黃銅（英語：brass），是以鋅作為主要合金元素的銅合金，因其呈黃色而稱為黃銅。單純的銅鋅二元合金稱為普通黃銅或簡單黃銅，在銅鋅合金中加入其他元素，構成三元、四元或更多元的黃銅稱為復雜黃銅或特殊黃銅。黃銅的使用有著悠久的歷史，可以追溯到公元前5千紀的新石器時代，早期是使用含鋅的銅礦石直接冶煉。
鋅在銅中的溶解度隨著溫度下降而增加，且鋅含量的不同會形成不同的晶格結構，進而影響黃銅的性能。黃銅具有良好的機械性能和較強的耐磨性能，廣泛應用于機械零件、艦船零件、軸承等，也被用于制作樂器、硬幣、首飾等，同時常用于制造閥門、水管、空調內外機連接管和散熱器等。
歷史起源
目前發現的世界上最早的冶煉銅，是大約公元前4700~公元前4000年，1973年出土于陜西臨潼姜寨仰韶文化遺址的殘缺半圓形黃銅薄片，鑄態組織，檢驗得知，其平均成分為66.5%的銅、25.6%的鋅、5.9%的鉛、0.87%的錫、1.1%的鐵。經分析，它的冶煉方法比較原始，基本上就是礦石加木炭燃燒，其冶煉溫度在950到1000℃左右。說明在公元前5千紀，人類已經掌握了冶銅技術。
到了新石器時代晚期，塞爾維亞和保加利亞開采冶煉銅礦。石魯德納格拉瓦（Rudna Glava）古銅礦位于多瑙河中游平原的塞爾維亞貝爾格萊德以東140千米，靠近羅馬尼亞邊界，其主要銅礦物為黃銅礦，含孔雀石、藍銅礦等主要礦物。
黃銅的記載最早見于東漢（25~220年）至三國的漢譯佛書，在古文獻中常被稱為“鍮[tōu]石”，可能出自波斯語。大約在五代十國至宋時煉丹家摸索出用爐甘石和銅煉制鍮石的方法。
元至明朝初期，煉制鍮石的方法從方士手中轉到民間，“鍮石”逐漸被“黃銅”所取代；明宣德（1426~1435年）時期黃銅的生產水平已很高，制造出了久負盛名的宣德香爐；正式將黃銅用于鑄錢，是在明代嘉靖年間（1522~1566年）；萬歷（1573~1620年）中期前后大量使用高鋅的四火黃銅，產量提高，其價值降至紅銅的水平；明天啟（1621~1627年）以后，直接使用金屬鋅配制合金鑄錢，黃銅鑄錢技術已基本成熟。幾乎與此同時，薩沃特（Savot）于1627年首次公布含銅的鋅合金可以制成黃銅。
此后，人們對黃銅各種性能如鑄造特性、加工性能的了解逐漸深入。同時鑄造錢幣需要大量的金屬鋅，促進了黃銅冶煉技術的改進與發展，一方面對發明單質鋅冶煉技術有促進作用，另一方面使黃銅冶煉技術從用菱鋅礦煉黃銅向用單質鋅煉黃銅進行轉化。于是，黃銅也開始用于制作大型天文儀器，如明代渾儀中的六合儀、三辰儀測量件即為鉛鋅黃銅所制，成分為Cu74.0%~85.8%、Pb6.6%~19.6%、Zn3.7%~12.0%。鋅和銅鋅合金（黃銅）的冶煉技術的論述最早見于中國明代學者宋應星（1587~約1666）撰著的《天工開物》。
1656年，格勞貝爾（Johann Rudolf Glauber，1604~1670，德國裔荷蘭人）發明“魯伯特王子的金屬”黃銅合金。18世紀早期，布里斯托爾是黃銅工業的重要中心。清代乾隆（1736~1796年）開始鑄造多元黃銅合金的“青錢”，標志著中原地區古代黃銅鑄錢技術達到了最高水平。北京古觀象臺現存清代的8臺天文儀器均為黃銅或鉛鋅黃銅所制，平均含鋅量為27.6%，高于渾儀的含鋅量，說明黃銅已大量使用。
