铍銅

铍是元素周期表中的排行第四的元素。金屬铍具有優良的導熱(rè)性，對X射線透明且無磁性。铍是一種輕元素（密度1.85 g/cm3，比鋁的密度還(hái)小1/3），熔化溫度爲1300°C，具有非常高的楊氏模量。铍的物理(lǐ)特性使其适合高端産品的各種應用。作(zuò)爲金屬材料，其用途相(xiàng)對限于航空航天、核工(gōng)業以及國(guó)防應用。铍作(zuò)爲添加劑能夠引起其他(tā)金屬（特别是鎳、鋁，尤其是銅）的沉澱硬化。這兩種合金的發展歸功于铍鎳或銅，可(kě)以在低溫下沉澱退火(huǒ)處理(lǐ)引起合金結構硬化。

铍銅合金主要以銅爲基礎添加铍。高強度铍銅合金含有 0.4% - 2% 的铍以及約 0.3% - 2.7% 的其他(tā)合金元素，如(rú)鎳、钴、鐵或鉛。高機(jī)械強度是通過沉澱硬化或時效硬化實現的。

由于铍熔煉過程中蒸汽對于人(rén)體(tǐ)有毒害作(zuò)用，在中國(guó)，铍銅母合金僅僅由新疆，四川等少數幾家單位提供铍銅母合金。在國(guó)際上，則主要由中亞國(guó)家出口相(xiàng)關産品。

铍銅是銅合金體(tǐ)系中綜合性能非常優異，同時又非常有特色的一種材料，甚至有些應用還(hái)非铍銅莫屬。受限于上遊母合金的供應和價格因素，铍銅合金的優異性能和應用并沒有的到應有的認識和拓展。

铍銅合金相(xiàng)圖

• - 高強度，高硬度：這些铍銅合金可(kě)以以幾乎與純銅相(xiàng)同的塑性變形狀态供應。可(kě)以獲得(de)高達 400 維氏或布氏硬度，甚至可(kě)能更高。深沖零件(jiàn)或具有複雜彎曲的零件(jiàn)成型後，還(hái)可(kě)以對其進行熱(rè)處理(lǐ)以獲得(de)非常高的機(jī)械性能，用于軸承保持架，花鍵，軸等。铍銅在350-400℃下依然能夠保持其強度，也因此是用于鋁/鋅有色金屬壓鑄/注塑/電焊機(jī)電極應用的原因之一；
• - 非常高的拉伸強度：時效強化後高達1500 MPa的抗拉強度，用于墊圈，萬向節懸架等；
• - 疲勞強度：在反向彎曲和振動中表現出出色的疲勞強度和出色的抗疲勞性：用于儀表元件(jiàn)的膜片，彈簧，波紋管等以及柔性部件(jiàn)。雖然磷青銅也可(kě)以用于彈簧和膜片等應用（也有部分(fēn)客戶因爲價格因素用磷青銅替代铍銅），但(dàn)由于屈服強度更高，铍銅的許用應力實際上比磷銅高得(de)多，因此更耐用，更安全，或者産品更小型化，節省原材料。反過來(lái)，由于銅铍彈簧的優異性能，可(kě)以使電子産品日(rì)益小型化的趨勢下一部分(fēn)原本由磷青銅和白(bái)銅制成的整個彈簧觸點小型化，同時保持相(xiàng)同或更高的強度。這導緻整個零件(jiàn)、周邊原材料（例如(rú)金屬、塑料、樹(shù)脂、塗層等）以及總産品成本的減少。特定條件(jiàn)下以1.5mm厚度的筋冷(lěng)加工(gōng)及沉澱硬化的C17200測試，經過1百萬次最小/最大(dà)應力循環測試之後，铍銅依然能夠達到420MPa的抗拉強度。1億次循環之後還(hái)能達到300MPa的強度！

