第二章铜饰品及其生产工艺.ppt

1,第二章 铜饰品及其生产工艺,2,第一节 流行饰品用铜材料,1 饰品用铜材料 流行饰品中，特别是仿真饰品，以及许多的工艺饰品，大量采用铜及铜合金材料来制作。 纯铜、黄铜、白铜、青铜等几类典型的铜材料都可以经常见到。,3,1.1 纯铜 纯铜是玫瑰色红色的金属，表面形成氧化铜膜后，外观呈紫红色，故称紫铜。 它是工业上常用的纯铜。其密度为8.9g/cm3，熔点为1083。在固态时具有面心立方晶格，无同素异构转变，属逆磁性材料，具有抗磁性。,4,图1-1 工艺品铜公 图1-2 纯铜仿真项链 （配玉片和水钻）,5,1.2 铜合金,由于纯铜的机械性能和铸造性能较差，因此用于流行饰品的铜材料大都是铜合金。铜合金的类别很多，当前饰品用铜合金，国内外尚无专用的技术标准，通常沿用工业用铜合金牌号，而且应用十分混乱，影响了产品质量，因此饰品用铜合金需进一步规范化。,6,1.2.1 黄铜 黄铜是以锌为主要合金元素的铜基合金，因常呈黄色而得名，如图1-3所示。黄铜色泽美观，有良好的工艺和力学性能，在大气、淡水和海水中耐腐蚀，易切削和抛光，焊接性好且价格便宜，在饰品行业使用广泛。,7,1黄铜的类别,根据黄铜的成分，又可以分为 简单黄铜和特殊黄铜两大类。 （1）简单黄铜 简单黄铜是铜与锌构成的二元合金。黄铜一般以字母H来表示，H后面的数字表示合金的含铜量，例如H68表示含铜量为68的黄铜，用于铸造的黄铜，用ZH表示。,8,黄铜戒指 黄铜吊坠,9,黄铜的性能与锌含量有密切关系，随着含锌量的增加，其色泽由金红向黄、金黄、白色逐渐变化，如表1-1所示。,10,锌在黄铜中的作用？ 添加锌可以改变黄铜的颜色，可以提高黄铜的力学性能。但锌量要适当，超过39后，合金变得硬而脆，没有应用价值。所以在饰品用黄铜中，含铜量一般超过60。 分析黄铜容易发生腐蚀的原因？ 由于锌的电极电位比铜低得多，合金在中性盐类溶液中容易产生电化学腐蚀，电位低的锌被溶解，铜则呈多孔薄膜残留在表面，并在表面下的黄铜组成微电池，使黄铜称为阳极而加速腐蚀。,11,（2）特殊黄铜,为改善简单黄铜的性能，在合金中加入15的锡、铅、铝、硅、铁、锰、镍等元素，构成三元、四元、甚至五元合金，称为特殊黄铜或复杂黄铜。 并在黄铜的名称上冠以所加元素，称为锡黄铜、铅黄铜、铝黄铜、锰黄铜、铝锰黄铜等。,12,（2）特殊黄铜,锡能抑制脱锌腐蚀，提高黄铜的耐蚀性。 铅在黄铜中的固溶度极小，呈游离质点分布于基体，能使切屑碎裂并起润滑作用，从而改善材料的可切削性和耐磨性。 铝起固溶强化作用，使表面形成有保护作用的氧化铝膜。,13,（2）特殊黄铜,硅黄铜有较高的耐蚀性、力学和铸造性能，抗应力腐蚀能力强。 镍黄铜具有较高的强度、韧性、耐蚀性，能承受冷、热塑性加工。,14,仿金合金： 在特殊黄铜中，有一种俗称“稀金”的铜基仿金合金在饰品工艺品中得到了广泛应用。有较好的耐腐蚀性和可加工性。 在稀金铜基仿金合金中，一般采用锌、铝、硅、稀土等作为合金元素，各元素对金色度和抗氧化性能的影响如下：,15,1）锌，Zn能使铜由红色变成黄色，所以是形成金黄色泽的主要元素。Zn能提高合金的抗变色性能，随着Zn含量的增加抗变色性能提高。通常Zn含量为20%30%。 2）铝，Al是合金产生金色度的另一主要元素，但过量的Al会降低合金的变色性，当Al含量低于3%时，随着Al含量的增加，合金的抗变色性能增加；当Al含量高于3%时，随着Al含量的增加，合金的抗变色性能降低。