摘要：本文通过介绍铜的分类和应用领域，铜板的加工方式、表面处理方法和应用实例，以及在施工过程中的监理要点，为以后铜板在建筑外装饰上的应用提供借鉴。
关键词：黄铜；錾刻；做旧；氟碳喷涂；监理要点；
0前言
在我国，铜作为外装饰材料有着悠久的使用历史，但多用于文化建筑和宗教建筑。随着人们审美要求的提高，铜因具有独特的光泽，被越来越多的应用在一些高档民用建筑中。
作为外装饰材料，铜相较于我们常用的铝来说，可谓之“新”材料。铜的分类、铜板的加工以及在建筑外装饰上的应用，对于我们来说都比较陌生，需要我们进一步学习。
1铜的基本介绍
1.1铜的基础知识
铜是人类最早发现和使用的金属之一。在自然界中，铜矿石主要有：硫化矿、氧化矿和自然铜三类。目前，主要通过火法冶炼获得高纯度的铜。纯铜是柔软的金属，表面刚切开时为红橙色带金属光泽，密度为8.92克／立方厘米，熔点.4±0.2℃，沸点℃。铜还具有延展性好，导热性和导电性高，化学稳定性强，抗腐蚀，易焊接等性能。
1.2铜合金的分类
铜可以和铝、铁、锌、锡、铅、锰、钴、镍等多种金属形成合金。目前，常用的铜合金主要分为三类：黄铜、青铜和白铜。
1.2.1黄铜
黄铜是以锌作主要添加元素的铜合金，具有美观的黄色。除铜元素外，仅含有锌元素的黄铜，叫普通黄铜；除铜元素和锌元素外，还含有一种或多种其他元素的黄铜，叫复杂黄铜，亦称特殊黄铜。
普通黄铜中由于锌元素含量不同，机械性能也不一样。锌含量在35%以下的铜合金，有良好的塑性，能承受冷热加工；含锌量在36%～46%之间的铜合金，随着锌含量的提高，塑性减小而抗拉强度上升，只适用于热压力加工；锌含量大于46%～50%的铜合金，性能硬脆，抗拉强度下降，不能进行压力加工，无使用价值。
为了提高黄铜的耐腐蚀性、强度、硬度和切屑性等，在铜-锌合金中加入少量其他元素，可得到特殊黄铜。常见的特殊黄铜有：锡黄铜、锰黄铜、铁黄铜、镍黄铜等。
普通黄铜用代号“H+数字”表示，H表示黄铜，数字表示铜的质量分数。如：H62表示含铜量为68%，含锌量为32%的黄铜。特殊黄铜代号为“H+主加元素符号（除锌外）+铜的质量分数+主加元素质量分数+其他元素质量分数”。如：HPb59-1表示铜的质量分数为59%，含主加元素铅的质量分数为1%，余量为锌的铅黄铜。
1.2.2青铜
青铜原指铜锡合金，现除黄铜、白铜以外的铜合金均称青铜，并常在青铜名字前冠以第一主要添加元素的名。锡青铜的铸造性能、机械性能好，适合用于制造轴承、涡轮、齿轮等；铝青铜强度高、耐磨性和耐腐蚀性好，用于铸造高载荷的齿轮、船用螺旋桨等；磷青铜和铍青铜的弹性极限高，导电性好，适用于制造精密弹簧和电接触元件。
1.2.3白铜
白铜是以镍为主要添加元素的铜合金。同黄铜类似，铜镍二元合金为普通白铜；添加其他锰、铁、锌、铅等元素的白铜，称为复杂白铜。工业用白铜分为结构白铜和电工白铜两大类。结构白铜的特点是耐腐蚀性好、色泽美观，广泛用于制造精密仪器、化工机械和船舶构件；电工白铜有良好的热电性能。
目前，紫铜和白铜一般用于工业领域，青铜用在建筑雕塑方面，而黄铜具有较高的性价比，常被用于建筑领域。由表01可知，黄铜各项指标表现均衡以及优良的加工工艺性能，作为建筑表皮用于建筑外装饰面材，有一定的理论依据。
表01常用铜及铜合金性能汇总表
紫铜（纯铜）（T2）
锡青铜
（QSn6.5～0.1）
黄铜
（H62）
成分
铜99.9%+银
锡6.0～7.0%
锌+其他杂质0.1%
铜余量
铜60.5～63.5%
锌余量
密度
8.9
8.8
8.5
颜色
紫红色
青黄色
偏金黄色
抗拉强度
≥
≥
≥
维氏硬度
≤70
≤
≤95
伸长率
≥30
≥40
≥35
延展性
优
优良
良好
焊接性能
良好
优
优良
耐腐蚀性
优
优良
良好
切削性能
良好
优
优良
相对造价
贵
较贵
便宜
2黄铜板的加工方式