• - 出色的彈性和導電性：對于電源連接器（闆對闆）、插拔開關、同軸電纜、傳感器和繼電器等汽車部件(jiàn)、航空儀器和連接器、電信、家用電器等至關重要。
• - 優異的耐磨性：用于摩擦磨損部件(jiàn)。其優異的耐磨損性歸因于其高硬度、自(zì)潤滑能力、高硬度的薄膜铍氧化物表面的存在及其高導熱(rè)性。通過适當潤滑，铍銅的摩擦系數将顯著降低（0.02-0.06），在高應力（500MPa）下效果更爲顯著，而這是任何其他(tā)銅合金無法達到的。因此，铍銅被用于生(shēng)産重型部件(jiàn)。例如(rú)，用作(zuò)重載軸承和襯套，例如(rú)飛機(jī)起落架和采礦鑽探技術(shù)中的一些重型設備。
• - 抗應力松弛：在電子元器件(jiàn)中，随着時間的推移，铍銅和所有材料都(dōu)會産生(shēng)一定的應力松弛，而溫度則會加劇(jù)這種應力松弛。這種松弛比大(dà)多數其他(tā)銅基合金（尤其是黃(huáng)銅或磷青銅）低得(de)多。材料在操作(zuò)過程中必須保持穩定，特别是在長時間承受壓力時。因此，在某些應用中需要考慮這一點非常重要。例如(rú)，電接觸彈簧必須在使用中保持其性能，抗應力松弛強度太低的材料會逐漸失去(qù)其接觸力。随着時間的推移，這可(kě)能會導緻接觸電阻增加，産生(shēng)更大(dà)的熱(rè)量，最終可(kě)能導緻破裂甚至因此導緻短(duǎn)路(lù)，火(huǒ)災等隐患。此外，電子元件(jiàn)通常在 150°C 下進行測試，我們的铍銅材料在該溫度下的應力下長期保持絕對穩定。
• - 高低溫特性：铍銅是一種低溫合金，在低溫下不會表現出斷裂傾向，而反而會改善其性能。由于其保持強度和穩定性的能力，低溫條件(jiàn)下的韌性被用于航空航天領域的液氫和液氧應用。低溫下铍銅合金也不表現出延性到脆性的轉變溫度，并且強度（和延展性）往往随着溫度下降反而增加。另外，由于铍銅在350-370℃進行時效強化，因此铍銅可(kě)以在從(cóng)低到高很寬的溫度範圍内工(gōng)作(zuò)，特别是非常低的低溫，也可(kě)以在比普通銅合金通常可(kě)接受的溫度更高的溫度下工(gōng)作(zuò)。
• - 高電導率：铍銅具有 22-70% IACS 的高電導率（Ni含量增加會提高電導率，雖然即便如(rú)此總電導率也還(hái)是不如(rú)純銅），具體(tǐ)取決于合金和狀态，結合高彈性和高溫時效強化的特點，铍銅廣泛用于導電彈簧，導電連接器和電觸點材料應用，因爲它具有優異的性能組合：高強度、抗疲勞性、導電性、無火(huǒ)花和耐腐蝕性。随着時間的推移，選擇類似铍銅的高導電材料對于汽車、航空航天和自(zì)動化組件(jiàn)中的開關、傳感器和繼電器至關重要。由于一直以來(lái)在更高溫度下工(gōng)作(zuò)的電子元氣件(jiàn)的組裝更加緊湊化和小型化趨勢，對高性能铍銅材料的需求還(hái)在不斷增加。

• - 非磁性：C17200合金在1000 高斯場強下的磁導率在 0.997 - 1.003 之間。穩定的磁導率代表了對緩慢(màn)傳播的磁場的完美透明度（非磁性）。與其他(tā)在機(jī)械加工(gōng)或成型過程中會被磁激活的非磁性合金相(xiàng)比，铍銅材料的該特性則不受硬化或冷(lěng)加工(gōng)的影(yǐng)響。結合其高強度、斷裂韌性和精确的尺寸穩定性，這些特性使得(de)我們的铍銅材料可(kě)在磁性儀器外殼、磁性支撐結構、測量設備和其他(tā)各種産品中提供了大(dà)量出色的服務。

