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1 前言
近年來，國內(nèi)興起了一股文化建筑建設(shè)的高潮，對于宗教建筑外立面來講，銅在古代就有銅門、銅雕像、銅屋面的案例，在無錫靈山大佛、南京牛首山文化旅游項目、普陀山觀音圣壇等項目中，筆者發(fā)現(xiàn)銅是業(yè)主在建筑外立面上除石材（詞條“石材”由行業(yè)大百科提供）外最大量使用的裝飾材料。相信隨著中國的崛起，人民精神層面的需求會越來越大，文化建筑也會在建筑市場上扮演相當(dāng)重要的角色，從而使得銅在建筑立面上應(yīng)用提上研究日程。
而這類建筑往往坐落在山區(qū)或海島，在海島上面要在酸性海洋性氣候下，要達到文化建筑立面歷久彌新的要求，為立面選材和設(shè)計帶來了挑戰(zhàn)。
2 建筑用銅的基本介紹
2.1 銅的自然屬性
銅是人類最早發(fā)現(xiàn)的古老金屬之一，早在三千多年前人類就開始使用銅。自然界中的銅分為自然銅、氧化銅礦和硫化銅礦。自然銅及氧化銅的儲量少，現(xiàn)在世界上80%以上的銅是從硫化銅礦精煉出來的，這種礦石含銅量極低，一般在2--3%左右。金屬銅，元素符號Cu，原子量63.54，比重8.92,熔點1083°C。純銅呈淺玫瑰色或淡紅色。銅具有優(yōu)良的物理化學(xué)特性，其熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率都很高，化學(xué)穩(wěn)定性強，抗張強度（詞條“抗張強度”由行業(yè)大百科提供）大，易熔接，具抗蝕性、可塑性、延展性。純銅可拉成很細的銅絲，制成很薄的銅箔。能與鋅、錫、鉛、錳、鈷、鎳、鋁、鐵等金屬形成合金，形成的合金主要分成三類：黃銅是銅鋅合金（詞條“鋅合金”由行業(yè)大百科提供），青銅是銅錫合金，白銅是銅鈷鎳合金。
銅冶金技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了漫長的過程，但至今銅的冶煉仍以火法冶煉為主，其產(chǎn)量約占世界銅總產(chǎn)量的85%，現(xiàn)代濕法冶煉的技術(shù)正在逐步推廣，預(yù)計本世紀(jì)末可達總產(chǎn)量的20%，濕法冶煉的推出使銅的冶煉成本大大降低。
2.2 銅的主要用途
銅是與人類關(guān)系非常密切的有色金屬，被廣泛地應(yīng)用于電氣、輕工、機械制造、建筑工業(yè)、國防工業(yè)等領(lǐng)域，在我國有色金屬材料的消費中僅次于鋁。以下是各行業(yè)銅消費占銅總消費量的比例：
行業(yè) 銅消費量占總消費量的比例
電子(包括通訊) 48%
建筑 24%
一般工程 12%
交通 7%
其他 9%
2.1 建筑用銅常用類型
紫銅，銅為基體加入一種或幾種其他元素所構(gòu)成的合金。純銅呈紫紅色，又稱紫銅。純銅密度為8.96，熔點為1083℃，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性和耐蝕性。主要用于制作發(fā)電機、母線、電纜、開關(guān)裝置、變壓器等電工器材和熱交換器、管道、太陽能加熱裝置的平板集熱器等導(dǎo)熱器材。常用的銅合金分為黃銅、青銅、白銅3大類。
黃銅 ，以鋅作主要添加元素的銅合金，具有美觀的黃色，統(tǒng)稱黃銅。銅鋅二元合金稱普通黃銅或稱簡單黃銅。三元以上的黃銅稱特殊黃銅或稱復(fù)雜黃銅。含鋅低于36%的黃銅合金由固溶體組成，具有良好的冷加工性能，如含鋅30%的黃銅常用來制作彈殼，俗稱彈殼黃銅或七三黃銅。含鋅在36～42%之間的黃銅合金由和固溶體組成，其中最常用的是含鋅40%的六四黃銅。為了改善普通黃銅的性能，常添加其他元素，如鋁、鎳、錳、錫、硅、鉛等。鋁能提高黃銅的強度、硬度和耐蝕性，但使塑性降低，適合作海輪冷凝管及其他耐蝕零件。錫能提高黃銅的強度和對海水的耐腐性，故稱海軍黃銅，用作船舶熱工（詞條“熱工”由行業(yè)大百科提供）設(shè)備和螺旋槳等。鉛能改善黃銅的切削性能;這種易切削黃銅常用作鐘表零件。黃銅鑄件常用來制作閥門和管道配件等。
