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はじめに：銅は、多種多様な金属、合金、化合物として人々に利用され、生産や生活のあらゆる側面に深く浸透し、21世紀の急速な発展を遂げる人類にとって不可欠かつ重要な金属となっています。
銅の定義
銅は化学元素であり、元素記号は Cu、原子番号は 29、遷移金属です。 銅の最も一般的な用途はワイヤの製造です。 通常、現在使用されているワイヤーは純銅で作られています。純銅の電気伝導率と熱伝導率は銀に次ぐものですが、銀よりもはるかに安価です。
共通カテゴリ
多くの人は銅は 1 種類しかないと考えています。 それは唯一のものです。 しかし、実際には他にもさまざまな種類の銅があります。 たとえば、合金銅。 真鍮は銅と亜鉛からなる合金です。 白銅は銅とニッケルの合金です。 青銅は銅と亜鉛、ニッケル以外の元素との合金で、主に錫青銅、アルミニウム青銅などが挙げられます。 赤銅は、銅の含有量が高く、その他の不純物の合計含有量が1％未満の銅です。
銅加工材料の分類：硫酸銅、塩化銅、銅棒、銅棒、銅地金、銅板、銅線、銅合金、厚銅、銅条、酸化銅、銅箔、銅管、銅箔、銅泥、銅鋳物、電気銅、その他の銅合金銅材。
銅材は、純銅または銅合金から棒、線、板、条、条、管、箔などのさまざまな形状に作られます。銅材の加工には、圧延、押出、伸線などが含まれます。 銅素材のうち、板や条は熱間圧延と冷間圧延されます。 ストリップとフォイルは両方とも冷間圧延されます。 パイプと棒は押出製品と引抜製品に分けられます。 線材は全て伸線品です。
1 純銅
純銅はバラ色をした金属で、表面に酸化銅膜が形成されると紫色に変わります。 したがって、工業用純銅は赤銅または電解銅と呼ばれることがよくあります。 密度は8~9g/cm?、融点は1083度です。 純銅は優れた導電性を持ち、ワイヤー、ケーブル、ブラシなどの製造に広く使用されています。 熱伝導率が高く、磁気干渉から保護する必要がある磁気機器やメーターの製造によく使用されます。 コンパス、航空計器など。 可塑性に優れており、ホットプレスや冷間加工が容易です。 銅管、銅棒、銅線、銅棒、銅条、銅板、銅箔などの銅素材に加工できます。 純銅製品には精錬品と加工品があります。
中国の赤銅加工材料は、通常の赤銅（T1、T2、T3、T4）、無酸素銅（TU1、TU2および高純度真空無酸素銅）、脱酸銅（TUP、TUMn）に分類できます。 、少量の合金を添加する 特殊な銅元素には 4 種類（ヒ素銅、テルル銅、銀銅）があります。
純銅の電気伝導率と熱伝導率は銀に次いで高く、電気伝導性および熱伝導性の機器の製造に広く使用されています。 銅は、大気、海水、特定の非酸化性の酸（塩酸、希硫酸）、アルカリ、食塩水、各種有機酸（酢酸、クエン酸）に対して優れた耐食性を有しており、化学工業で使用されています。 また、赤銅は溶接性が良く、冷間・熱間塑性加工により様々な半製品や完成品を作ることができます。 1970 年代には、赤銅の生産量が他の種類の銅合金の総生産量を上回りました。
純銅中の微量不純物は、銅の電気伝導性と熱伝導性に重大な影響を与えます。 このうち、チタン、リン、鉄、シリコン等は導電率を著しく低下させるが、カドミウム、亜鉛等はあまり影響を与えない。 銅への酸素、硫黄、セレン、テルルなどの固溶度は非常に小さく、銅と脆い化合物を形成する可能性があり、導電性にほとんど影響を与えませんが、加工可塑性が低下する可能性があります。 一般の銅を水素や一酸化炭素を含む還元雰囲気中で加熱すると、水素や一酸化炭素が粒界の亜酸化銅（Cu2O）と相互作用しやすくなり、高圧の水蒸気や炭酸ガスが発生し、銅の焼損の原因となります。ひび割れます。 この現象は銅の「水素病」と呼ばれることがあります。 酸素は銅の溶接性に有害です。 ビスマスまたは鉛は銅と低融点共晶を形成し、銅が熱的に脆くなる原因となります。 そして、脆いビスマスが粒界の薄膜に分布すると、銅が冷間脆化する原因となります。 リンは銅の導電率を大幅に低下させる可能性がありますが、銅液の流動性を高めて溶接性を向上させることができます。 適切な量の鉛、テルル、硫黄などを含有すると、被削性が向上します。
