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白銅是以鎳為主要添加元素的銅基合金,呈銀白色,有金屬光澤,故名白銅。銅鎳之間彼此可無限固溶,從而形成連續(xù)固溶體,即不論彼此的比例多少,而恒為α-單相合金。當(dāng)把鎳熔入紅銅里,含量超過16%以上時(shí),產(chǎn)生的合金色澤就變得潔白如銀,鎳含量越高,顏色越白。白銅中鎳的含量一般為25%。
區(qū)分白銅與藏銀苗銀的方法就是,正常比例下,后二者相對(duì)白,從表色上看更接近白銀。不過,現(xiàn)代工藝下的鋁白銅卻與藏銀、苗銀顏色不相上下,甚至更白,只是硬度高些,比重輕些。藏銀、苗銀地區(qū)目前還沒有使用純白銅甚至鋁白銅的習(xí)慣,據(jù)知只有部分商人用其制造新擦擦模具及非手持(尤其法器及佩飾)用具材料。
2008年市場價(jià),標(biāo)準(zhǔn)白銅的價(jià)格為65500元/噸。 65.5元/千克 0.065元/克。
著提高強(qiáng)度、耐蝕性、硬度、電阻和熱電性,并降低電阻率溫度系數(shù)。因此白銅較其他銅合金機(jī)械性能物理性能都異常良好,延展性好、硬度高、色澤美觀、耐腐蝕、富有深沖性能,被廣泛使用于造船、石油化工、電器、儀表、醫(yī)療器械、日用品、工藝品等領(lǐng)域,并還是重要的電阻及熱電偶合金。白銅的缺點(diǎn)是主要添加元素——鎳屬于稀缺的戰(zhàn)略物資,價(jià)格比較昂貴。
鎳白銅(有叫洋白銅),用途:晶體振蕩元件外殼,晶體殼體,電位器用滑動(dòng)片,醫(yī)療機(jī)械,建筑材料等。
加有錳、鐵、鋅、鋁等元素的白銅合金稱復(fù)雜白銅(即三元以上的白銅),包括鐵白銅、錳白銅鋅白銅鋁白銅等。在復(fù)雜白銅中,第二個(gè)主要元素符號(hào)及銅含量以外的成分?jǐn)?shù)字組表示各種元素的含量。如BMn3-12表示鎳含量約為3%,錳含量約為12%。復(fù)雜白銅有4個(gè)型號(hào):
型號(hào)有BFe5-1.5(Fe)-0.5(Mn)、Bfe10-1(Fe)-1(Mn)、Bfe30-1(Fe)-1(Mn)。鐵白銅中鐵的加入量不超過2%以防腐蝕開裂,其特點(diǎn)是強(qiáng)度高,抗腐蝕特別是抗流動(dòng)海水腐蝕的能力可明顯提高。
型號(hào)有BMn3-12、BMn4.0-1.5、BMn43-0.5。錳白銅具有低的電阻溫度系數(shù),可在較寬的溫度范圍內(nèi)使用,耐腐蝕性好,還具有良好的加工性。
型號(hào)有BZn18-18、BZn18-26、BZn18-18、BZn15-12(Zn)-1.8(Pb)、BZn15-24(Zn)-1.5(Pb)。鋅白銅具有優(yōu)良的綜合機(jī)械性能,耐腐蝕性優(yōu)異、冷熱加工成型性好,易切削,可制成線材棒材板材,用于制造儀器、儀表、醫(yī)療器械、日用品和通訊等領(lǐng)域的精密零件。
型號(hào)有Bal13-3、Bal16-1.5。是以銅鎳合金為基加入鋁形成的合金,密度為8.54—0.3。合金性能與合金中鎳量和鋁量的比例有關(guān),當(dāng)Ni:Al=10:1時(shí),合金性能最好。常用的鋁白銅有Cu6Ni1.5Al,Cul3Ni3Al等,主要用于造船、電力、化工等工業(yè)部門中各種高強(qiáng)耐蝕件。