金属薄板的冷加工称之为钣金。钣金通常包括剪、切/冲/复合、折/卷、拼接、表面处理等工序。黄铜板作为金属薄板，加工工艺同其他金属板类似（如铝单板），主要包括板材加工和表面处理两个部分。
2.1板材加工
黄铜板的板材加工与铝单板的加工基本相同，主要包括整平、裁剪、滚弯、刨槽、折边、焊接、复合／加筋等工序。因材质差异，在裁剪、焊接和加筋功效上略有不同。
矩形板材的裁剪，黄铜板与铝单板相同，可以使用剪板机进行加工。对于异性板的裁剪，为了防止裁剪时高温导致铜板氧化及变形，黄铜板主要使用水射流切割机（俗称“水刀”），较少使用激光切割机。
黄铜板的加工过程中，特别是异形板，焊接经常被使用。铜板焊接既可以像铝单板一样，采取气体保护焊接，对于非受力小构件，也可以先采用气体保护焊电焊连接，然后再在非可视面采用锡焊接。
为了保证黄铜板的表面平整度，加筋在黄铜板加工中也经常应用。黄铜板加筋多使用钢型材或铝型材做筋材，使用铜栓钉固定。
总的来说，黄铜板的加工同铝单板的加工基本相同。只是由于材质的差异，在加工设备和材料的使用上略有不同。
2.2表面处理
铜本身具有防腐蚀性。在自然条件下，表面因腐蚀产生氧化层，俗称“铜绿”，对铜可以起到一定的保护作用，减缓腐蚀速度。这也是古人使用铜的主要原因之一。为了追求更好的装饰效果，人们发明许多表面处理做法，如：铜鎏金、贴金箔、镀金、高温热氧化、錾刻、蚀刻和氟碳喷涂等。
铜鎏金为古代传统的处理工艺。因使用汞，对环境和人体造成危害，已逐渐被禁止使用；贴金箔和镀金工艺，由于造价过高，且对铜板的版幅有一定的限制，不适合在外立面使用；高温热氧化是目前国际上最前沿技术含量最高的着色技术。由于是在高温下形成的颜色，颜色持久性非常好，但这种技术在外墙上的应用还需要进一步的证明。当前，錾刻、蚀刻和氟碳喷涂是应用较为广泛和成熟的表面处理技术。
2.2.1铜板錾刻工艺
铜錾刻工艺是我国流传甚早的传统手工技艺。始源于夏商，兴盛于大唐，距今已有近年历史。铜錾刻亦称铜雕刻、镌刻、镂刻。系指用錾刀在铜质器物表面刻划，是器物成型后的进一步加工技术。
铜錾工艺是充分利用铜金属材料的有机延展性兴起来的錾刻工艺，是我国一种传统手工艺的展现和结晶，距今有几千年的历史。錾刻工艺的操作是在设计好的器行图案上，按照一定的工艺流程，以匠人特制的工具技法，在金属铜板上加工出千变万化的雕刻作品来。其主要使用捶揲技法。现代铜錾工艺主要使用锤子、錾子和垫子三种手工工具，锤子和錾子的灵活配合运用则又是整个铜錾工艺的关键。
錾子（又称錾刀）是用高质量的钢坯材料，用砂轮和锉刀多次加工成形。锋利的錾刀刻出的纹样细腻精美，而厚口的錾刀刻出的纹样圆润粗犷；锤子是为了敲打錾刀行走在铜板上刻划出所需的图案线条；垫子（胶垫）是錾刻作品的底座，錾刻的铜板作品被反复敲打成各种形态后，其反面的不平凹陷就需要一种柔软的胶质材料填平垫实，这就是垫子，是必不可缺的铜錾工具之一。
铜錾刻工艺工序较为繁琐。因为铜材特性柔软，延展性强，在錾刻过程中材质会变硬，需进行退火处理。每块铜板都几乎经过若干次的锻打、錾刻、淬烧再锻打、錾刻、淬烧的反复过程，才能达到预期效果。
现代铜錾工艺八十年代以来得到空前的发展，铜饰产品因其特有的新颖华贵，古朴典雅以及几千年来深厚铜文化的积淀而大行其道。铜板錾刻最初在室内装饰中被采用，近年来在一些高档建筑外立面也被广泛应用。
2.2.2铜板蚀刻工艺
蚀刻是将材料使用化学反应作用而移除的技术。铜板蚀刻最早是被应用在电子工业的电路板的印刷上，近几年才开始应用在建筑的装饰上。建筑用铜板蚀刻分为花纹蚀刻和整版蚀刻两类。
2.2.2.1花纹蚀刻
蚀刻技术可以分为干式蚀刻和湿式蚀刻两类。干式蚀刻是将特定气体置于低压状态下施以电压，将其激发成电浆，对铜板加以化学性蚀刻，达到去除膜层的一种蚀刻方式。湿式蚀刻是利用特定的溶液与铜板进行的化学反应来去除铜板未被覆盖的部分的一种蚀刻方式。湿式蚀刻技术因采用化学腐蚀的方式，是非定向性的；干式蚀刻技术采用的干式蚀刻机操作，是定向性的，所以对于花纹宽度小于3mm的，精细度要求较高的花纹蚀刻一般采用干式蚀刻。