真鍮2個
真鍮は銅と亜鉛の合金です。 最も単純な黄銅は銅と亜鉛の二元合金で、単純黄銅または普通黄銅と呼ばれます。 真鍮中の亜鉛含有量を変えることにより、異なる機械的特性を備えた真鍮を得ることができます。 真鍮の亜鉛含有量が高いほど、強度は高くなりますが、可塑性は低くなります。 工業的に使用される真鍮の亜鉛含有量は 45% を超えません。 亜鉛の含有量が高くなると脆性が生じ、合金の特性が低下します。 黄銅は鋳造品と圧力加工品に大別されます。
真鍮は次のように分類されます。
1) 普通の真鍮
銅と亜鉛からなる合金です。 亜鉛含有量が39％未満の場合、亜鉛は銅に溶解して単相aを形成する可能性があり、これを単相黄銅と呼びます。 可塑性に優れており、熱間および冷間加圧加工に適しています。 亜鉛含有量が 39% を超えると、単相と銅 - 亜鉛ベースの固溶体 b が存在し、これを二相黄銅と呼びます。 b は可塑性を低下させ、引張強度を増加させるため、熱間圧力加工のみに適しています。
コードネームは「H+数字」で表され、Hは黄銅、数字は銅の質量分率を表します。 たとえば、H68 は、銅含有量が 68%、亜鉛含有量が 32% の真鍮を意味します。 鋳造真鍮には、コードの前に「Z」が付いています（ZH62 など）。
H90、H80は単相の黄金色なので総称して金と呼ばれ、塗装、装飾品、メダルなどと呼ばれています。 H68、H59は二相黄銅で、ボルトなどの家電製品の構造部品に広く使用されています。 、ナット、ワッシャー、スプリングなど。
一般に冷間加工には単相黄銅、熱間加工には二相黄銅が使用されます。
2) 特殊真鍮
通常の黄銅に他の合金元素を加えた多成分合金を黄銅と呼びます。 一般的に添加される元素には鉛、錫、アルミニウムなどが含まれており、それに応じて鉛黄銅、錫黄銅、アルミニウム黄銅と呼ばれます。 合金元素を添加する目的。 主な目的は、引張強度を高め、仕上がりを改善することです。
コード:「H + 主要なプラス元素の記号 (亜鉛を除く) + 銅の質量分率 + 主要なプラス元素の質量分率 + 他の元素の質量分率」。
例: HPb59-1 は、銅の質量分率が 59%、主な添加元素である鉛の質量分率が 1%、残りが亜鉛であることを意味します。
3 ブロンズ
青銅は歴史上最も初期に使用された合金です。 もともとは銅と錫の合金を指しました。 青みがかった灰色なのでブロンズと呼ばれます。 合金の加工性能と機械的特性を改善するために、鉛、亜鉛、リンなどの他の合金元素がほとんどの青銅に添加されます。 錫は希少元素であるため、多くの錫フリーの青銅が今でも産業界で使用されています。 それらは安いだけでなく、必要な特別な特性も備えています。 ブロンズも、圧力加工品と鋳造品の2つに分かれます。
コード：表記方法は「Q＋主元素記号および質量分率＋その他元素の質量分率」となります。 鋳造品の場合はコードの前に「Z」が付きます。 例: Qal7 は、5% のアルミニウムを含み、残りが銅であるアルミニウム青銅を意味します。 ZQsn10-1 は、錫含有量が 10%、その他の合金元素が 1%、残りが銅鋳造錫青銅であることを意味します。 青銅は、錫青銅と特殊青銅（無錫青銅）の 2 つのカテゴリに分類できます。
(1) 錫を主成分とする銅と錫の合金で、錫青銅とも呼ばれます。
錫の含有量が5～6%未満の場合、銅に錫が固溶し、可塑性が増加します。 錫の含有量が5〜6%を超えると、Cu31Sb8-系固溶体の出現により引張強さが低下するため、錫青銅の錫含有量は3〜14%が多い。 錫の含有量が5％以下であれば冷間変形加工に適します。 錫の含有量が5～7％であれば熱間変形加工に適します。 錫の含有量が10％を超えると鋳造に適します。
