什麼是銅鎳合金？

銅鎳銅鎳合金是一種主要由銅和鎳組成的合金，其成分因應特定應用而有所不同。通常，這些合金包含 60% 到 90% 的銅，而鎳則佔其餘部分，有時還會添加鐵和錳等元素，以增強強度和耐蝕性等特定性能。

這種合金因其卓越的耐海水腐蝕性、優異的導熱性和抗菌性而備受推崇。由於其均衡的成分，銅鎳被廣泛應用於從海洋工程到錢幣和儀器儀表等各行各業。

根據鎳含量的不同，銅鎳的外觀從銀色到金色不等。鎳濃度越高，金屬就越像銀。

銅鎳的化學成分

銅鎳的化學成分決定了其獨特的特性和各種應用的適用性。以下是其主要成分的細分：

• 銅 (Cu):形成合金的 60% 至 90%，提供延展性和熱傳導性。
• 鎳 (Ni):範圍從 10% 到 30%，增強了耐腐蝕性和強度。
• 鐵 (Fe):通常小於 2%，添加的目的是提高強度和抗侵蝕性，尤其是在海水中。
• 錳 (Mn):通常在 1% 之下，可提高耐磨性並有助於合金的耐用性。
• 其他元素:微量的鋅或錫可包含在特殊等級中，以符合特定工業需求的特性。
• 共通等級:
  • 90/10:~90% 銅、10% 鎳、~1% 鐵、<1% 錳。
  • 70/30:~70% 銅、30% 鎳、~1% 鐵、<1% 錳。
• 組成控制:在製造過程中保持精確的比率，以確保一致的性能和可靠性。

銅鎳的特性

Cupronickel 的魅力在於其均衡的機械和物理特性，使其適用於廣泛的應用。以下是其主要特性的詳細說明：

機械特性

• 拉伸強度:因等級而異，90/10 銅鎳提供 300-400 MPa，70/30 則高達 500 MPa，提供強大的結構完整性。
• 延展性:伸長率 30-40%，可使其變形而不破裂，非常適合形成複雜的形狀。
• 硬度:範圍從 70-120 HB (布氏硬度)，確保在嚴苛環境下的耐磨性。
• 抗疲勞性:: 具備優異的循環應力承受能力，對於船舶和工業系統中的元件至關重要。
• 工作硬化:: 在加工過程中會硬化，需要小心選擇刀具，以維持精度並避免缺陷。

物理特性

• 耐腐蝕性:形成保護性氧化層，提供卓越的耐腐蝕性，尤其是在海水中。
• 密度:範圍從 8.9 到 8.94 g/cm³，由於含鎳，密度比純銅略高。
• 熱傳導:約 30-50 W/(m-K)，適用於熱交換器及熱管理系統。
• 電導率:約 5-10% 的純銅，限制了其在高導電性電氣應用上的使用，但適合熱電偶等特殊用途。
• 熔點:介於 1100°C 與 1240°C 之間，視鎳含量而定，較高鎳等級的熔點較高。
• 外觀:銀白色略帶金黃色澤，為錢幣和裝飾應用提供美感。
• 磁性:一般無磁性，但某些等級的微量鐵可能會帶來輕微的磁性。

什麼是不同等級的銅鎳合金？

銅鎳的性能和特性因成分而異。以下是最常見的等級：

C70600(銅鎳 90/10)

此等級包括 90% 銅和 10% 鎳，以及少量鐵和錳。它在海水中具有良好的耐腐蝕性，常用於船舶應用。

C71500(CuNi 70/30 )

此材質採用 70% 銅與 30% 鎳，具有優異的強度與耐腐蝕性。適用於要求較高的應用，例如熱交換器、冷凝器及離岸平台。

其他等級

較不常見的牌號，如 66/30/2/2（銅、鎳、鐵、錳），則是專為特殊應用所量身打造。這些應用可能包括航太或特殊工業設備的高強度零件。每種牌號都經過精心設計，以平衡成本、性能和對環境的適應性。

牌號的選擇取決於應用的需求，例如暴露於腐蝕性元素、溫度或機械應力的情況。機械加工業等製造商依賴這些區別來選擇適合精密零件的合金。

銅鎳合金有什麼用途？

由於其獨特的物理、化學和機械特性組合，銅鎳已被多個行業廣泛採用。以下是一些最突出的應用：

海洋應用

Cupronickel 的耐海水性使其成為造船、海水淡化廠和離岸石油平台的常用材料。它用於以下元件：

• 海水管道
• 冷凝器
• 熱交換器
• 船體
• 推進器

電氣與儀表

由於其優異的導電性和耐腐蝕性，銅鎳被廣泛應用於：

• 熱電偶
• 電阻器
• 儀錶管

硬幣

全球許多錢幣都是由銅鎳合金製成，因為這種合金既耐用又美觀。例如，美國的鎳幣以及 25 美分和 1 美分硬幣的外層都是由這種合金製成的。

汽車與航太

Cupronickel 可用於製造煞車線、液壓懸吊系統及各種航太元件。

醫療應用

其生物相容性使銅鎳適用於醫療工具和植入物，雖然相較於鈦和不銹鋼，銅鎳在此領域較不常見。

銅鎳合金的優缺點

與其他材料一樣，銅鎳有其優點和限制。瞭解這些特性有助於製造商和工程師在使用上做出明智的決定。

優勢

• 耐腐蝕性:Cupronickel 的防銹和耐腐蝕能力無與倫比，尤其是在海水中，使其成為海洋和工業應用的理想材料。
• 耐用性:合金的強度和耐磨性可確保長時間的性能，降低維護成本。
• 熱傳導:它能有效傳熱，適用於熱交換器和類似系統。
• 美學魅力:Cupronickel 的銀色光澤使其適用於裝飾用途和錢幣。
• 工作性:這種合金比較容易加工、鍛造和成型，可以進行複雜的設計。

缺點

• 成本:較高的鎳含量（如 70/30 等級）會使銅鎳比其他合金（如黃銅或不銹鋼）更昂貴。
• 工作硬化:在加工過程中，合金會硬化，需要小心管理刀具以避免瑕疵。
• 有限強度:鎳銅雖然耐用，但強度不如某些高效能合金，因此在需要極高機械強度的應用上，鎳銅的使用受到限制。

透過權衡這些因素，工業界可以決定銅鎳材是否適合其需求，並在性能、成本和應用需求之間取得平衡。

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常見問題：關於銅鎳的常見問題