1816年，肖（Th.Shaw）在美國費城發明了黃銅火帽。19世紀50~60年代，出現預先壓上底火的黃銅整體金屬彈殼，黃銅開始應用于軍事上。
應用
工業領域
黃銅以板材、棒材、管材、線材等廣泛應用于工業領域。黃銅具有良好的電導率，熱導率和耐蝕性，并有足夠的強度和良好的冷、熱加工性能，被大量采用來制作冷凝管、散熱管、散熱片，冷卻設備及導電零件等，以及內燃機和化工機械零件、接觸蒸汽的配件。因其具有的塑性和較高的強度，冷成型性能特別好，適于用冷沖壓或深拉法制造各種形狀復雜的零件和標準件，制作電機、儀表等壓鑄件。黃銅因具有良好的切削加工性能及耐磨性，可用來制作鐘表機芯，軸承、軸瓦、襯套、螺釘、閥體、旋塞、電器插座等。
船舶制造領域
黃銅大量用于艦艇制造工業，如壓力表、冷凝管、船舶零件、船艦焊接件的焊條等，以及汽車、拖拉機彈簧元件，亦可制作大型蝸桿、海船用螺旋槳等需要高強度、高耐蝕性的重要零件。
樂器制作領域
黃銅也用來制作銅管樂器。銅管樂器是管弦樂隊當中十分重要的一組，它們使用相同的金屬材料制成，一般是黃銅或者白銅，并且這組樂器有十分相似的構造和發音原理，演奏技術也基本相同。銅管樂器當中最重要的四件樂器分別是小號、長號、圓號和大號，它們音色上整體統一，具有很好的融合性。銅管樂器組較多用于樂隊的中、低音區，它們的音域比較寬廣，有五個八度左右。銅管樂器組能表現氣勢恢宏、音響強烈的大場面，在高潮與強奏中應用較多，它們的共同音色特征是飽滿、明亮、渾厚。
另外，黃銅敲起來聲音好聽，因此鑼、、鈴等樂器都是用黃銅制作的。
抗菌領域
實驗表明，黃銅具有明顯的抗菌（大腸桿菌、金黃色葡萄球菌）和抗霉菌作用，可充分利用黃銅制品的抗菌和抗霉菌性能，改善家用電器等產品的抗微生物污染性能。
其他
黃銅還被用于制作槍炮的彈殼，制作門窗以及裝飾把手，制作硬幣。黃銅在珠寶首飾的設計中，它成了貴金屬材料的替代品。
結構與理化性質
黃銅的表面顏色因含鋅量的不同而改變，含鋅量由少增多時它的顏色由深黃變淡黃而變白色，同時沸點也隨之下降。
普通黃銅的合金相圖中有五個包晶轉變和六個單相區。鋅在銅中的溶解度隨著溫度下降而增加。α相是Zn在銅中的固溶體，具有立方晶系，塑性良好，適宜進行冷、熱加工。β相是以電子化合物CuZn為基的固溶體，具有體心立方晶格，塑性好，可進行熱加工。當溫度下降至456 ~468℃時，它發生有序化轉變，成為有序固溶體β'，脆性很大。γ相是以電子化合物Cu5Zn8為基的固溶體，具有復雜立方晶格。普通黃銅不能熱處理強化，一般進行再結晶退火和去應力退火。α黃銅在冷加工時具有韌性和延展性，而β黃銅只有在熱加工時才具有韌性，即冷加工時延展性較低。
黃銅的力學性能與化學成分、組織狀態的關系極大（見下圖）。wZn≤32%時，強度Rm和塑性A都隨含鋅量的增加而提高。當wZn超過32%以后，因組織中有β'相出現，故塑性A急劇下降，而強度Rm在wZn=45%附近達到最大值。當wZn達47%時，合金全部為β'相，強度Rm和塑性A都很低，無實用價值。工業用黃銅的wZn一般不超過50%，按其退火組織可分為α黃銅和（α+β）黃銅。鋅在銅中固溶度454℃達到最大值，為38.95%，室溫下鋅在銅中固溶度小于33%。