銅鎳二元合金(即二元白銅)稱為普通白銅。在普通白銅中,字母B表示加鎳的含量,如:B5表示鎳含量為約5%,其余約為銅含量。型號(hào)有B0.6、B19、B25、B30。
結(jié)構(gòu)白銅的特點(diǎn)是機(jī)械性能和耐蝕性好,色澤美觀。結(jié)構(gòu)白銅中,最常用的是B30、B10和鋅白銅。另外,還有鋁白銅、鐵白銅和鈮白銅等。B30在白銅中耐蝕性最強(qiáng),但價(jià)格較貴。鋁白銅的性能同B30接近,價(jià)格低廉,可作B30的代用品。鋅白銅于15世紀(jì)時(shí)就已在中國生產(chǎn)使用,被稱為“中國銀”,所謂鎳銀德銀也屬此類鋅白銅。鋅能大量固溶于銅鎳之中,產(chǎn)生固溶強(qiáng)化作用,且抗腐蝕。鋅白銅加鉛以后能順利的切削加工成各種精密零件,故廣泛使用于儀器儀表及醫(yī)療器件中。這種合金具有高的強(qiáng)
度和耐蝕性,彈性也較好,外表美觀,價(jià)格低廉。鋁白銅中的鋁能顯著提高合金的強(qiáng)度及耐蝕性,其析出物還可產(chǎn)生沉淀硬化作用。
精密電阻合金用白銅(電工白銅)有良好的熱電性能。BMn 3-12錳銅、BMn 40-1.5康銅、BMn 43-0.5考銅以及以錳代鎳的新康銅(又稱無鎳錳白銅,含錳10.8~12.5%、鋁2.5~4.5%、鐵1.0~1.6%)是含錳量不同的錳白銅。錳白銅是一種精密電阻合金。這類合金具有高的電阻率和低的電阻率溫度系數(shù),適于制作標(biāo)準(zhǔn)電阻元件和精密電阻元件。是制造精密電工儀器、變阻器、儀表、精密電阻、應(yīng)變片等用的材料??点~和考銅的熱電勢(shì)高,還可用作熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線。
白銅的發(fā)明是我國古代冶金技術(shù)中的杰出成就,我國古代把白銅稱為“鋈”?!杜f唐書·輿服志》載:“自馀一品乘白銅飾犢車。”也就是說唐代時(shí)規(guī)定,只有為一品朝臣拉車的牛身上,才能用白銅作為裝飾品,表明白銅在唐代相當(dāng)貴重。這里所說的白銅當(dāng)是鎳白銅而非砷白銅,因?yàn)殒嚢足~
在中國古代文獻(xiàn)中,白色的銅合金統(tǒng)稱為白銅;這包括三種銅合金:一是含錫很高的銅錫合金,如被稱作白銅錢的“大夏線年)和隋五銖錢,經(jīng)檢驗(yàn)均為高錫青銅,不含鎳。又如日本正倉院收藏的一批奈良時(shí)代(7~8世紀(jì))的中國白銅鏡,經(jīng)分析含錫約25%、鉛約5%,也是高錫青銅;二是含砷在10%以上的銅砷合金,即砷白銅;三是銅鎳合金即鎳白銅。三種白銅中,鎳白銅最為重要,其次是砷白銅。
云南人發(fā)明和生產(chǎn)白銅,不僅在我國,在世界上也是最早的,這為國內(nèi)外學(xué)術(shù)界所公認(rèn)。
至遲在公元4世紀(jì)時(shí),云南已有大量的白銅開采和生產(chǎn)。在云南省會(huì)理至今仍有銅和鎳的共生礦,這為白銅的冶煉提供了原料?!稘h書》記載:“犍為郡西南朱提山出銀”,且有“朱提銀八兩為一流(王莽時(shí)所訂的銀兩單位)”之說。但據(jù)現(xiàn)代考察,朱提山(今四川宜賓西南)產(chǎn)銅、鎳而不產(chǎn)銀,因此“朱提銀”可能就是鎳白銅。
目前公認(rèn)的我國(也是世界上)最早的白銅記載,見于公元4世紀(jì)時(shí)東晉常璩的《華陽國志南中志》卷四。文中記道:“螳螂縣因山名也,出銀、鉛、白銅、雜藥。”螳螂縣治所在今云南巧家老店鎮(zhèn)一帶。這里富產(chǎn)銅礦,而鄰近的四川會(huì)理出鎳礦,兩地間有驛道相通,從資源上看,可以肯定螳螂縣所出白銅為鎳白銅。這是有關(guān)鎳白銅的最早可靠記載。