αは電極電位に近く、組成物中の錫が窒化されて緻密な二酸化錫皮膜を形成するため、大気や海水などに対する耐食性は向上しますが、耐酸性は劣ります。
錫青銅は結晶化温度範囲が広く、流動性が低いため、集中的な引け巣が形成されにくいが、デンドライトの偏析や分散した引け巣が発生しやすい。 鋳造収縮が小さく、鋳型に近い寸法の鋳物が得られるため、鋳造に適しています。 複雑な形状と大きな肉厚の条件は、高密度と良好なシール性を必要とする鋳造には適していません。 スズ青銅は、優れた摩擦低減特性、耐磁性、低温靭性を備えています。 錫青銅は製造方法により、加圧加工錫青銅と鋳造錫青銅の2種類に分けられます。
A. 錫青銅の加圧加工
錫の含有量は通常 8% 未満であり、熱間および冷間圧力によってプレート、ストリップ、ロッド、チューブ、その他の形状に加工する必要があります。 加工硬化後、引張強さと硬度は増加しますが、可塑性は減少します。 再アニーリング後、高い引張強さを維持しながら可塑性を改善することができ、特に高い弾性限界を得ることができます。 機械の耐食性、耐摩耗性部品、弾性部品、耐磁性部品、滑り軸受やブッシュを必要とする機器には、Qsn4-3Qsn6.5~0.1がよく使用されます。
B. 鋳造錫青銅
インゴットとして供給され、鋳造ワークショップで使用されます。 滑り軸受や歯車など、複雑な形状だが密度が低い鋳物の鋳造に適しています。一般的に使用されるのは ZQsn10-1ZQsn6-6-3 です。
2)特殊ブロンズ
錫の代わりに他の元素を追加するか、錫を含まない青銅を使用してください。 ほとんどの特殊青銅は、錫青銅よりも高い機械的特性、耐摩耗性、耐食性を備えています。 一般的に使用されるものとしては、アルミニウム青銅（QAL7QAL5）、鉛青銅（ZQPB30）などが挙げられます。
ニッケルを主添加した銅基合金は銀白色であり、白銅と呼ばれます。 ニッケル含有量は通常 10%、15%、20% です。 含有量が多いほど色が白くなります。 銅とニッケルの二元合金は普通白銅と呼ばれ、銅とニッケルにマンガン、鉄、亜鉛、アルミニウムなどの元素を加えたものは複合白銅と呼ばれます。 純銅にニッケルを添加すると、強度、耐食性、抵抗、熱電特性が大幅に向上します。 さまざまな性能特性と用途に応じて、工業用白銅は構造用白銅と電気用白銅の2種類に分けられ、それぞれさまざまな耐食性と特殊な電気的および熱的特性を満たします。
4 白銅
ニッケルを主添加した銅基合金は銀白色であり、白銅と呼ばれます。 銅とニッケルの二元合金は普通白銅と呼ばれ、銅とニッケルにマンガン、鉄、亜鉛、アルミニウムなどの元素を加えたものは複合白銅と呼ばれます。 純銅にニッケルを添加すると、強度、耐食性、抵抗、熱電特性が大幅に向上します。 さまざまな性能特性と用途に応じて、工業用白銅は構造用白銅と電気用白銅の2種類に分けられ、それぞれさまざまな耐食性と特殊な電気的および熱的特性を満たします。
見分け方
白銅、真鍮、赤銅（「紫銅」とも呼ばれます）、青銅（青灰色または灰色がかった黄色）は色によって区別されます。 その中でも白銅と真鍮は見分けやすいです。 赤銅は純銅（不純物）です。<1%), and bronze (other alloy components are about 5%) is slightly difficult to distinguish. When not oxidized, the color of red copper is brighter than that of bronze, while bronze is slightly cyan or yellowish and darker; after oxidation, red copper turns black, while bronze becomes turquoise (harmful oxidation of too much water) or chocolate color.