因此，合金的Al含量以3%为宜。,16,3）硅，Si有提高合金金色度和抗变色性的能力，当合金中加入0.05%2.50%Si时，对比不加Si的同样合金，在人工汗水中抗变色时间增加50%100%；在同一加热温度下，抗变色时间增加50%。Si的加入还能改善合金的流动性和耐磨性。 4）稀土，将稀土元素添加到黄铜合金中，可以提高合金的光亮度，改善合金的色泽，具有耐磨性好，质地坚硬，色泽酷似黄金而不易褪色的特点，在饰品行业中俗称“稀金材料”。用稀金材料加工制成的首饰，色泽可呈18K或20K金黄色，不易氧化褪色，很适合日常佩戴，价格又低廉，成为制造较高档仿金首饰的一种材料。,17,稀金材料首饰,18,2黄铜的性能,（1）耐腐蚀性能 黄铜在高温度、高湿度和盐雾大气中耐腐蚀性能很差，在流动的热海水中还会产生“脱锌腐蚀”(锌先溶掉，工件表面残留为多孔海绵状纯铜)。在潮湿大气、特别是含氨和SO2的大气中，黄铜有应力腐蚀开裂倾向。 作为新抛光的黄铜饰品，即使在空气中停留一段时间后，表面就会晦涩，或者在局部出现暗斑点。因此，作为黄铜饰品，一般需要进行表面着色或电镀处理，以改善其抗蚀性能。,19,（2）铸造工艺性能 黄铜的凝固区间很小，因此液态金属流动性好，充型能力佳，缩松倾向小。熔炼时锌产生很大的蒸汽压，能充分去除铜液中的气体，故黄铜中不易产生气孔。 熔炼温度比锡青铜低，熔铸均较方便，不仅可以较容易地铸造细小的首饰件，也常用于铜工艺品的铸造，如图1-6和1-7所示。,20,黄铜铸造麒麟工艺品 黄铜铸造佛像,21,单相黄铜（从H96至H65）具有良好的塑性，能承受冷热加工，但单相黄铜在锻造等热加工时易出现中温脆性，其具体温度范围随含Zn量不同而有所变化，一般在200700之间。因此，热加工时温度应高于700。 （4）加工性能,22,黄铜加工的手链 黄铜雕刻画,23,（5）焊接性能 黄铜的焊接性能很好，对于体积较大的工艺品，通常采用气焊。对于纤细的首饰品，一般采用火枪焊接。 （6）打磨抛光性能 黄铜的切削性能很好，能经受校正、打磨、修饰等操作，采用常规的首饰车磨打方法可以将饰品抛得很光亮。,24,1.2.2 白铜 传统白铜是以镍为主要添加元素的铜基合金，呈银白色，有金属光泽，故名白铜， 如图1-10所示。,图1-10 白铜废料,25,1.白铜的类别,白铜可分为简单白铜、复杂白铜和工业白铜三类。 （1）普通白铜 铜镍二元合金称普通白铜，一般以字母B来表示，后面的数字表示铜含量，如B30表示含Ni30的铜镍合金。型号有B0.6、B19、B25、B30等。,26,（2）复杂白铜 加有锰铁锌铝等元素的白铜合金称复杂白铜，以字母B和合金元素来表示，如BMn3-12表示含Ni3，含Mn12的铜镍锰合金。复杂白铜有四个型号： 1）铁白铜：型号有BFe5-1.5（Fe）-0.5（Mn）、BFe10-1（Fe）-1（Mn）、BFe30-1(Fe)-1(Mn)。铁白铜中铁的加入量不超过2以防腐蚀开裂，其特点是强度高，抗腐蚀特别是抗流动海水腐蚀的能力可明显提高。,27,2）锰白铜：型号有BMn3-12、BMn40-1.5、BMn43-0.5。锰白铜具有低的电阻温度系数，可在较宽的温度范围内使用，耐腐蚀性好，还具有良好的加工性。,28,3）锌白铜：型号有BZn18-18、BZn18-26、BZn18-18、BZn15-12（Zn）-1.8（Pb）、BZn15-24（Zn）-1.5（Pb）。