลียมหลังจากการแข็งตัวตามอายุจะอยู่ที่ประมาณ 20-25% IACS

ดังนั้น หากคุณต้องการการนำไฟฟ้าสูง ให้ใช้ทองแดงบริสุทธิ์หรืออาจเป็นโลหะผสมทองแดง- หากคุณสามารถทนต่อค่าการนำไฟฟ้าที่ต่ำกว่าได้ คุณสามารถเลือกโลหะผสมที่มีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีกว่าได้

การนำความร้อน:การแลกเปลี่ยน-ที่คล้ายกัน ทองแดงบริสุทธิ์มีค่าประมาณ 390-400 W/m·K ทองเหลืองมีค่าประมาณ 100-150 W/m·K อะลูมิเนียมบรอนซ์คือ 60-80 W/m·K

แผงระบายความร้อนและหม้อปรุงอาหารใช้ทองแดงบริสุทธิ์หรือโลหะผสมทองแดงสูง- สิ่งโครงสร้างสามารถใช้โลหะผสมที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่ำได้

ความต้านทานการกัดกร่อน:โลหะผสมทองแดงโดยทั่วไปต้านทานการกัดกร่อนในชั้นบรรยากาศได้ดี พวกมันสร้างคราบป้องกัน (การเกิดออกซิเดชันสีเขียวที่คุณเห็นบนหลังคาทองแดงเก่า) ซึ่งจะทำให้การกัดกร่อนช้าลง

น้ำทะเลมีความซับซ้อนมากขึ้น ทองแดงบริสุทธิ์จะกัดกร่อนอย่างช้าๆ แต่มั่นคง อลูมิเนียมบรอนซ์และทองแดง-นิกเกิลจะดีกว่ามากในน้ำทะเล ทองเหลืองสามารถทนทุกข์ทรมานจากการสลายตัวของสังกะสีได้ในบางสภาวะ - สังกะสีจะถูกชะออกมาเหลือไว้แต่ทองแดงที่มีรูพรุน คุณต้องใช้โลหะผสมทองเหลืองยับยั้งหรือหลีกเลี่ยงทองเหลืองในน้ำทะเล

ความสามารถในการแปรรูป:เครื่องทองเหลืองตะกั่วสวยงาม ทองเหลืองตัดฟรี- (ทองแดง C36000 - 61.5%, สังกะสี 35.5%, ตะกั่ว 3%) คือมาตรฐานทองคำ ได้รับการจัดอันดับ 100% ตามระดับความสามารถในการแปรรูป และส่วนอื่นๆ จะถูกนำมาเปรียบเทียบกับมัน

เครื่องทองแดงบริสุทธิ์ชะมัด นุ่มเกินไปเหนียวเกินไป คุณได้พื้นผิวที่ไม่ดีและ-มีขอบบนเครื่องมือตัดของคุณ

เครื่องจักรอะลูมิเนียมบรอนซ์ทำงานได้ไม่ดีเนื่องจากมีอนุภาคอะลูมิเนียมออกไซด์แข็ง

ทองแดงเบริลเลียมใช้ได้ดี แต่คุณต้องจัดการกับความกังวลเรื่องความเป็นพิษ

ค่าใช้จ่าย:ทองแดงบริสุทธิ์เป็นพื้นฐาน สังกะสีมีราคาถูก ดังนั้นทองเหลืองจึงมีราคาถูกกว่าทองแดงบริสุทธิ์ต่อปอนด์ถึงแม้ว่าคุณจะ "เจือจาง" ทองแดงก็ตาม

ดีบุกมีราคาแพงดังนั้นสัมฤทธิ์จึงมีราคาแพงกว่า นิกเกิลมีราคาแพง ดังนั้นทองแดง-จึงมีราคาแพงกว่า เบริลเลียมมีราคาแพงมากดังนั้นทองแดงเบริลเลียมจึงมีราคาสูงกว่ามาก