性能
耐腐蝕性能
黃銅在大氣中腐蝕很慢，在純凈的淡水中腐蝕速率也不大（0.0025~0.025mm/年），在海水中腐蝕稍快（0.0075~0.1mm/年），在流動的熱海水中還會產生“脫鋅腐蝕”。水中的氟化物對黃銅的腐蝕影響很小，氯化物影響較大，而碘化物則有嚴重影響。在含有O2、CO2、H2S、SO2、NH3等氣體的水中，黃銅的腐蝕速率劇增。在礦水尤其是含Fe2(SO4)3的水中極易腐蝕。在硝酸和鹽酸中產生嚴重腐蝕，在硫酸中腐蝕較慢，而在氫氧化鈉溶液中則耐蝕。黃銅耐沖擊腐蝕性能比純銅好。
特殊黃銅的耐蝕性比普通黃銅好。在黃銅中加入約1%的Sn，可顯著降低黃銅的脫鋅腐蝕及提高在海水中的耐蝕性；在黃銅中加入約2%Pb，可以增加耐磨性能，因而大大降低了它在流動海水中的腐蝕速率。為了防止脫鋅腐蝕，還可加入少量的As、Sb、B（0.02%~0.05%）；在海軍黃銅中含有0.5%~1.0%Mn，可提高強度，并兼有很好的耐蝕性。在含65%Cu及55%Cu的黃銅中用12%~18%Ni代替部分Zn，由于色澤呈銀白，故稱為銀或德國銀。這種合金在鹽、堿及非氧化性酸中具有很優良的耐蝕性能。同時由于大量的Ni代替了Zn，故沒有脫鋅現象。
黃銅除了上述腐蝕特性外，在一定介質及特定應力條件下，會發生腐蝕破裂。引起黃銅應力腐蝕破裂的物質主要是氨和能派生氨的物質，或硫化物。此外，蒸氣、氧、SO2、CO2、CN-對應力腐蝕具有加速作用。拉應力是黃銅發生應力腐蝕破裂的必要條件。黃銅中鋅含量越高，其應力腐蝕破裂敏感性越大。Si可有效地防止α黃銅的應力腐蝕破裂。Si、Mn能改善α+β和β黃銅的耐應力腐蝕的性能。在氨氣氛條件下，Si、As、Ce、Mg等元素改善α黃銅的抗應力腐蝕性能。在大氣條件下，Si，Ce，Mg等元素改善應力腐蝕性能。在工業大氣暴露試驗的結果表明，銅Zn合金中加入Ai，Ni、Sn可減輕應力腐蝕傾向。
鑄造工藝性能
黃銅的凝固區間很小，因此液態金屬流動性好，充型能力佳，縮松傾向小。熔煉時鋅產生很大的蒸汽壓，能充分去除銅液中的氣體，故黃銅中不易產生氣孔。熔煉溫度比錫青銅低，熔鑄均較方便，不僅可以較容易地鑄造細小的首飾件，也常用于銅工藝品的鑄造。
機械性能
黃銅中由于含鋅量不同，機械性能也不一樣。對于α黃銅，隨著含鋅量的增多，σb（黃銅抗拉強度）和δ（伸長率）均不斷增高。對于（α＋β）黃銅，當含鋅量增加到約為45%之前，室溫強度不斷提高。若再進一步增加含鋅量，則由于合金組織中出現了脆性更大的γ相（以Cu5Zn8化合物為基的固溶體），強度急劇降低。（α＋β）黃銅的室溫塑性則始終隨含鋅量的增加而降低。所以含鋅量超過45%的銅鋅合金無實用價值。
加工性能