锌白铜具有优良的综合机械性能，耐腐蚀性优异、冷热加工成型性好，易切削，可制成线材、棒材和板材。,29,4）铝白铜：型号有BAl13-3、BAl16-1.5。是以铜镍合金为基加入铝形成的合金。 合金性能与合金中镍量和铝量的比例有关，当Ni:Al=10:1时，合金性能最好。常用的铝白铜有Cu6Ni1.5Al，Cul3Ni3Al等，主要用于造船、电力、化工等工业部门中各种高强耐蚀件。,30,（3）工业白铜 工业用白铜分为结构白铜和精密电阻合金用白铜（电工白铜）两大类。 1）结构白铜 结构白铜的特点是机械性能和耐蚀性好，色泽美观。最常用的是B30、B10和锌白铜。,31,2）精密电阻合金用白铜（电工白铜） 精密电阻合金用白铜（电工白铜）有良好的热电性能。BMn 3-12锰铜、BMn 40-1.5康铜、BMn 43-0.5考铜以及以锰代镍的新康铜（又称无镍锰白铜，含锰10.812.5、铝2.54.5、铁1.01.6）是含锰量不同的锰白铜。,32,2.白铜的历史简介,云南人发明和生产白铜，不仅在我国，在世界上也是最早的，这为国内外学术界所公认。古时云南所产的白铜也最有名，称为“云白铜”。,33,17至18世纪，镍白铜大量传入欧洲，并被贵为珍品。称作“中国银”或“中国白铜”， 对西方近代化学工艺曾起过巨大影响。16世纪以后，欧洲的一些化学家、冶金学家开始研究和仿造中国白铜。,34,3.白铜在工艺饰品上的应用,以镍为主要合金元素的白铜中，铜镍之间彼此可无限固溶，从而形成连续固溶体，即不论彼此的比例多少，而恒为-单相合金。当把镍熔入紫铜里，含量超过16以上时，产生的合金色泽就变得洁白如银，镍含量越高，颜色越白。而且纯铜加镍能显著提高强度、耐蚀性、硬度。 因此白铜较其他铜合金的机械性能、物理性能都异常良好，延展性好、硬度高、色泽美观、耐腐蚀、富有深冲性能。,35,因此，白铜是一个很好的做饰品的原材料，在饰品行业中应用广泛，常用来制作仿银、仿白金的饰品，它的硬度及光泽都很接近银饰，但价格便宜很多，所以，欧美人买饰品，70%都是铜做的，黄铜或是白铜都能做出精美的饰品，如图1-11、图1-12和图1-13所示。,36,白铜铸造吊坠 白铜铸造戒指 白铜镀铑手链,37,在饰品用白铜材料中，用得较普遍的是锌白铜，一般含Ni5%35%，Zn13%45%，其中BZn15-20应用最为广泛，含Ni15%，Zn20%。在白铜饰品表面一般进行电镀处理，与黄铜饰品相比，即使其表面的电镀层褪了，还是呈灰白色，像氧化了的银饰，而采用白铜制作的饰品款式繁多，丝毫不亚于银饰品。,38,白铜铸造佛像 白铜铸造塑像 白铜铸造工艺品,39,白铜货币与纪念币,40,4.白铜材料的发展,镍白铜用作饰品材料有很多优良的性能，但是也具有一些缺点： 镍属于稀缺材料，因此白铜价格比贵， 镍容易引起皮肤过敏反应，近年来镍白铜材料正面临挑战，开发新型无镍白色铜合金显得尤为重要。,41,4.白铜材料的发展,国内外研究人员利用锰对铜漂白或褪色的作用，充分发挥锌提高合金明度，降低红色成分和改善熔铸性能的优点，加入能进一步改善合金性能的锡、铝等其它元素，开发出了多元无镍白色Cu-Mn-Zn 合金系列，通过合理的配方可以确保合金组织为单相，颜色呈银白色，冷热加工性能良好。,42,1.2.3 青铜,除黄铜和白铜外，其余的铜合金都称为青铜。 青铜一般指红铜与锡、铅等其他化学元素的合金，因颜色呈青灰色而得名。,43,1.2.3 青铜,青铜与黄铜、白铜性能比较 与黄铜相比，青铜具有更高的力学性能和耐蚀性，但价格较贵。 