• - 出色的耐腐蝕性：非常适合在海洋和工(gōng)業環境中使用。铍銅具有良好的耐大(dà)氣腐蝕性能。盡管它可(kě)能會失去(qù)光(guāng)澤，特别是在潮濕的大(dà)氣中，但(dàn)這不會影(yǐng)響其機(jī)械性能。氣态非無水鹵素會加速腐蝕。同樣，潮濕的氨對铍銅也具有腐蝕性。铍銅在鹽霧或霧氣中的耐腐蝕性優于銅或磷青銅。铍銅實際上不受電偶腐蝕的影(yǐng)響。作(zuò)爲一種具有高潛力的貴金屬，它不會受到工(gōng)業中最常用的金屬（例如(rú)鋼和鋁）的侵蝕。但(dàn)如(rú)果铍銅的暴露表面相(xiàng)對于這些金屬較大(dà)，則後者反倒是可(kě)能會受到電偶腐蝕。不過，铍銅在橡膠工(gōng)業中會受到硫的腐蝕。此外，經驗表明，在鋁和鋅合金壓鑄工(gōng)業中，使用铍銅與熔融鋅合金（尤其是鋁）接觸時會産生(shēng)極少量的腐蝕。铍銅合金不會像某些黃(huáng)銅那樣受到應力腐蝕或“季節裂紋”。它們具有出色的耐腐蝕疲勞性，并且不會發生(shēng)氫脆。由于具有耐鹽水腐蝕和極高的機(jī)械強度（深度可(kě)達 8000 米），如(rú)果以铍銅作(zuò)爲主要緊固元件(jiàn)，可(kě)建立并确保深海電纜與地面通信網絡的洲際連接。
• - 比鋼高3-5倍的導熱(rè)能力：經常用于真空，非真空壓鑄，注塑模具，電焊機(jī)電極。在真空壓鑄中由于快(kuài)速導熱(rè)冷(lěng)卻能力可(kě)以使得(de)熔體(tǐ)的溢出量減少70%，大(dà)幅節省原料和後處理(lǐ)時間，大(dà)幅提高生(shēng)産效益；此外，铍銅彈簧通常是電流傳導裝置的有源元件(jiàn)。連接器内的銅铍觸點可(kě)設定插入力并提供足夠的力以最小化接觸電阻。它還(hái)保持必要的拔出力，以确保導體(tǐ)電路(lù)的完整性，同時保持電流通過接觸彈簧。金屬的電阻率産生(shēng)的内部熱(rè)量可(kě)能會導緻使用中的應力松弛，但(dàn)铍銅的高導熱(rè)則有利于減小這種失效的風(fēng)險。
• - 高流動性和良好的鑄造性：铍銅的性能部分(fēn)取決于化學成分(fēn)，但(dàn)冷(lěng)加工(gōng)和時效硬化也很重要。回火(huǒ)的選擇主要取決于半成品必須經曆的變形程度或機(jī)加工(gōng)，因爲零件(jiàn)的最終性能更多地取決于沉澱熱(rè)處理(lǐ)，而不是固溶熱(rè)處理(lǐ)後的冷(lěng)變形。因此，铍銅材料按照(zhào)不同的應用可(kě)以有豐富的交貨狀态和熱(rè)處理(lǐ)工(gōng)藝以達到目标性能，例如(rú)不同溫度和時長下的時效熱(rè)處理(lǐ)。

• - 按照(zhào)要求分(fēn)切的特定狀态的帶材/卷材
• - 型/棒材（圓棒，方棒，扁條等）
• - 管材（可(kě)定制）
• - 絲材（最小0.03mm）
• - 鑄造及軋制闆材

• - ISO/EN符号體(tǐ)系: CuBe, CuBePb, CuBe1.7, CuNiBe
• - ISO/EN數字體(tǐ)系：CW101C, CW102C, CW100C, CW110C
• - UN(ASTM)體(tǐ)系： C17200， C17300，C17000，C17510， C17530

• - 退火(huǒ)态（A，全軟）
• - 1/4H
• - 1/2H
• - H（全硬）

對于铍銅加工(gōng)，必須牢記以下幾點：

• - 這種合金加工(gōng)硬化非常快(kuài)，每次切削都(dōu)必須穿透到前一次切削加工(gōng)硬化的表面以下；出于實際目的，0.2 mm的深度被認爲是最小的單次加工(gōng)量。
• - 铍銅是一種沉澱硬化合金，加工(gōng)過程中延長加熱(rè)可(kě)能啓動硬化效果。因此，在加工(gōng)過程中保持零件(jiàn)冷(lěng)卻非常重要。
• - 铍的氧化物具有很強的磨蝕性。因此，在加工(gōng)已氧化的零件(jiàn)時，刀具應始終深入到金屬中，以避免刮擦表面氧化物。但(dàn)另一方面，這層氧化物也是铍銅合金高耐磨的有力保障。
• - 铍銅在沉澱硬化過程中會存在平均0.6 % 的體(tǐ)積收縮，0.2 % 的線性收縮；對于需要精密加工(gōng)公差的零件(jiàn)，必須牢記這一點，并且最終加工(gōng)應在沉澱硬化後進行。
• - 最後，對于工(gōng)具的壓力和支撐的剛性，必須牢記铍銅的屈服強度僅爲鋼的 60%。
  