青銅 ，原指銅錫合金，后除黃銅、白銅以外的銅合金均稱青銅，并常在青銅名字前冠以第一主要添加元素的名。錫青銅的鑄造性能、減摩性能好和機械性能好，適合于制造軸承、蝸輪、齒輪等。鉛青銅是現(xiàn)代發(fā)動機和磨床廣泛使用的軸承材料。鋁青銅強度高，耐磨性和耐蝕性好，用於鑄造高載荷的齒輪、軸套、船用螺旋槳等。鈹青銅和磷青銅的彈性極限高，導(dǎo)電性好，適於制造精密彈簧和電接觸元件，鈹青銅還用來制造煤礦、油庫等使用的無火花工具。
白銅，以鎳為主要添加元素的銅合金。銅鎳二元合金稱普通白銅;加有錳、鐵、鋅、鋁等元素的白銅合金稱復(fù)雜白銅。工業(yè)用白銅分為結(jié)構(gòu)白銅和電工白銅兩大類。結(jié)構(gòu)白銅的特點是機械性能和耐蝕性好，色澤美觀。這種白銅廣泛用於制造精密機械、化工機械和船舶構(gòu)件（詞條“構(gòu)件”由行業(yè)大百科提供）。電工白銅一般有良好的熱電性能。錳銅、康銅、考銅是含錳量不同的錳白銅，是制造精密電工儀器、變阻器、精密電阻、應(yīng)變片、熱電偶等用的材料。
由上表可知，紫銅和白銅一般運用在工業(yè)領(lǐng)域，青銅一般運用在建筑雕塑方面，而黃銅具有較高的性價比、各項指標(biāo)表現(xiàn)均衡以及優(yōu)良的加工工藝性能，選擇黃銅作為建筑表皮用裝飾面材，有一定的理論依據(jù)。
3 銅防腐原理與表面處理形式
3.1 銅的防腐原理
銅(黃銅，牌號為：H62)在無保護條件下，在鄉(xiāng)村大氣環(huán)境中年腐蝕量為0.2~0.6微米。在海洋污染大氣環(huán)境中，年腐蝕量為0.6~1.1微米[1]。在城市污染大氣環(huán)境中，年腐蝕量為0.9~2.2微米。建筑立面一般用2毫米厚的銅板腐蝕掉1毫米后，一般仍能保持原有功能。則在最嚴(yán)重的城市污染環(huán)境中1毫米的腐蝕年限為1000微米÷2.2=454年。
銅在自然狀態(tài)下，會因為大氣的腐蝕而產(chǎn)生表面氧化層，即銅綠，銅銹主要分為氧化銅和堿式碳酸銅(簡稱銅綠)。銅綠是大氣腐蝕銅表面的結(jié)果，同時銅繡也會對銅表面也產(chǎn)生一定的保護。銅綠的年腐蝕量如下，在鄉(xiāng)村大氣環(huán)境中年腐蝕量為0.5微米。在海洋污染大氣環(huán)境中，年腐蝕量為1微米。在城市污染大氣環(huán)境中，年腐蝕量為1~2微米[1]。這也就是為什么古代宗教建筑使用銅的主要原因，另外就是不銹鋼的制造技術(shù)也是在近代才得以發(fā)展。下圖是銅在自然氧化過程中顏色和年份對應(yīng)關(guān)系圖。
3.2常用銅表面處理形式
常見文化建筑的銅表面處理形式有氟碳涂層、銅表面氧化、鍍金、貼金箔、銅鎏金等方式。其中，由于氟碳漆原料的革新，加之良好的性價比，目前正廣泛被文化建筑項目所接受。
氟碳金屬漆是以氟碳樹脂為主要原材料的一種高品質(zhì)溶劑型防腐裝飾漆。具有優(yōu)異的耐候性，理論壽命在20年以上。與基材的附著力異常牢固，適用銅、鐵、鋁等金屬材料的基層，具有優(yōu)異的防銹、防氧化、防腐蝕性能，是當(dāng)今汽車、航空、航海、核電站的理想用漆。美國研究機構(gòu)曾對氟碳涂料及超級涂料（詞條“涂料”由行業(yè)大百科提供）、一般涂料做過測試比較，分別涂層的樣件放在美國佛羅里州灼熱陽光照射，以及在潮濕含鹽份空氣的惡劣環(huán)境下暴露12年，實際證明氟碳涂料的穩(wěn)定性和耐久性比其他兩種涂料高30個和80百分點，氟碳涂料保證了在室外各種惡劣環(huán)境下使用。