這些歷史記載說明我國云南省很早就生產(chǎn)白銅,但那時(shí)是由含銅和鎳的礦石直接煉制白銅。雖然我國冶煉白銅的歷史很長,但是沒有煉得純的金屬鎳。云南出產(chǎn)的砒礦,即現(xiàn)在礦物學(xué)上所說的“砒鎳礦”。1929年,王琎曾分析過我國一古代白銅文具的化學(xué)成分;證明其中含有6.14%鎳,62.5%銅以及少量錫、鋅、鐵、鉛等。
我國古代制造的白銅器件,不僅銷于國內(nèi)各地,還遠(yuǎn)銷國外。踞考證,早在秦漢時(shí)期,在新疆西邊的大夏國,便有白銅鑄造的貨幣,含鎳達(dá)20%,而從其形狀、成分及當(dāng)時(shí)歷史條件等分析,很可能是從我國運(yùn)去的。唐宋時(shí),中國鎳白銅已遠(yuǎn)銷阿拉伯一帶,當(dāng)時(shí)波斯人稱白銅為“中國石”。大約16世紀(jì)以后,中國白銅運(yùn)銷到世界各地,博得了廣泛的贊揚(yáng),它經(jīng)廣州出口,由英國東印度公司販往歐洲銷售。英文“Paktong”或“Petong”一詞就是粵語“白銅”的音譯,其含義是來自中國的白銅,也就是指產(chǎn)自云南的銅鎳合金。
鎳白銅在清代文獻(xiàn)中有更多、更詳細(xì)的記載。清代時(shí),云南已出現(xiàn)專門采煉白銅的廠礦和生產(chǎn)白銅器的作坊。師荔扉的《滇系》和光緒年間的《續(xù)云南通志稿》都說,定遠(yuǎn)縣(今牟定縣)有大茂嶺白銅廠、媽泰白銅廠;大姚縣有茂密白銅子廠等。其生產(chǎn)情況.據(jù)《續(xù)云南通志稿》有關(guān)記錄推算,定遠(yuǎn)大茂嶺白銅廠一年大概生產(chǎn)白銅二萬至三四萬斤。
另外,四川會(huì)理也是清代鎳白銅的重要產(chǎn)地,有立馬河、九道溝、清水河和黎溪等白銅礦廠,且以黎溪白銅廠歷史最久、規(guī)模最大,乾隆時(shí)期已有煉爐216座,年產(chǎn)白銅約37噸。
清嘉慶年間,檀萃在《滇海虞衡志》中談到云南白銅器作坊的生產(chǎn)情況:“白銅面盆,唯滇制最天下,自四牌坊(今昆明正義路中段)以上皆其店肆。夫銅出于滇,滇匠不能為大鑼、小鑼,必買自江寧,江寧匠自滇帶白銅下,又不能為面盆如滇之佳,水土之故也。白銅制器皿甚多,雖佳亦不為獨(dú)絕,而獨(dú)絕者唯面盆,所以為海內(nèi)貴。”這里所說的云南白銅面盆,以不起污垢,一試即新的特點(diǎn)堪
關(guān)于鎳白銅的冶煉技術(shù),文獻(xiàn)記載均甚含糊。對(duì)四川會(huì)理力馬河、小關(guān)河、黎溪和青礦山等處古代冶煉鎳白銅的遺址所做的研究表明,古代冶煉鎳白銅的溫度為1300℃~1400℃,過程非常繁復(fù),需經(jīng)反復(fù)多次煅燒和冶煉;會(huì)理煉出的白銅實(shí)際是銅鎳二元合金,而云南白銅則是銅鎳鋅三元合金,是用會(huì)理白銅配以銅、鋅及黃銅而熔煉成的。因鎳白銅一般在云南昆明和會(huì)澤等地調(diào)配成分及色澤,再外銷他省或出口,故以“云南白銅”之稱而聞著于世。
17至18世紀(jì),鎳白銅大量傳入歐洲,并被貴為珍品。稱作“中國銀”或“中國白銅”, 對(duì)西方近代化學(xué)工藝曾起過巨大影響。16世紀(jì)以后,歐洲的一些化學(xué)家、冶金學(xué)家開始研究和仿造中國白銅。法國的耶穌會(huì)教士杜霍爾德在其1735年出版的《中華帝國全志》中寫道:“最特出的銅是白銅,其色澤和銀一樣,只有中國才有,也只見于云南省。”