ราคาทองแดงในปี 2567-2568 ดีดตัวขึ้นประมาณ 8,000-10,000 ดอลลาร์ต่อเมตริกตัน สังกะสีมีราคาประมาณ 2,500-3,000 เหรียญสหรัฐต่อตัน ดังนั้นการเติมสังกะสีจึงช่วยประหยัดเงิน ดีบุกมีราคา 25,000-30,000 เหรียญสหรัฐต่อตัน การเติมดีบุกจะทำให้ต้นทุนเพิ่มขึ้น

ต้นทุนวัสดุผลักดันการตัดสินใจเลือกโลหะผสมในผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์มากมาย

แอปพลิเคชันทั่วไป (ซึ่งคุณเห็นสิ่งนี้จริง ๆ )

ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์:

ลวดและสายเคเบิล - ทองแดงบริสุทธิ์เป็นส่วนใหญ่ บางครั้งก็เป็นโลหะผสมทองแดงเพื่อความแข็งแรง

บัสบาร์ - ทองแดงบริสุทธิ์

แผงวงจรพิมพ์ - ฟอยล์ทองแดงบนไฟเบอร์กลาส

ตัวเชื่อมต่อและหน้าสัมผัส - ฟอสเฟอร์บรอนซ์, เบริลเลียมคอปเปอร์

ลีดเฟรมสำหรับชิปเซมิคอนดักเตอร์ - โลหะผสมทองแดง

ประปาและ HVAC:

ท่อและท่อ - ทองแดงบริสุทธิ์ (C12200 - "ทองแดง DHP" - ฟอสฟอรัสสูงที่ถูกออกซิไดซ์)

ฟิตติ้งทองเหลือง - (C36000 หรือตะกั่ว-เทียบเท่าฟรี)

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน - ทองเหลืองหรือทองแดง-นิกเกิล

วาล์ว - ทองเหลือง บรอนซ์ บางครั้งอะลูมิเนียมบรอนซ์

มารีน:

ใบพัด - ทองแดงแมงกานีสหรืออลูมิเนียมบรอนซ์

ท่อน้ำทะเล - ทองแดง- นิกเกิล (90-10 หรือ 70-30)

เปลือกตัวถัง (ตามประวัติศาสตร์) - โลหะ Muntz หรือทองแดง

ตัวยึด - ซิลิคอนบรอนซ์

เครื่องกล:

ตลับลูกปืนและบุชชิ่ง - ฟอสเฟอร์บรอนซ์, อลูมิเนียมบรอนซ์

เกียร์ - ฟอสเฟอร์บรอนซ์, อลูมิเนียมบรอนซ์

สปริง - ฟอสเฟอร์บรอนซ์, เบริลเลียมคอปเปอร์

เคล็ดลับการเชื่อม - โครเมียมทองแดง (ทองแดง + 0.5-1% โครเมียมสำหรับความแรงของอุณหภูมิสูง-)

สถาปัตยกรรม:

หลังคาและส่วนหุ้ม - ทองแดงบริสุทธิ์ มีคราบเขียว

อุปกรณ์ประตู - ทองเหลือง บรอนซ์

องค์ประกอบตกแต่ง - โลหะผสมทองแดงต่างๆ ขึ้นอยู่กับสีและการตกแต่งที่ต้องการ

ยานยนต์:

หม้อน้ำ - ท่อทองเหลือง (เมื่อก่อน ปัจจุบันเป็นอะลูมิเนียมเป็นหลัก)

การเดินสายไฟฟ้า - ทองแดงบริสุทธิ์

ตลับลูกปืน - บรอนซ์, ไบเมทัล (เหล็กเสริมด้วยบรอนซ์)

สายเบรก - ทองแดง- นิกเกิล

ปัญหาและข้อจำกัด

ปัญหาที่ 1: ทองแดงมีราคาแพงและมีความผันผวน

ราคาทองแดงผันผวนอย่างมากตามความต้องการทั่วโลก ในช่วงวิกฤตการเงินปี 2551 ทองแดงลดลงจาก 8,000 ดอลลาร์/ตัน เป็น 3,000 ดอลลาร์/ตัน ในเวลาไม่กี่เดือน แล้วมันก็กลับมา ในช่วงที่ห่วงโซ่อุปทานวุ่นวายในช่วงโควิดในปี 2021-2022 ทองแดงพุ่งขึ้นถึง $10,000+/ตัน

หากคุณกำลังผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีโลหะผสมทองแดง การแกว่งของราคาเหล่านี้จะทำลายอัตรากำไรของคุณ คุณต้องป้องกันความเสี่ยงในตลาดสินค้าโภคภัณฑ์ (ซับซ้อนและมีความเสี่ยง) หรือส่งต่อต้นทุนให้กับลูกค้า (ผู้ที่ไม่ชอบการเปลี่ยนแปลงราคา)

อุตสาหกรรมบางแห่งเปลี่ยนจากทองแดงเพราะเหตุนี้ อลูมิเนียมแทนที่ทองเหลืองในหม้อน้ำ พลาสติกแทนที่ทองแดงในระบบประปาบางส่วน (ท่อ PEX) ไม่ใช่สิ่งที่ดีกว่าเสมอไป - ฉันไม่ไว้วางใจ PEX ระยะยาว- - แต่ต้นทุนเป็นตัวขับเคลื่อนการตัดสินใจ

ปัญหาที่ 2: น้ำหนัก

ทองแดงมีน้ำหนักมาก ความหนาแน่น 8.96 ก./ซม.³ เปรียบเทียบกับอะลูมิเนียมที่ 2.70 ก./ซม. หรือไทเทเนียมที่ 4.5 ก./ซม. 3

สำหรับการใช้งานด้านการบินและอวกาศหรือยานยนต์ที่มีน้ำหนักเป็นสิ่งสำคัญ โลหะผสมทองแดงจะมีข้อเสียเปรียบ คุณจะต้องเลือกวัสดุที่เบากว่า เว้นแต่คุณจะต้องการนำไฟฟ้าหรือความร้อนจริงๆ

ยานพาหนะไฟฟ้าต้องใช้ทองแดงจำนวนมากสำหรับมอเตอร์และสายไฟ สิ่งนี้จะเพิ่มน้ำหนัก วิศวกรพยายามลดการใช้ทองแดงให้เหลือน้อยที่สุดในขณะที่ยังคงรักษาประสิทธิภาพไว้ แลกเปลี่ยน-ทุกที่

ปัญหาที่ 3: กฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา

ตะกั่วในทองเหลืองเคยเป็นมาตรฐาน ตอนนี้มันถูกห้ามหรือจำกัดในการใช้งานระบบประปาส่วนใหญ่ อุตสาหกรรมประปาต้องปฏิรูปทุกอย่างใหม่

มีการอภิปรายอย่างต่อเนื่องเกี่ยวกับองค์ประกอบอื่นๆ ด้วย เบริลเลียมได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดเนื่องจากความเป็นพิษ บางคนต้องการจำกัดนิกเกิลในผลิตภัณฑ์อุปโภคบริโภคเนื่องจากการแพ้นิกเกิล

ทุกครั้งที่กฎระเบียบเปลี่ยนแปลง ผู้ผลิตจะต้องปรับวัสดุใหม่และอาจออกแบบผลิตภัณฑ์ใหม่ได้ มีราคาแพงและเสียเวลา-

ปัญหาที่ 4: การกัดกร่อนของกัลวานิก

เมื่อคุณเชื่อมต่อโลหะผสมทองแดงกับโลหะอื่นๆ โดยมีอิเล็กโทรไลต์อยู่ (เช่น น้ำทะเลหรือความชื้น) คุณอาจได้รับการกัดกร่อนจากกัลวานิก โลหะมีตระกูลน้อยกว่าจะกัดกร่อนเร็วขึ้น

ทองแดงค่อนข้างสูง (สูงในซีรีย์กัลวานิก) ดังนั้นจึงมักทำให้โลหะอื่นสึกกร่อน หากคุณสลักเกลียวโลหะผสมทองแดงกับอลูมิเนียมหรือสังกะสีในสภาพแวดล้อมทางทะเล อลูมิเนียมหรือสังกะสีจะสึกกร่อนอย่างรวดเร็ว