銅は人類の祖先が使用した最も古い金属です。 多くの優れた特性と素晴らしい機能を備えています。 それは人類社会の進歩に忘れられない貢献をしてきただけではありません。 また、人類文明の発展とともに新しい用途も開発され続けてきました。 銅は古代の金属であると同時に、生命力に満ちた現代の工学材料でもあります。 現在、人類は電化・電子情報化を特徴とする多彩な高度文明社会を迎え、銅の応用分野はさらに広がりました。
なぜ銅を使用するのでしょうか?また、銅は主にどのような特性に使用されますか? 銅は電気伝導性と熱伝導性に優れており、エンジニアリング金属材料の中で第一位にランクされます。 これが、現在の電化・電子情報化社会における重要な役割の主な基盤です。 銅はまた、多くの優れた総合的特性を備えています。大気、海水、土壌、および多くの化学媒体に対して強い耐食性を備えています。 硬さと柔らかさ、弾性、耐摩擦性、耐摩耗性を兼ね備えた構造物に使用されます。 カラフルな外観は、人々に愛されるシンプルさと優雅さの象徴です。 前述の数々の使用性に加え、加工、鋳造、溶接、切断の容易さなどの一連の優れた加工特性を備えており、経済的で広く使用されています。
--住宅建設が 48% を占めます。これには以下が含まれます。パイプライン システム（水、熱、ガス、消火用スプリンクラーなど）。 住宅設備（エアコン、冷蔵庫など）。 建物の装飾（屋根、洗濯機、装飾品など）。 通信回線（音声、画像、データ等） 電源システム。
--機器生産が 41% を占めます。次のものが含まれます。産業用機器（モーター、変圧器など）。 交通機関（自動車、鉄道、航空機など）。 電子デバイス; 軽工業製品（家庭用電化製品、機器、工具など） - 基本設備が11％を占める ％： 含む：大規模プロジェクト（輸送設備、石油化学産業、鉱業および冶金産業など）。 電気事業（送電、配電等）。 通信ネットワーク。
住宅建設は人々の生産水準の向上に直接関係しており、この面では銅が最大の割合を占めていることは注目に値します。 特に私の国では、住宅建設は国民経済全体の発展を促進する上で重要な役割を果たしています。 銅の利用が国家経済と国民生活に重要な役割を果たしていることがわかります。
A.電気業界での応用
※ 動力伝達
電力伝送には、導電性の高い銅が大量に必要であり、主に電力、ケーブル、バスバー、変圧器、スイッチ、プラグ部品、コネクタに使用されます。
ワイヤやケーブルの送電プロセスでは、抵抗加熱により電気エネルギーが無駄になります。 現在、世界では省エネや経済性の観点から「最適ケーブル断面積」規格が推進されています。 「最適ケーブル断面積」規格では、一度の設置コストと消費電力の2つの要素を考慮し、ケーブルサイズを適切に拡大することで、省エネと総合的な最大の経済効果を実現します。 新規格ではケーブル断面積が旧規格の2倍以上になることが多く、約50％の省エネ効果が得られます。
過去一時期、我が国の鉄鋼不足により、アルミニウムの割合が銅の30％に過ぎないことを考慮して、架空送電線の銅をアルミニウムに置き換える対策が講じられ、その削減を期待してきました。重さ。 現在、環境保護上の理由から、架空送電線は地中ケーブルに転換される予定です。 この場合、アルミニウムは銅に比べて見劣りしますが、銅は導電性が低く、ケーブルサイズが大きいという欠点があります。
同じ理由で、米国と日本ではアルミニウム巻線変圧器を省エネで効率的な銅巻線変圧器に置き換えることも賢明な選択です。
※モーター製造
モーターの製造では、高導電性と高強度の銅合金が広く使用されています。 銅を使用する主な部品はステーター、ローター、シャフトヘッドです。 大型モーターでは二重水内部冷却モーターや水素冷却モーターと呼ばれ、巻線を水や水素で冷却するため、長い中空ワイヤーが必要となります。
モーターは電気エネルギーの大消費者であり、全電気エネルギー供給量の約 60% を占めます。 モーターの動作にかかる累積電気代は非常に高くなります。 通常、動作開始から最初の 500 時間以内にモーターの元のコストに達します。これは、1 年以内にコストの 4 ～ 16 倍に相当し、全動作期間ではコストの 200 倍に達する可能性があります。 モーター効率のわずかな向上は、エネルギーを節約するだけではありません。 また、大きな経済的利益を達成することもできます。 高効率モーターの開発と応用は世界中で注目されています。 モーター内部のエネルギー消費は主に巻線の抵抗損失から発生するため、 したがって、銅線の断面積を増やすことが、高効率モーターを開発するための重要な手段となります。 近年開発された高効率モーターの中には、従来のモーターよりも 25 ～ 100% 多くの銅巻線を使用するものがあります。 現在、米国エネルギー省は、鋳造銅技術を使用してモーターローターを製造する開発プロジェクトに資金を提供しています。
※通信ケーブル
光ファイバケーブルは、1980年代以降、大電流容量などの利点から、通信幹線の銅ケーブルに代わって急速に普及・普及が進んでいます。 しかし、電気エネルギーを光エネルギーに変換してユーザーに接続するには、依然として大量の銅が必要です。 通信の発展に伴い、人々の通信への依存度はますます高まり、光ファイバーケーブルや銅線の需要は今後も増加していくでしょう。
※住宅用電気配線
近年、我が国では国民生活水準の向上と家電製品の急速な普及に伴い、家庭用の電力負荷が急速に増大しております。 我が国の家庭用電力消費は今後も大きく発展し、それに伴い銅線の利用も大幅に増加するでしょう。
B.エレクトロニクス産業での応用
エレクトロニクス産業は新興産業です。 その急成長の過程で、新しい鉄鋼製品や新製品が常に開発されています。