1775年,英國刊行的《年紀(jì)》中,有《英國東印度公司駐廣州貨客勃烈所作奇特的研究及有價(jià)值的發(fā)現(xiàn)經(jīng)過實(shí)錄》,提到英國要實(shí)驗(yàn)仿造東印度公司從廣州買去的中國白銅。文中說:“在去年夏季,有船從中國駛抵英倫,他(勃烈)又附寄了他自云南得來的白銅……目的是要在英國手工藝制造和商務(wù)促進(jìn)會(huì)秘書摩爾指導(dǎo)下,從事實(shí)驗(yàn)和仿造這種中國白銅。”接著,在瑞典政府采礦部任監(jiān)督的化學(xué)家恩吉司特朗姆,于1776年發(fā)表了一篇研究云南白銅的論文,樣品分析結(jié)果,含鎳量與含銅量為5或6與13或14之比,發(fā)現(xiàn)中國白銅是銅鎳鋅三元合金。他聲稱從中國購買此項(xiàng)合金代價(jià)甚高,認(rèn)為瑞典國內(nèi)某些礦區(qū)也有相同的礦物,因此仿造起來應(yīng)該不很困難。
1822年,英國愛丁堡大學(xué)化學(xué)師菲孚發(fā)表了他分析云南白銅的結(jié)果,其合金比例為銅40.4%,鎳31.6%,鋅25.4%,鐵2.6%。并說在英國當(dāng)時(shí)還沒有人知道應(yīng)如何仿制這種中國白銅。
其后一年,英國的湯麥遜首先制出和中國云南白銅相似的合金。同年,德國的海寧格爾兄弟仿制云南白銅成功。隨即西方開始了大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn),并將這種合金改名為“德國銀”或“鎳銀”,而名副其實(shí)的云南白銅,反而被湮沒無聞了。
當(dāng)西方國家仿制云南白銅成功后,我國白銅的出口數(shù)量大大減少。至19世紀(jì)后期,德銀已取代中國白銅占據(jù)了國際市場,中國的白銅礦冶業(yè)隨之衰落。然而全國各地對(duì)云南白銅仍十分喜愛。直至20世紀(jì)二三十年代,昆明市仍有不少白銅店,其產(chǎn)品色澤光潔,質(zhì)地軟硬適中,經(jīng)久耐用,不起浮垢。其中以“江南寶”白銅店最有名氣,產(chǎn)品有水煙袋、旱煙斗、墨盒、面盆等,尤其面盆最享盛譽(yù),遠(yuǎn)銷至江南和京津。解放前,云南民間嫁女時(shí)嫁妝中仍以有白銅面盆為光彩,如果產(chǎn)品是“江南寶”店所制,購買者則更覺榮耀。用過之物價(jià)錢仍高出別家產(chǎn)品三四倍。
除了鎳白銅以外,我國古代還有一種砷白銅,它是砷銅合金。這種砷白銅則是中國古代煉丹家的突出貢獻(xiàn)。不過他們叫它“藥銀”,意思是用丹藥點(diǎn)化而成的白銀。點(diǎn)化這種“藥銀”比冶煉鎳白銅要更困難,而且很容易中砷毒。因此煉丹家們?yōu)槿〉眠@項(xiàng)成就曾付出了很大的代價(jià)。
砷白銅是用砷礦石(砒石、雄黃等)或砒霜(As2O3)點(diǎn)化赤銅而得到的。銅中合砷小于10%時(shí),呈金黃色,煉丹家稱其為“藥金”(即砷黃銅);當(dāng)含砷量等于或大于10%時(shí)(砷白銅),就變得潔白如雪,燦爛如銀,稱為“藥銀”。
