阀门用铜合金材料的选用与研究(刊印修改稿)

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1、2008年第4期阀门—22—文章编号：1002-5855（2008）04-0015-08阀门用铜合金材料的选用与研究摘要介绍了铜及铜合金的基本特性及其在铜阀门中的应用，针对阀门标准中铜合金壳体和零件的工况，论述了阀用铜合金的特性和金属添加元素的作用，提出了阀用铜合金选择的一般原则。关键词阀门；铜合金；材料；选用中图分类号：TH134文献标识码：ATheadoptionandstudyofmaterialsofvalvecopperalloyAbstract：Thepaperintroducesbasiccharacte

2、risticsofcopperandcopperalloyaswellastheirutilizationsingeneral.BasedonworkingconditionsofcopperalloyshellsandpartsinChineseandinternationalvalvestandards,itdissertatesthecharacteristicsofvalvecopperalloyandtheeffectsofmetaladdition-element;andatthesametime,itgi

3、vesthegeneralprinciplesofchoosingvalvecopperalloy.Keywords:Valve,CopperAlloy,Adoption,Material：1概述铜合金在阀门以及阀用零件上得到了广泛应用，其中选用较多的是锡青铜、铝青铜、铅黄铜以及硅黄铜。我国现有各类铜阀门标准约112个，其中在164个船用阀门的GB和CB中有86个是铜阀门标准，在已有的9个气瓶阀门GB中，有8个是铜阀门标准，此外在GB、JB、QB和CJ等标准中还有近20个可选择铜合金壳体的阀门标准。确切把握各种铜合金特

4、性，定量分析金属添加元素的作用，合理选择阀用铜合金，对于保证阀门具有良好的使用性能，工作寿命和较低的生产成本是有益的。2铜及铜合金的基本特性铜及铜合金除了具有导电、导热和抗磁特性外，还呈现出耐蚀性、抑菌性、装饰性、耐磨性、低温性、成形性、切削性、可镀性、密封副组装性、经济性和适用性等基本特性：（1）耐蚀性铜的耐蚀性能很好，在与大气、水等接触时，反应生成难溶于水的碱式硫酸铜CuSO4·3Cu(OH)2和碱式碳酸铜CuCO3·Cu(OH)2薄膜，又称“铜绿”。这层致密的薄膜与铜基体结合牢固，能防止铜被继续腐蚀，因此铜在大气

5、、纯净淡水和流速缓慢的海水中都具有很强的耐蚀性。在大气中的腐蚀速率为0.02㎜/a，在海水中的腐蚀率为0.02～0.04㎜㎜/a。但在某些介质中铜及铜合金并不耐蚀。例如铜离子遇NH3会反应生成蓝色的铜氨络合物，遇硫离子会生成黑色CuS沉淀物等，因此在在潮湿的大气、含氨（或NH4+）或硫化物的介质的大气或水中、过热蒸汽以及汞或汞盐溶液中，很容易产生腐蚀破裂而被禁用。（2）抑菌性当溶液中铜离子的浓度超过0.002mg/L时，即可抑制细菌等微生物的生长，在水介质中5h可以灭菌99%。其抑菌性有别于其它加工过的材料或涂层，是可

6、以长期稳定地提供抑菌保护而不会消失，因此常用于饮用水管道及附件、食品器皿和海洋工程等。但铜合金表面的抑菌性起到的只是辅助杀菌作用，并不能够防止交叉污染并取代标准的防感染措施。2008年第4期阀门—22—（3）装饰性纯铜通过添加合金元素，或借助化学药品、颜料和艺术加工的综合作用，使其表面由紫色转为黄色、青色或白色等其它颜色或装饰纹，有很强的装饰性。由于铜及铜合金有很好的抗氧化性能，在大气中于室温下，铜氧化速度非常缓慢，因此能长期保持本色。当温度超过130℃时，铜表面开始氧化，生成黑色的CuO，在高温下，铜的氧化速度加快，

7、由CuO分解出致密的红色氧化亚铜（Cu2O）和游离氧。（4）耐磨性铜合金具有优良的减摩性和耐磨性（如青铜及部分黄铜）、良好的抗海水、抗大气腐蚀性能，抗擦伤、塑性好，加工性能好，因而被广泛地应用于阀门密封副的制造。（5）低温性一般的钢材在低温状态下会出现低温脆性，但铜及铜合金在低温下塑性不变，强度则略有增强（表1），这是因为铜的金相和奥氏体不锈钢及铝一样都是面心立方晶体结构。所以在JB/T9081《空气分离设备用低温截止阀和节流阀》标准中，选用了同样具有面心立方晶体结构的铜、奥氏体不锈钢和铝用于阀体材料，适用介质温度为-

8、196～80℃。虽然铜及铜合金在耐磨耐擦伤性方面比铝及铝合金好，但304、316等奥氏体不锈钢以-252℃最低使用温度和更稳定的低温力学性能，使铜及铜合金一般只限于中小口径或中低压阀门。（6）成形性铜及铜合金的面心立方晶体结构有12个滑移系，因此塑性变形能力强，可以在冷、热状态下进行各种压力加工成形，如挤压、轧制、冲压及模锻等。铸