คุณต้องใช้แหวนรองที่เป็นฉนวน สารเคลือบ หรือการเลือกใช้วัสดุอย่างระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ มันเป็นข้อผิดพลาดทั่วไปในการออกแบบ ฉันเคยเห็นขายึดอะลูมิเนียมสึกกร่อนเป็นเวลาหลายเดือน เนื่องจากวิศวกรบางคนยึดเข้ากับส่วนประกอบที่เป็นทองแดงโดยไม่แยกออกจากกัน

ปัญหาที่ 5: การแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น (SCC)

โลหะผสมทองแดงบางชนิดไวต่อการกัดกร่อนจากความเค้นแตกร้าวในสภาพแวดล้อมบางอย่าง ทองเหลืองสามารถแตกร้าวได้ในสภาพแวดล้อมที่มีแอมโมเนีย สิ่งนี้เรียกว่า "การแตกร้าวตามฤดูกาล" เนื่องจากพบครั้งแรกในกล่องตลับทองเหลืองที่เก็บไว้ในสภาพแวดล้อมเขตร้อน (แอมโมเนียจากการย่อยสลายอินทรียวัตถุ)

คุณต้องตระหนักถึงสภาพแวดล้อมการบริการและเลือกโลหะผสมอย่างเหมาะสม หรือความเครียด-บรรเทาชิ้นส่วนหลังการขึ้นรูปเพื่อลดความเค้นตกค้าง หรือใช้อัลลอยด์ยับยั้งที่มีการเติมสาร เช่น สารหนูหรือดีบุก ซึ่งลดความไวต่อ SCC

ปัญหาที่ 6: เข้าร่วมการท้าทาย

การเชื่อมโลหะผสมทองแดงอาจเป็นเรื่องยุ่งยาก การนำความร้อนสูงหมายความว่าความร้อนจะกระจายอย่างรวดเร็ว - คุณต้องใช้กำลังไฟฟ้าสูงเพื่อทำการเชื่อม อลูมิเนียมบรอนซ์เป็นเรื่องยากที่จะเชื่อมเป็นพิเศษเนื่องจากมีการก่อตัวของอลูมิเนียมออกไซด์

การบัดกรีมักจะง่ายกว่าการเชื่อมโลหะผสมทองแดง แต่การบัดกรีต้องใช้โลหะตัวเติมและฟลักซ์เฉพาะ และต้องทำความสะอาดทุกอย่างให้สะอาดหมดจดเสียก่อน ไม่เช่นนั้น ข้อต่อทองเหลืองจะอ่อนแรง

ฉันประสบปัญหาข้อต่อทองเหลืองเพราะมีคนทำความสะอาดชิ้นส่วนไม่ถูกต้อง การปนเปื้อนของจาระบีหรือน้ำมันช่วยป้องกันไม่ให้ทองเหลืองเปียก ข้อต่อดูดี แต่ไม่มีความแข็งแรง ความเจ็บปวดในการแก้ไขปัญหา

เหตุใดเรายังคงใช้โลหะผสมทองแดงแม้ว่าจะมีปัญหาก็ตาม

เพราะพวกเขาทำงาน โลหะผสมทองแดงมีประวัติที่พิสูจน์แล้วย้อนหลังไปหลายพันปี เราเข้าใจพฤติกรรมของพวกเขา เราได้กำหนดกระบวนการผลิต และมีโครงสร้างพื้นฐานในการรีไซเคิล

ค่าการนำไฟฟ้านั้นยากที่จะเอาชนะ - มีเพียงเงินเท่านั้นที่ดีกว่า และเงินก็มีราคาแพงกว่ามาก สำหรับการใช้งานด้านไฟฟ้า ทองแดงโดยพื้นฐานแล้วไม่สามารถทดแทนได้ในขณะนี้