冶煉砷白銅的歷史可以追溯到西漢初期,是同煉丹術(shù)同時(shí)興起的。據(jù)宋人撰《席上腐談》記載:漢景帝時(shí)在茅山修煉的三位煉丹大師三茅君丹陽(今安徽宣城一帶)遭天災(zāi)歉收,于是以煅砒粉點(diǎn)化丹陽所產(chǎn)之銅為銀,以救饑民。所以后來煉丹家們就稱這種“藥銀”叫“丹陽銀”。
早期,我國的砷白銅冶煉利用雄黃或雌黃點(diǎn)制成,大約在東晉,中國開始煉制砷白銅,即所謂“點(diǎn)白”。晉代著名煉丹大師葛洪在《抱樸子·金丹篇》中明確記載了用雄黃點(diǎn)化銅為“黃金”。南朝齊梁時(shí)期的醫(yī)藥大師陶弘景在其《名醫(yī)別錄》中也提到“雄黃得銅可作金”“煉服之法皆在仙經(jīng)中。”
葛洪、陶弘景所得到的大概都是含砷量較低的砷黃銅,煉丹家們所說的“雄黃金”可能就是指它。這時(shí)期的《神仙養(yǎng)生秘術(shù)》等著作中還提到了點(diǎn)銅為“白”的丹藥配方,但用藥比較復(fù)雜。
隋代開皇年間有位名叫蘇元朗的煉丹家,號(hào)青霞子,曾學(xué)道于句曲(茅山),自稱得到過司命大茅君的真秘。他曾撰《寶藏論》一書,其中記載了用砒霜可以“點(diǎn)銅成銀”。第一次提出了用砒霜點(diǎn)白銅,這是砷白銅冶煉技術(shù)的一個(gè)重大進(jìn)步。
年間(公元758~760年),有位煉丹家,道號(hào)金陵子,他撰寫了一部《龍虎還丹訣》,有一篇《點(diǎn)丹陽方》,詳盡介紹了點(diǎn)化砷白銅的方法:“取前件霜,每二兩點(diǎn)一斤……丹陽(指紅銅)可分作兩堝,每堝只可著八兩,多少為得所乍可,已下不可過多,又不可少,少則堝中干。每一兩藥分為六丸,每一度相續(xù)點(diǎn)三丸。待金汁如水,以物直刺到堝底,待入盡,即以炭攪之,更鼓三二十下。又投藥,如此遍遍相似,即瀉入華池中,令散作珠子,急用柳枝攪,令碎,不作珠子亦得。又依前點(diǎn)三丸,亦投入池中??瓷孜?,若所點(diǎn)藥不須,將火燒卻,其物即不白,更須重點(diǎn)一遍,以白為度。”
從中可得知,金陵子是先將雄黃升煉成砒霜,然后把后者作成小丸,逐個(gè)投到熔化的銅汁中,用炭不斷攪拌,直到銅汁變白為止。在此過程中,As
先被炭還原成單質(zhì)砷,立即溶入銅中,于是逐步生成了砷白銅(Cu3As)。有人根據(jù)這段記載進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn),成功地?zé)挸隽撕?.92%的砷白銅。這個(gè)記載說明我國煉丹家在唐代中葉點(diǎn)化砷白銅的技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)成熟的階段。但它長時(shí)期為煉丹家的真秘,師徒相傳,對(duì)外絕密。最近在青海都蘭熱水吐蕃墓葬中還發(fā)現(xiàn)了唐代中晚期的砷白銅實(shí)物,是一件含砷15.8%的銅鏃。這表明砷白銅在唐代已得到一定程度的應(yīng)用。
宋代《春諸紀(jì)聞》卷十中載有一段“丹陽化銀”的故事:“薛駝,蘭陵人,嘗受異人煅砒粉法,是名丹陽者。余嘗從惟湛師訪之,因清其藥。取藥帖抄二錢匕相語曰:‘此我一月養(yǎng)道食料也,此可化銅二兩為爛銀……’其藥正白而加光璨,取棗肉為圓,俟熔銅汁成,即投藥坩堝中,須臾銅中惡類如鐵屎者膠著鍋面,以消石攪之,傾槽中,真是爛銀,雖經(jīng)百火,柔軟不變也。”顯然,這里描述的是煉制砷白銅的過程,所用的藥即砒霜(三氧化二砷),利用棗肉在高溫下生成的碳將砒霜還原成砷,使其與銅生成白銅即所謂“爛銀”;加入硝石芒硝作為造渣劑,以去除化學(xué)反應(yīng)生成的脫氧產(chǎn)物。這段記載談到煉丹家以煅砒粉化銅為白銀時(shí),還說這是一種奇聞絕技。表明直至宋代,煉制砷白銅仍屬于煉丹家的一種“方技”。
