[科普中國]-有色金屬合金

有色金屬合金的用途廣泛，主要應(yīng)用于汽車、建材、家電、電力、3C、機(jī)械制造等行業(yè)。近年來，汽車、建材、家電、電力、3C、機(jī)械制造等行業(yè)呈現(xiàn)快速發(fā)展態(tài)勢，而有色金屬合金制造行業(yè)的發(fā)展依賴著下游行業(yè)的拉動，伴隨下游行業(yè)的發(fā)展，有色金屬合金制造行業(yè)也得到快速發(fā)展。1

介紹有色金屬合金是以一種有色金屬為基體，加入一種或幾種其他元素而構(gòu)成的合金。與鋼鐵等黑色金屬材料相比，有色金屬合金具有許多優(yōu)良的特性，強(qiáng)度和硬度一般比純金屬高，具有良好的綜合機(jī)械性能和耐腐蝕性能，常用來制造化工容器及有關(guān)的設(shè)備零部件。2

發(fā)展有色金屬合金的用途廣泛，主要應(yīng)用于汽車、建材、家電、電力、3C、機(jī)械制造等行業(yè)。

從行業(yè)整體情況來看，2010年中國有色金屬合金制造行業(yè)共有788家企業(yè)；實現(xiàn)銷售收入1008.44億元，同比增長44.70%；實現(xiàn)利潤總額45.81億元，同比增長94.44%。從行業(yè)地區(qū)分布來看，江蘇省的企業(yè)數(shù)量與銷售收入均居全國第一；銷售收入居前五的省市分別為江蘇省、廣東省、浙江省、河南省和湖南省。

未來幾年，有色金屬合金制造行業(yè)的下游需求產(chǎn)業(yè)仍將保持快速發(fā)展，有色金屬合金需求量將會不斷擴(kuò)大。然而，伴隨行業(yè)市場規(guī)模的擴(kuò)大，行業(yè)競爭也日趨激烈，有色金屬合金制造企業(yè)間并購整合與資本運(yùn)作日趨頻繁，國內(nèi)優(yōu)秀的有色金屬合金制造企業(yè)愈來愈重視對行業(yè)市場的研究，特別是對產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境和產(chǎn)品購買者的深入研究。3

合金銅合金：常見的銅合金有黃銅，青銅及白銅等。

鋁合金：根據(jù)鋁合金的成分和生產(chǎn)工藝特點，通常分為形變與鑄造鋁合金兩大類。工業(yè)上應(yīng)用的主要有鋁-錳，鋁-鎂，鋁-鎂-銅，鋁-鎂-硅-銅，鋁-鋅-鎂-銅等合金。變形鋁合金也叫熟鋁合金，據(jù)其成分和性能特點又分為防銹鋁，硬鋁，超硬鋁，鍛鋁和特殊鋁等五種。

鉛基合金：鉛基軸承合金是鉛銻錫銅合金，它的硬度適中，磨合性好，摩擦系數(shù)稍大，而韌性很低?；卮?，它適用于澆注受震較小，載荷較輕或速度較慢的軸瓦。

鎳合金：鎳能與銅，鐵，錳，鉻，硅，鎂組成多種合金。其中鎳銅合金是著名的孟乃爾合金，它強(qiáng)度高，塑性好，在750度以下的大氣中，化學(xué)性能穩(wěn)定，廣泛用于電氣工業(yè)，真空管，化學(xué)工業(yè)，醫(yī)療器材和航海船舶工業(yè)等方面。

鋅合金：鋅合金的主要添加元素有鋁，銅和鎂等。鋅合金按加工工藝可分為形變與鑄造鋅合金兩類。鑄造鋅合金流動性和耐腐蝕性較好，適用于壓鑄儀表,汽車零件外殼等。

鎂合金：鎂合金中的合金元素主要有鋁，鋅各錳，有時也加入少量的鋯，鈰，釷等。鎂合金按生產(chǎn)工藝不同也可分為形變與鑄造鎂合金兩大類。鎂合金是重要的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，廣泛應(yīng)用于航空，航天工業(yè)方面。