銅表面高溫?zé)嵫趸に囂幚韀2]，采用高溫?zé)嵫趸に�，即銅化學(xué)熱著色，不同于物理噴涂著色。著色好后的顏色，看上去就如同從銅內(nèi)部透出來的一樣，豐富、自然、厚重、牢固。目前國際上最前沿技術(shù)含量最高的著色技術(shù)。由于是在高溫下形成的顏色，所以顏色的持久性非常好，形同于室內(nèi)熱著色的工藝品如香爐，果盤等。這種技術(shù)在外墻的的應(yīng)用還有待進一步證明。
電鍍技術(shù)：將零件作為陰極放在含有欲鍍金屬的鹽類電解質(zhì)溶液中，并使陽極的形狀符合零件待鍍表面的形狀，通過電解作用而在陰極上(即零件)發(fā)生電沉積現(xiàn)象形成電鍍層。根據(jù)電鍍質(zhì)量、鍍層厚度等的不同，電鍍時所選用的電流密度、電解液的溫度、電鍍時間等工藝參數(shù)不同。電鍍金時，陽極用純金板，與直流電源正極相連，陰極為紫銅基體，經(jīng)過前處理后，與電源負(fù)極相連。將陰陽極放入電鍍?nèi)芤褐�，�?dāng)接通電源時，即可實現(xiàn)對陰極基體表面的電鍍。電鍍涉及的基本問題和理論解釋屬于電化學(xué)范疇，而沉積層物理性能方面的改變則屬于金屬學(xué)方面的范疇。
金鍍層具有高導(dǎo)電性、低接觸電阻、良好的焊接性能，它在海洋性大氣中及一般酸堿條件下都具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性及耐蝕性。通過對鍍層的表面質(zhì)量、顯微硬度、結(jié)合力等性能進行分析表明電鍍處理使這些耐腐蝕性能和機械性能得到明顯提高。鍍金層電化學(xué)惰性決定其耐腐蝕性能極佳，與其他金屬鍍層相比耐蝕性突出。30年內(nèi)鍍金表面基本無腐蝕。由于電鍍槽尺寸的限制，外墻鍍金銅板的單塊面板面積不宜過大，性價比較低，目前尚不能大面板使用在外墻立面上。
金箔，是利用黃金延展性強的特性，用純金鍛打而成的極薄的箔片，其含金量為98%±1%，其厚度為0.12微米，具有金光燦爛、永不變色之特點。將金箔貼于物體表面，不僅能增強其觀瞻效果，同時對基層材料起到耐腐蝕，耐氧化的保護作用。金的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有很強的抗腐蝕性，在空氣中甚至在高溫下也不氧氣反應(yīng)，同時金在高溫下都不會和氧氣與硫反應(yīng)，化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，室內(nèi)可保證100年不變色。由于貼金箔對現(xiàn)場環(huán)境要求高，價格昂貴等原因，室外外墻的應(yīng)用還有待進一步開發(fā)。
銅鎏金，鎏金是自先秦時代即產(chǎn)生的傳統(tǒng)金屬裝飾工藝，是一種傳統(tǒng)的做法，至今仍在民間流行，亦稱火鍍金或汞鍍金。銅鎏金是把金和水銀合成的金汞劑，涂在銅器表層，加熱使水銀蒸發(fā)，使金牢固地附在銅器表面不脫落的技術(shù)。在鎏金過程中有大量汞蒸氣遠散，不但污染周圍環(huán)境，而且危害人體健康，特別是操作人員身體的健康。汞，化學(xué)符號Hg，俗稱水銀，為易流動的銀白色液態(tài)金屬，內(nèi)聚力很強，熔點-38.87℃，沸點356.589℃，因汞離子是一種強烈的細胞原漿毒，能使細胞中蛋白質(zhì)沉淀，故汞蒸氣和汞的大多數(shù)化合物都有劇毒。在鎏金過程中，特別是在“殺金”、“烤黃”工序中，因在火上進行，會產(chǎn)生大量汞蒸氣.通過呼吸道、食道、皮膚侵入人體引起汞中毒。因而目前國內(nèi)外墻上基本沒有應(yīng)用實例。
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