• - 軟釺焊：軟焊料的熔點相(xiàng)對較低，低于250°C。因此，可(kě)以在沉澱硬化之後進行焊接而不會導緻铍銅的性能發生(shēng)變化。然而，焊接前金屬表面必須絕對幹淨。
• - 硬釺焊：就(jiù)強度而言，采用銀釺焊可(kě)産生(shēng)更好的效果。熔點爲 780°C 的共晶銀銅合金理(lǐ)論上允許在固溶退火(huǒ)溫度下進行釺焊。但(dàn)這是一項非常精細的操作(zuò)，通常使用的釺料合金應在 600 - 650°C 之間熔化。最典型的熔點爲 625°C，流動點爲 635°C（成分(fēn)：50%Ag、15.5%Cu、16.5%Zn 和 18%Cd）。因爲這些溫度低于固溶退火(huǒ)溫度，必須将在該溫度下的時間減少到最短(duǎn)，以便在沉澱硬化後達到最佳的性能。
• - 電阻焊：铍銅可(kě)以點焊，也可(kě)以焊接和搭焊。縫焊難度較大(dà)。當焊接處于非時效條件(jiàn)下時，由于電導率和導熱(rè)率較低，可(kě)以獲得(de)最佳結果。焊接電流應比低碳鋼高50%左右，但(dàn)時間應較短(duǎn)。如(rú)果要将铍銅與另一種金屬連接，必須特别注意電極的選擇（形狀和材料）以及焊接條件(jiàn)的精确控制。
• - 電弧焊：電弧焊可(kě)以通過使用鎢電極的 TIG 方法或使用自(zì)耗電極的 MIG 方法來(lái)完成。TIG 方法特别受關注，因爲它不使用任何焊劑，加熱(rè)效果僅限于相(xiàng)對較小的區域，并且惰性氣體(tǐ)可(kě)保護金屬免遭氧化。铍銅出現的焊接問(wèn)題源于該合金的兩個特性：1. 由于铍銅是沉澱硬化型合金，焊接時的加熱(rè)或多或少會破壞沉澱熱(rè)處理(lǐ)的效果，因此，如(rú)果需要最佳性能，則需要重新進行時效處理(lǐ)。2. 氧化铍非常難熔并且很容易形成。因此絕對有必要避免氧化物的存在或其形成。
• - 電子束釺焊：電子束焊接對于精細工(gōng)作(zuò)特别有意義，因爲操作(zuò)引起的變形是最小的。由于焊接是在真空下進行的，因此避免了待連接材料的任何氧化。

- 铍銅零件(jiàn)的制造商經常需要提供具有電鍍表面的零件(jiàn)。在電鍍之前，金屬必須經過酸洗并且必須絕對幹淨。這是必要的，因爲熱(rè)處理(lǐ)通常會産生(shēng)一些表面氧化，從(cóng)而阻止鍍層的粘附。建議(yì)對待鍍零件(jiàn)進行熱(rè)處理(lǐ)後進行硫酸浴。然而，這種酸洗會在金屬表面留下微紅(hóng)色沉積物，必須通過機(jī)械方法（例如(rú)翻滾）或化學方法（使用 20% 的硝酸水溶液在很短(duǎn)的時間内去(qù)除）來(lái)消除該沉積物避免攻擊金屬。酸洗後必須進行徹底沖洗和幹燥。

• - 對于必須具有低接觸電阻、對高頻電流具有良好的表面導電性等的電觸點，通常需要鍍貴金屬（金或銀）。對于這種類型的電鍍，通常會沉積一層薄薄的鎳作(zuò)爲擴散阻擋層。該沉積物應該很薄，大(dà)約 0.5 - 1 微米，特别是如(rú)果零件(jiàn)在操作(zuò)中受到彎曲，因爲鎳層特别脆弱。