鈦合金：鈦合金按組織可分三類（鈦中加入鋁和錫元素；鈦中加入鋁鉻鉬釩等合金元素；鈦中加入鋁和釩等元素。）鈦合金具有強(qiáng)度高而密度又小，機(jī)械性能好，韌性和抗蝕性能很好。另外：鈦合金的工藝性能差，切削加工困難。在熱加工中，非常容易吸收氫氧氮碳等雜質(zhì)。還有抗磨性差，生產(chǎn)工藝復(fù)雜。

錫基合金：錫基軸承合金是錫銻銅合金。它的摩擦系數(shù)小，硬度適中，韌性較好，并有很好的磨合性，抗蝕性和導(dǎo)熱性，主要用于高速重載荷條件下工作的軸瓦。4

幾種有色金屬合金的性能特點及應(yīng)用蒙乃爾合金 Minel 400Monel 400合金是Ni-Cu系耐蝕合金，屬于美國蒙乃爾合金中的一種，相當(dāng)于我國牌號Ncu28-2.5-1.5，是一種以金屬鎳為基體添加銅、鐵、錳等其它元素而成的合金，具有典型的單相奧氏體組織，具有優(yōu)良的耐腐蝕性能和中溫強(qiáng)度，是用量最大、用途最廣、綜合性能最佳的耐蝕鎳銅合金。銅的加入使鎳的強(qiáng)度增加，硬度提高，塑性稍有降低、熱導(dǎo)率增加，提高了合金在還原性介質(zhì)中的耐蝕性，但降低了其在氧化性介質(zhì)中的耐蝕性。

由于鹽酸濃度和溫度的升高以及氧化性環(huán)境都會顯著地增強(qiáng)對Monel 400的腐蝕作用，因此控制有機(jī)物料中的水分含量防止鹽酸生成，以及防止氧化性物質(zhì)混入，對于保證設(shè)備的正常使用壽命具有決定性的作用。中性氯化物和酸性一氧化性氯化物能造成材料的腐蝕，常見的腐蝕形式為點蝕、縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕開裂。3

因康鎳合金 Inconel 600Inconel 600合金是Ni-Cr系奧氏體耐熱合金，屬于美國因康鎳合金中的一種。由于較高的鉻含量，合金在高溫下具有較高的強(qiáng)度和抗氧化能力，高溫力學(xué)性能明顯優(yōu)于Ni含量低的一般奧氏體不銹鋼，抗氧化溫度可高達(dá)1180 ℃。Inconel 600合金在980℃的抗氧化和剝落性能如圖，圖中使用了失重指標(biāo)來衡量材料暴露在循環(huán)溫度條件下保持保護(hù)性氧化層的能力，并與另外三種材料進(jìn)行了對比，性能明顯優(yōu)于304不銹鋼、309不銹鋼和Incoloy 800HT合金。

雖然該合金是為適應(yīng)高溫環(huán)境的強(qiáng)度而設(shè)計的，但由于鉻、鉬的含量高，使其對眾多腐蝕介質(zhì)，從高度氧化環(huán)境到一般腐蝕環(huán)境，均具有良好耐腐蝕特性。3

哈氏合金 HastelloyHastelloy合金有A、B、C、D、F、G等系列，廣泛用于鹽酸、稀硫酸、磷酸、硝酸、有機(jī)酸、氫氟酸等性質(zhì)，應(yīng)用較多的主要是B、C系列。

Hastelloy B是Ni-Mo系耐蝕合金，Mo的加入改善了鎳基（固溶體）的抗蝕性、強(qiáng)度以及高溫加工性，其顯著優(yōu)點是在鹽酸中特別耐蝕，在常壓下未充入空氣的任何溫度、任何濃度的鹽酸中都是耐蝕的。但Ni-Mo合金耐氧化性介質(zhì)腐蝕的能力較差，當(dāng)鹽酸中有空氣存在時，合金的腐蝕速率將顯著增加；在氧化性酸性鹽中，例如在氯化鐵、氯化銅、硫酸鐵、硫酸銅等中會受到嚴(yán)重腐蝕。

HastelloyC是Ni-Cr-Mo系耐蝕合金，合金中含有較高的Cr和Mo，并具有單相奧氏體組織，合金既耐氧化性介質(zhì)又耐還原性介質(zhì)的腐蝕，同時在氧化-還原復(fù)合酸介質(zhì)中也耐蝕，在濕氯氣和含氯氣的水溶液中具有其它耐蝕合金難以相比的耐蝕性，耐70℃以下任何濃度的硫酸溶液腐蝕。在鹽酸中的耐蝕性低于Hastelloy B，但在室溫下腐蝕速率不高于0.10mm/a；在65℃、各種濃度的鹽酸中也不高于0.5mm/a。鹽酸中是否充氧，對耐蝕性無顯著影響。3