ความต้านทานการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมทางทะเลเป็นเลิศ โดยเฉพาะทองแดง-นิกเกิลและอลูมิเนียมบรอนซ์ ดีกว่าเหล็ก ดีกว่าอลูมิเนียม หากคุณต้องการความต้านทานต่อน้ำทะเล โลหะผสมทองแดงคือคำตอบ

นอกจากนี้ยังรีไซเคิลได้ง่ายอีกด้วย โลหะผสมทองแดงและทองแดงสามารถนำไปหลอมใหม่และนำกลับมาใช้ใหม่ได้ไม่จำกัดโดยไม่มีการย่อยสลาย มูลค่าเศษซากสูงเพียงพอที่เศรษฐศาสตร์การรวบรวมและการรีไซเคิลจะได้ผล ตรงกันข้ามกับพลาสติกที่การรีไซเคิลมักไม่คุ้มค่าในเชิงเศรษฐกิจ

ประมาณ 50% ของทองแดงที่ใช้ทั่วโลกมาจากแหล่งรีไซเคิล ซึ่งสูงกว่าวัสดุอื่นๆ ส่วนใหญ่มาก

ทางเลือกและทิศทาง

อลูมิเนียมกำลังแทนที่ทองแดงในบางการใช้งานสายส่งไฟฟ้าใช้อะลูมิเนียมแทนทองแดงในระยะทางไกล เนื่องจากน้ำหนักมีความสำคัญมากกว่าการนำไฟฟ้า หม้อน้ำเปลี่ยนมาใช้อลูมิเนียม ค่าการนำความร้อนน้อยกว่า แต่เบากว่าและถูกกว่า

แต่อลูมิเนียมจะไม่มีทางแทนที่ทองแดงในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หรือการผลิตไฟฟ้าได้ทั้งหมด เนื่องจากความต่างของค่าการนำไฟฟ้าสูงเกินไป

วัสดุคาร์บอน (กราฟีน ท่อนาโนคาร์บอน) อาจแข่งขันกันในที่สุดในการใช้งานพิเศษ สิ่งเหล่านี้สามารถมีค่าการนำไฟฟ้าและความร้อนสูงมาก แต่เรายังไม่ได้อยู่ในเชิงพาณิชย์และอาจจะไม่เกินทศวรรษหรือนานกว่านั้น

กำลังพัฒนาโลหะผสมขั้นสูงเซอร์โคเนียมทองแดง-โครเมียม-มีความแข็งแรงสูงบวกกับการนำไฟฟ้าได้ดี โลหะผสมทองแดง-เหล็ก-บางชนิดมีการผสมผสานคุณสมบัติที่น่าสนใจ มีการวิจัยมากมายเกี่ยวกับการเพิ่มประสิทธิภาพเคมีอัลลอยด์สำหรับการใช้งานเฉพาะด้าน

แต่จริงๆ แล้วเหรอ? โลหะผสมทองแดงหลักที่เราใช้ในปัจจุบัน - ทองเหลือง ทองแดง ทองแดง-นิกเกิล - มีมาเป็นเวลา 50-100+ ปีแล้ว พวกเขาทำงาน อุตสาหกรรมเป็นแบบอนุรักษ์นิยม เว้นแต่จะมีเหตุผลที่น่าสนใจในการเปลี่ยน เรายังคงยึดถือสิ่งที่พิสูจน์แล้ว

โลหะผสมใหม่ส่วนใหญ่จะเติมเต็มการใช้งานเฉพาะกลุ่มที่โลหะผสมมาตรฐานไม่ค่อยได้ผล เช่นเดียวกับทองแดงเบริลเลียมที่เติมลงในช่องสำหรับเครื่องมือที่มีความแข็งแรงสูงที่ไม่-เกิดประกายไฟ- แต่การใช้งานในปริมาณมากจะใช้โลหะผสมแบบดั้งเดิม

อะไรที่สำคัญจริงๆ

หากคุณกำลังออกแบบบางอย่างด้วยโลหะผสมทองแดง สิ่งสำคัญต่อไปนี้:

คุณต้องการคุณสมบัติอะไรบ้าง?อย่า-ระบุมากเกินไป หากคุณต้องการความต้านทานการกัดกร่อนแต่ไม่มีความแข็งแรงสูง อย่าเลือกโลหะผสมที่มีความแข็งแรงสูง-ซึ่งมีราคาแพง เลือกโลหะผสมที่ถูกที่สุดที่ตรงตามข้อกำหนด

คุณสามารถทนต่อค่าการนำไฟฟ้าที่ต่ำกว่าได้หรือไม่?ถ้าใช่ คุณจะมีตัวเลือกโลหะผสมเพิ่มมากขึ้น และสามารถปรับต้นทุนหรือคุณสมบัติทางกลให้เหมาะสมได้

สภาพแวดล้อมการบริการคืออะไร?มีฤทธิ์กัดกร่อน? อุณหภูมิสูง? สวมใส่? สิ่งนี้ขับเคลื่อนการเลือกโลหะผสมมากกว่าสิ่งอื่นใด

วิธีการผลิต?โลหะผสมบางชนิดหล่อได้ดีแต่เครื่องจักรไม่ดี บางชนิดเหมาะสำหรับการปั๊มแต่ไม่สามารถปลอมแปลงได้ จับคู่โลหะผสมกับกระบวนการของคุณ

ระดับเสียงเท่าไหร่?สำหรับปริมาณมาก การเพิ่มประสิทธิภาพต้นทุนวัสดุเป็นสิ่งสำคัญ สำหรับปริมาณน้อย ให้ใช้อะไรก็ได้ที่มี แม้ว่าจะไม่ใช่ตัวเลือกที่ถูกที่สุดก็ตาม

วิธีการเข้าร่วม?หากคุณต้องการเชื่อม จะช่วยขจัดโลหะผสมบางชนิดหรือต้องใช้ขั้นตอนพิเศษ

วิศวกรรมส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับ-การแลกเปลี่ยนและการประนีประนอม โลหะผสมทองแดงก็ไม่แตกต่างกัน ไม่ค่อยมีโลหะผสมที่ "ดีที่สุด" - เพียงชนิดเดียวที่เหมาะกับความต้องการและข้อจำกัดเฉพาะของคุณมากที่สุด

จบลงนานกว่าที่ฉันวางแผนไว้ อีกครั้ง.

เวอร์ชันย่อ: โลหะผสมทองแดงคือทองแดงบวกกับสารอื่นๆ เพื่อให้แข็งแรงขึ้น/แข็งขึ้น/ถูกลง/ดีขึ้นสำหรับการใช้งานเฉพาะด้าน มีโลหะผสมหลายร้อยชนิด แต่การใช้งานส่วนใหญ่ใช้โลหะผสมทั่วไปเพียงไม่กี่โหล การแลกเปลี่ยน-ระหว่างคุณสมบัติการนำไฟฟ้าและคุณสมบัติทางกล ทำงานได้ดีสำหรับงานไฟฟ้า ทางทะเล ประปา เครื่องกล ราคาแพงแต่รีไซเคิลได้ จะไม่หายไปในเร็ว ๆ นี้แม้จะมีทางเลือกอื่นก็ตาม

เขียนขณะดื่มกาแฟจากแก้วทองแดงล่อมอสโก ซึ่งน่าจะเป็นทองเหลืองชุบทองแดง หรืออาจเป็นแค่เหล็กชุบทองแดง- ฉันควรตรวจสอบจริงๆ

โอ้ และถ้าคุณกำลังตัดเฉือนโลหะผสมทองแดงที่แข็งแกร่งเหล่านั้น ฉันพูดถึง - โดยเฉพาะทองแดงเบริลเลียมหรืออลูมิเนียมบรอนซ์ - ลองดูเครื่องทำให้จม EDM- สะอาดกว่าการตัดเฉือนแบบทั่วไปเมื่อคุณจัดการกับวัสดุแข็ง ไม่มีฝุ่น ไม่มีการสึกหรอ-เม็ดมีดคาร์ไบด์ แค่บอกว่า-