与白铜相比，青铜的力学性能较高，但在某些条件下，耐蚀性不如白铜。在铜合金中青铜的综合性能较好，常用于制造耐蚀性能好和强度高的零件、耐蚀弹性元件、导电和抗蠕变性能好的零件等。,44,好；较好；最好。对比三种合金的性能，将数字填到相应的空格,45,好；较好；最好。,46,1.青铜的类别,（1）普通青铜 普通青铜是铜和锡的二元合金，也叫锡青铜。主要特点是有良好的耐磨性，具有很高的耐蚀性能(但耐酸性差)，具有足够的抗拉强度和一定的塑性，致密程度较低。 青铜的牌号以“青”字的汉语拼音字首“Q ”加锡元素和数字表示，如QSn6.5-0.4表示。,47,（2）特殊青铜 用其它元素象Al、Pb、Mn等代替价格昂贵而稀缺的Sn，把此类青铜称为无锡青铜。如铝青铜、铅青铜、锰青铜等。加入的合金元素可以改善合金的机械性能、耐腐蚀性、耐磨性以及热强性等。其牌号表示方法与锡青铜类似。青铜前面常冠以主要合金元素的名称，如锡青铜、铝青铜、铍青铜、钛青铜等。用量最大的是锡青铜和铝青铜，强度最高的是铍青铜。,48,1）锡青铜 含锡量一般在314之间，主要用于制作弹性元件和耐磨零件。变形锡青铜的含锡量不超过 8，有时还添加磷、铅、锌等元素。磷是良好的脱氧剂，还能改善流动性和耐磨性。锡青铜中加铅可改善可切削性和耐磨性，加锌可改善铸造性能。,49,2）铝青铜 含铝量一般不超过11.5，有时还加入适量的铁、镍、锰等元素，以进一步改善性能。铝青铜可热处理强化，其强度比锡青铜高，抗高温氧化性也较好。,50,3）铍青铜 含铍量不超过2.5，可沉淀硬化。 其主要特性是：强度和硬度高，弹性好，耐疲劳，导电、导热性好，无铁磁性，冲击时不生火花，是重要的弹性和工具材料。但铍有毒，且铍青铜价格贵，可切削性差。,51,4）钛青铜 性能接近于铍青铜，价格便宜，无毒，可作为铍青铜的代用品。 5）其他青铜 硅青铜耐蚀性好（特别耐酸），低温性能好，可制作输酸管道、低温容器、耐酸耐磨零件等。锆青铜、铬青铜和镉青铜等适于制作在高温工作的导电零件。,52,2.青铜的历史简介,青铜是人类历史上一项伟大发明，它是红铜和锡、铅的合金，也是金属冶铸史上最早的合金。青铜发明后，立刻盛行起来，从此人类历史也就进入新的阶段青铜时代。青铜器，集造型、雕塑、绘画等多种艺术之成，具有极高的实用价值和艺术审美价值，如商代的司母戍方鼎、春秋战国时期的尊盘、编钟等，是中国文物艺术中的瑰宝，也是世界美术史上的精华，如图1-17和 1-18所示。,53,商代的司母戍方鼎 春秋战国时期的曾侯乙尊盘,54,3.工艺饰品青铜的性能,（1）锡青铜的使用性能 1）锡青铜耐腐蚀性能 青铜能经受高温、高湿度及含有城市废气(主要是CO2， SO2， NO气体)，甚至酸雨的侵袭。,？,55,以常用的锡青铜为例，锡青铜具有非常优良的抗大气腐蚀能力，锡青铜长期暴露于大气中时，先生成Cu2O，随着时间的推移逐步形成CuCO3、Cu (OH)2保护膜，阻止了合金继续腐蚀。 锡青铜在各种大气中的腐蚀速率： 普通大气中为0.001mm/a； 海滨大气中为0.002mm/a； 工业大气中为0.0020.006mm/a， 可见腐蚀速率甚小。,56,露天的大型铸造艺术品，由于日照、温差和焊接所形成的应力，在有腐蚀性的大气中，就有可能使铸品产生应力腐蚀而开裂。锡青铜应力开裂倾向小。 同时实践表明，大型露天铸造艺术品，如香港天坛大佛用含8%Sn、4%Zn、其余为铜的锡青铜，铸造、拼焊而成，于1989年竣工，至今安然矗立在香港大屿山木鱼峰上。