白銅 BFe30-1-1以鎳為主要合金元素的銅合金稱為白銅，以Cu-Ni合金為基礎(chǔ)加人第三元素Fe的白銅稱為鐵白銅，白銅的耐蝕性類似于純銅，銅的標(biāo)準(zhǔn)電極電位高（約+0.35V），熱力學(xué)穩(wěn)定性也較高，合金中高含量的鎳能顯著提高合金的強(qiáng)度、耐蝕性、抗氧化性和耐熱性，少量的鐵和錳進(jìn)一步提高合金的強(qiáng)度和耐蝕性，特別是對流動海水和揣流的抗沖刷腐蝕能力。由于銅的標(biāo)準(zhǔn)電極電比氫要正，在非氧化性酸中不可能產(chǎn)生放氫反應(yīng)，因此銅在稀的和中等濃度的非氧化性酸中，例如鹽酸、硫酸溶液中，顯示出足夠的穩(wěn)定性。3

生產(chǎn)工藝技術(shù)生產(chǎn)工藝（1）熔煉擠壓法：用該方法可生產(chǎn)根、細(xì)晶根、銀銅、銀鎘等真合金線材、片、帶材。而后將這些合金片、線、帶材在紫銅、黃銅、青銅上復(fù)合鑲嵌，再根據(jù)用途不同，生產(chǎn)成復(fù)合觸頭（包括片狀、鉚釘?shù)龋?/p>

（2）燒結(jié)擠壓法：這是將兩種互不相溶的金屬、非金屬氧化物、非金屬粉末按一定比例進(jìn)行混、成型、燒結(jié)制成假合金，再擠壓成線材、板材、制成復(fù)合觸頭。2

說明熔煉擠壓法生產(chǎn)合金線、片材為純銀、細(xì)晶銀、銀銅、銀鎘、銀石墨幾種。這些線、片分別與銅復(fù)合，形成沖制觸頭。內(nèi)氧化法生產(chǎn)銀氧化鎘線，與銅復(fù)合，生成鉚釘。

燒結(jié)擠壓法可生產(chǎn)銀鎳、銀石墨、銀氧化鎘、氧化錫、氧化鋅等線材，并于銅復(fù)合形成各種觸頭。

如圖，分別是熔煉擠壓法和燒結(jié)擠壓法生成有色金屬合金的工藝流程圖。2

主要生產(chǎn)設(shè)備（1）采用25kg真空、非真空中頻感應(yīng)電爐（帶發(fā)電機(jī)組）進(jìn)行合金熔煉，清潔衛(wèi)生，有利于操作環(huán)境，自帶發(fā)電機(jī)組，便于連續(xù)生產(chǎn)，也比較經(jīng)濟(jì)實用。

（2）采用63MN擠壓機(jī)，用于生產(chǎn)線材和片材，該機(jī)采用油泵直接傳動，便于自動控制擠壓速度，運(yùn)行平衡，設(shè)備結(jié)果緊湊。

（3）采用等靜壓機(jī)，用于粉末坯錠的成型，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。

（4）采用V型高效混粉機(jī)，用于粉末的機(jī)械混合，該設(shè)備速度快，生產(chǎn)效率高，混粉均勻。

（5）采用真空退火爐、坯料燒結(jié)爐、氫氮氣體保護(hù)退火爐、箱式退火爐等熱處理設(shè)備，用于產(chǎn)品的熱處理及模具的加熱，能保證產(chǎn)品無氧化、性能均勻，表面光潔。

（6）采用φA-20W氨分解裝置，生產(chǎn)出N2和H2，保證熱處理設(shè)備的使用，對產(chǎn)品起到保護(hù)作用。

（7）采用兩臺拉絲機(jī)，用于生產(chǎn)線材的拉撥，該設(shè)備機(jī)械化水平高，具有速度高、效率高等特點。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李廉 - 副教授 - 中國礦業(yè)大學(xué)