α單相黃銅（從H96至H65）具有良好的塑性，能承受冷熱加工，但α單相黃銅在鍛造等熱加工時易出現中溫脆性，其具體溫度范圍隨含Zn量不同而有所變化，一般在200～700℃之間。因此，熱加工時溫度應高于700℃。單相α黃銅中溫脆性區產生的原因主要是在Cu-Zn合金系α相區內存在著Cu3Zn和Cu9Zn兩個有序化合物，在中低溫加熱時發生有序轉變，使合金變脆；另外，合金中存在微量的鉛、鉍有害雜質與銅形成低熔點共晶薄膜分布在晶界上﹐熱加工時產生晶間破裂。實踐表明，加入微量的鈰[shì]可以有效地消除中溫脆性。
兩相黃銅（從H63至H59），合金組織中除了具有塑性良好的α相外，還出現了由電子化合物CuZn為基的β固溶體。β相在高溫下具有很高的塑性，而低溫下的β'相（有序固溶體）性質硬脆。故（α+β）黃銅應在熱態下進行鍛造。含鋅量大于46%～50%的β黃銅因性能硬脆，不能進行壓力加工。
焊接性能
黃銅的焊接性能很好，體積較大的通常采用氣焊，纖細一般采用火槍焊接。
打磨拋光性能
黃銅的切削性能很好，能經受校正、打磨、修飾等操作。
鋅當量系數
特殊黃銅的組織，可根據黃銅中加入元素的“鋅當量系數”來推算。在銅-鋅合金中加入少量其他合金元素，會使銅-鋅系中的α/（a＋3）相界向左移動（縮小α區）或向右移動（擴大α區）。因此，特殊黃銅的組織通常即相當于簡單黃銅中增加（或減少）鋅含量的合金組織。例如在銅-鋅合金中加入1%硅之后的組織，即相當于銅-鋅合金中增加10%鋅的合金組織，故稱硅的“鋅當量系數”為10，急劇縮小α區；在銅-鋅合金中加入1%鎳，則合金的組織相當于在銅-鋅合金中減少1.5%鋅的合金組織，故鎳的“鋅當量系數”為-1.5，使α區擴大。
分類
按照化學成分的不同，黃銅可分為普通黃銅和特殊黃銅；按照生產方法的不同，可分為壓力加工黃銅和鑄造黃銅。
普通黃銅
當鋅含量小于35%時，構成單相的α固溶體，因此單相黃銅又稱α黃銅，α黃銅在冷加工時具有韌性和延展性。當鋅含量為36%~46%時，成為α+β復相黃銅，β黃銅只有在熱加工時才具有韌性，即冷加工時延展性較低。當鋅含量超過46%~50%時，因β相太多，脆性大，無實用價值。
特殊黃銅
在銅-鋅合金中加入少量（一般為1%～2%，少數達3%～4%，極個別的達5%～6%）錫、鋁、錳、鐵、硅、鎳、鉛等元素，構成三元、四元、甚至五元合金而形成的黃銅，即為特殊黃銅。添加這些元素的目的是提高普通黃銅的某些性能。如加Al、Sn、Si、Ni可提高其耐蝕性；加Si能提高黃銅鑄造時的流動性，以改善其鑄造性能；加Mn、Al可提高其強度；加Pb可提高其切削性能等。
錫黃銅
錫黃銅也稱海軍黃銅，是在銅鋅合金基礎上加入0.5%~1.5%錫的黃銅，錫可提高黃銅的強度和硬度以及在海洋大氣和海水中的耐腐蝕性，能改善黃銅的切削加工性能。錫雖然提高了黃銅的耐蝕性能，但不能從根本上消除應力腐蝕破裂傾向，可采用低溫退火（440~470℃）提高應力腐蝕抗力。此外，含錫過多，合金中會出現脆性的CuZnSn化合物相，降低合金的塑性，故錫黃銅中含錫量一般為1%。
鋁黃銅
鋁黃銅是在銅鋅合金基礎上加入0.7%~3.5%鋁的黃銅，鋁可在合金表面形成致密并和基體結合牢固的Al2O3氧化膜，提高黃銅對氣體、溶液，特別是對海水的耐蝕性，還可提高黃銅的硬度和強度。不過，鋁使黃銅鑄造組織粗化，鋁超過2%時塑性、韌性下降，含2%Al，20%Zn的鋁黃銅具有最高的熱塑性。此外，鋁縮小銅鋅合金包晶反應溫度間隔，而顯著改善黃銅的鑄造性能。含鋁的特殊黃銅焊接比較困難，且有高的應力腐蝕破裂傾向，必須進行充分的低溫退火加以消除。