元明以后,這種“藥銀”才逐漸為常人所知了,砷白銅的煉制方法才逐漸流傳開來。元人著作《格物粗談》就有煉制砷白銅的記載。明代李時(shí)珍本草綱目》中說:“白銅出云南,赤銅以砒石煉為白銅。”宋應(yīng)星天工開物·五金》中也說:“銅以砒霜等藥制煉白銅……凡紅銅升黃而后熔化造器,用砒升者為白銅。工費(fèi)倍難,侈者事之。”都記載了砷白銅的冶煉。因砷白銅與鎳白銅外觀相似,因此在明代文獻(xiàn)中,常把兩種白銅相混淆。
但是目前為止,還沒有找到古代煉丹家所制出的砷白銅實(shí)物。這大概一是因?yàn)檫@種“藥銀”冶煉技術(shù)只有少數(shù)人掌握,生產(chǎn)極少,年久失傳;二是易變質(zhì)(其中砷質(zhì)會(huì)逐步揮發(fā)掉,而變?yōu)樽爻嗌?,又有毒性;三是砷白銅在市場上常常被用來冒充白銀,是違禁的,只能在暗中少量煉制;四是煉制困難,耗資多、價(jià)錢昂貴。
我國自古就有兩個(gè)獨(dú)立發(fā)展起來的白銅體系。砷白銅是我國所特有。這一冶煉技術(shù)堪稱我國一項(xiàng)寶貴的文化遺產(chǎn)。
由于白銅飾品從顏色、做工等方面和純銀飾品差不多。有的不法商家利用消費(fèi)者對(duì)銀飾不了解的心理,把白銅飾品當(dāng)成純銀飾品來賣,從而從中獲取暴利。那么,怎樣來辨別是純銀飾品還是白銅飾品呢?
據(jù)了解,一般純銀飾品都會(huì)標(biāo)有S925、S990、XX足銀等字樣,而白銅飾品沒有這樣的標(biāo)記或標(biāo)記很不清楚;用針可在銀的表面劃出痕跡;而銅質(zhì)地堅(jiān)韌,不容易劃出傷痕;銀的色澤呈略黃的銀白色,這是銀容易氧化的緣故,氧化后呈現(xiàn)暗黃色,而白銅的色澤是純白色,帶一段時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)綠斑。
另外,如果在銀首飾的內(nèi)側(cè)滴上一滴濃鹽酸,會(huì)立即生成白色苔蘚狀的氯化銀沉淀,而白銅則不會(huì)出現(xiàn)這種情況。
普通白銅主要有B0.6、B5、B19、B30等四種合金牌號(hào),常用的有B19和
B30,美國標(biāo)準(zhǔn)中牌號(hào)系列更多一些。 白銅棒是Cu與Ni形成的連續(xù)固溶體,具有面心立方晶格,見圖1-18。當(dāng)溫度低于322度時(shí),銅_鎳相圖存在一個(gè)亞穩(wěn)分解的相當(dāng)寬的成分·溫度區(qū)域,向Cu-Ni合金添加第三元素諸如Fe、Cr、Sn、Ti、Co、Si、Al等,可改變亞穩(wěn)分解的成分·溫度區(qū)域范圍和位置,同時(shí)也可改善合金的某些性能。 普通白銅板具有良好的冷、熱加工性能??身樌募庸こ砂濉?、管、棒、型、線等各種形狀。焊接性能良好,可進(jìn)行軟、硬釬焊、氣體保護(hù)弧焊和電阻焊等;切削性能是易切削黃銅HPb63-3的20%。 普通白銅板具有較好的耐蝕性,中等強(qiáng)度、高塑性,能冷熱壓力加工,以及很好的電學(xué)性能,除用作結(jié)構(gòu)材料,還是重要的高電阻和熱電偶合金。
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