,57,香港天坛大佛（锡青铜）,58,2）锡青铜的音响效果 锡青铜具有浑厚、悦耳的音响效果。 锡青铜中的合金元素对音响有明显的影响，含9%Sn、6%Zn、其余为Cu的合金具有最佳的声学性能，与含13%Sn的二元锡青铜相比，具有更好的音色，更好的内耗和音频，是理想的响铜材料。在Sn当量低于18%时， Zn和Sn的加入增大合金的晶格常数，降低基频和内耗。,59,图1-20 青铜编钟 图1-21 青铜大钟,60,（2）锡青铜工艺性能,1）铸造性能 锡青铜凝固区间达146，流动性虽不甚满意，但控制好浇注温度时，可以获得较好的充型性能； 锡青铜液态金属的氧化倾向很小，铸造工艺简单，薄壁板形铸件采取垂直顶注，即便浇注落差很大，铸品内部也不会产生氧化类杂物； 锡青铜线收缩率比黄铜小，不会造成很大的收缩变形，从而保证了铸品表面的整体形象；,61,（2）锡青铜工艺性能,锡青铜属糊状凝固范畴，不会造成集中形缩孔，但有分散性缩松存在，因而有壁厚效应，壁厚越薄金属组织越致密，力学性能越高； 锡青铜具有热裂倾向，因此在铸造工艺上必须采取预防热裂的措施； 锡青铜液态金属有吸气倾向，必须控制合金在熔炼过程中的有关因素，如熔炼温度保持在13101330，浇注温度不高于1200，熔炼时间愈短愈好。,62,2）可焊接性能 锡青铜的可焊接性能虽然不如铝青铜、硅青铜， 锡青铜仍属可焊合金。该资料介绍，各种铜合金的焊接性能按优、劣分为4级：1级为优良，2级为满意，3级为采用特殊工艺是可焊的， 4级为不能焊接的。锡青铜属3级，实践表明采用氩弧焊是可焊接的。,63,3）可加工性能 锡青铜机械加工性能良好。锡青铜有一定的强度和韧性，表面可修饰性很好，很多大型铸品上微细的线条都是采用雕刻而成的。 4）可着色性能 锡青铜的着色性能虽不如黄铜，但也是可以着色的，能着色成棕红色、绿色、黑色等各种颜色，着色后颜色经久不退。还可上腊克进一步起保护作用。,64,4.青铜在工艺饰品上的应用,由于青铜具有的美丽外观和优良的加工性能，自古至今被广泛用作工艺饰品材料。 在古时候，除广泛用作器物外，也用于精巧纤细的饰品，如今，青铜在工艺品和首饰品方面的应用发展潜力极大，特别是随着经济水平的提高，铸造青铜器发展迅速，市场需求大，产品品种多，复制、仿制、创作各种方式都有，广泛作为城市雕塑、庙宇祭器、佛像等，如图1-24和1-25所示，以及收藏品等。在首饰品方面，青铜也被用来制作各种饰品及配件，如图1-26和图1-27所示。,65,唐代青铜手镯饰品 辽代青铜戒指,66,图1-24 青铜城市雕塑 图1-25 青铜壁画,67,图1-26 青铜吊坠 图1-27 青铜手镯,68,国外也在开发青铜饰品，Folli Follie是一家源自希腊，以Folli Follie为品牌，专门设计、制造及分销首饰、腕表及时尚配饰的公司，该公司就曾推出珍贵青铜（Precious Bronze）系列，独特地将青铜与银组合在一起，项链、手镯、耳坠呈不规则圆形，带给人洒满金色阳光的大地般的缅怀情感，如图1-28所示。不同材质的混合与银的清爽一起构成优美的曲线，这些奢侈的珍宝带有Folli Follie的绚烂特征，散发出真正时尚人士拥有的高雅与美丽。,69,图1-28 Folli Follie公司推出的珍贵青铜首饰,70,71,1.3 铜饰品的制作工艺,铜合金饰品的制作方法有多种，其中常用的有熔模铸造工艺、冲压工艺、油压工艺、电铸工艺、雕