鉛黃銅
鉛黃銅是在銅鋅合金基礎上加入鉛的黃銅，鉛不溶于黃銅內，而是以游離質點分布在其晶界上，按其組織可分為α和（α+β）兩種。鉛黃銅的切削性能優良，耐磨性好。鉛對黃銅的強度影響不大，略微降低塑性。
硅黃銅
硅黃銅是在銅鋅合金基礎上加入1.5%~4.0%硅的黃銅，硅能提高黃銅的力學性能、耐磨性的耐蝕性，硅黃銅具有良好的鑄造性能，并能進行焊接和切削加工。
錳黃銅
錳在固態黃銅中有較大的溶解度。黃銅中加入一定量的錳有細化晶粒的作用，并能在不降低塑性的條件下，提高合金的強度、硬度和在海水、氯化物及過熱蒸汽中的耐蝕性能，錳黃銅具有良好的冷，熱加工性能。
鎳黃銅
鎳與銅能無限固溶，且能擴大α-Cu相區，雙相黃銅添加適當的鎳可轉變為單相黃銅。黃銅中加鎳可顯著提高黃銅的力學性能以及在大氣和海水中的耐蝕性，還能細化黃銅的晶粒大小，可提高黃銅的再結晶溫度，降低應力腐蝕開裂傾向，鎳黃銅的冷、熱加工性能良好。
鐵黃銅
鐵黃銅中，鐵以富鐵相的微粒析出，作為晶核而細化晶粒，并能阻止再結晶晶粒長大，從而提高合金的機械性能和工藝性能，同時鐵使黃銅具有高的韌性、耐磨性及在大氣和海水中優良的抗蝕性，常與錳同時加入。鐵在α相中的溶解度為1.0%，且溶解度隨鋅含量的增加而減小。
天然黃銅
天然黃銅是一種銅與鋅的合金礦物，1993年中國新礦物與礦物命名委員會黃蘊慧等人在《巖石礦物學雜志》根據成因與成分命名為自然黃銅。
牌號
中國常用的單相黃銅牌號有H80、H70、H68等，“H”為黃銅的漢語拼音字首，數字表示平均含銅量。而常用雙相黃銅的牌號有H62、H59等。
特殊黃銅的編號方法是：H+主加元素符號+銅含量+主加元素含量。特殊黃銅可分為壓力加工黃銅（以黃銅加工產品供應）和鑄造黃銅兩類，其中鑄造黃銅在編號前加“Z”。例如，HPb60-1表示平均成分（質量分數）為60%Cu，1%Pb，余為Zn的鉛黃銅；ZCuZn31Al2表示平均成分（質量分數）為31%Zn，2%Al，余為Cu的鋁黃銅。
生產制備
生產黃銅可使用熔煉法。合金熔煉是指將一定成分配比的塊體金屬原料加熱熔化，然后冷卻成型的過程。
黃銅的熔煉大多使用工頻有芯感應熔煉爐，使金屬爐料本身發出熱量，來加熱和熔化金屬。熔煉黃銅時會使用木炭或鹽類組成的熔劑作為覆蓋劑。熔煉黃銅時一般的加料順序是：銅、廢料和鋅。黃銅熔煉過程中采用低溫加鋅，不僅可以減少鋅的燒損，同時也有利于熔煉作業的安全進行。熔煉復雜黃銅，特別當含有某些熔點較高或者易氧化的合金元素時，熔煉氣氛的選擇和控制方法是比較重要的。隨著鋅含量的增加而蒸氣壓力增大，熔液中氣體的飽和度越低，鋅的蒸發能有利于熔體中各種氣體的排出，因此“噴火”已成為所有高鋅黃銅除氣精煉的主要工藝手段。高鋅黃銅可根據噴火次數和程度判定是否到達出爐溫度。
參考資料 >
中國新礦物(2022)——陜西、甘肅、青海、新疆新礦物篇.微信公眾平臺.2023-07-24