根据花纹形成方式不同，蚀刻工艺流程可以分为曝光法和网印法（贴膜法）两大类。曝光法的工艺流程为：材料前处理→烘干→涂膜→烘烤→曝光→显影→烘干→蚀刻→脱膜→检查包装；网印法的工艺流程为：材料前处理→烘干→丝网印／贴膜／打印→蚀刻→脱膜→检查包装。一般根据花纹的精细程度选择不同的工艺，曝光法适合花纹精细，版幅较小的铜板，网印法适合花纹精细度要求不高的铜板。
2.2.2.2整版蚀刻
整版蚀刻俗称“做旧”，即利用酸、碱或金属盐溶液与铜板进行化学反应，使铜板表面形成所需要颜色的工艺。铜板做旧的工艺流程为：铜板表面打磨→清洗→烘干→蚀刻→手工打磨纹路→清洗→烘干→表面喷涂→烘烤。
铜板表面打磨主要是为了除去表面油渍、氧化层和污渍；蚀刻颜色的深浅主要取决于蚀刻溶液原料、溶液浓度和蚀刻时间的长短，这需要操作工人根据个人经验进行判断；因为蚀刻后的颜色涂层质地较软，在运输和安装过程中易被划伤，且划伤后无法修复，因此在蚀刻后，还需要在铜板表层喷涂丙烯酸酯或氟碳树脂进行保护。
2.2.3铜板氟碳喷涂工艺
氟碳涂料是以聚偏二氟乙烯树脂为基料的涂料，化学结构中以氟／碳化学键结合，这种短健性质的结构决定了氟碳涂料具有优异的性能，如抗褪色性、抗紫外线能力、抗大气污染的腐蚀性等。因其与铁、铝、铜等金属基材具有牢固的附着力，是金属外墙最常用的表面处理材料。
氟碳喷涂工艺流程主要包括前处理流程和喷涂流程。铜板喷涂前的处理流程与铝板略有不同，大致分为两步：抛光和水洗。铜遇酸或碱会产生颜色较深的铜化物，影响铜板的表面光泽。所以铜板喷涂前不会采用酸和碱进行表面的清洁处理，而是采用打磨抛光的处理方法。铜板的喷涂流程与铝板类似，分为底漆、面漆、罩光漆和烘烤等环节。氟碳喷涂工艺是目前铜板表面处理最为常用的做法。
铜板的板材加工同其他金属板基本类似；在表面处理上，为了追求更高的装饰效果，铜板的表面处理方法较其他金属板材更多样。在铜板的表面处理过程中，采用单一的处理方式情况较少，更多的时候是采用多种处理方式联合完成。比如雕花的铜板，需要先进行錾刻、然后蚀刻做旧，最后再进行氟碳喷涂保护，需要三种表面处理方式才能完成。
3铜板在建筑外装饰的应用
随着人们对建筑外立面的效果要求越来越高，铜板因其独特的光泽被越来越多的应用到建筑外立面上。铜板因造价较高，在建筑外装饰上的应用主要在屋面，立面及雨蓬等位置也有少量应用
3.1铜板屋面的应用
金属屋面是由金属面板与支承体系组成，不分担主体结构所受作用且与水平方向夹角小于75的建筑围护结构。铜板屋面属于金属屋面的一种。根据金属板连接和固定方式不同，常用的金属屋面系统为：直立锁边系统、内锁扣系统和平锁扣系统。
直立锁边系统是金属板通过机械加工形成公母扣，
然后通过机械咬合或手工咬合成型，使不同的金属板块被连接，并通过隐藏在内部的扣件将金属板与基层固定。
内锁扣系统是金属板通过隐藏的扣件和螺丝安装于基层结构上，形成连续纯净的平直线条。
平锁扣系统是金属板四边采用简单的折边互相咬合，使用隐藏的扣件或螺钉安装。平锁扣系统分为浮雕式和嵌入式两种加工形式。金属板形状可以加工成矩形、棱形、扇形等。
直立锁边系统和内锁扣系统适用于造型简单、面积较大的大型体育场馆和展馆等。平锁扣系统使用于造型复杂，面积较小的屋面，层次感较强、视觉效果突出。铜板屋面因需要突出建筑物特点，在使用中多采用平锁扣系统。
3.2立面及雨蓬的应用
铜板在立面上的使用与其他金属板幕墙做法类似，可以使用螺钉固定式，也可以使用小单元式的挂接方式。缝隙处理可以打胶密闭处理，也可以采用开缝方式。
铜板在雨篷上的应用与常规的金属板做法不同。常规的金属板做法是直接将金属板通过螺钉固定在结构龙骨上，打胶密封处理或密缝处理。因考虑到外观效果及造型的要求，铜板多采用粘接方式固定于基层钢板或蜂窝板上，钢板通过螺钉固定在龙骨上。铜板之间密缝拼接，无胶缝。
铜板在建筑外立面的使用，与其他材料既有相同之处，也有因材料差别或外观需要不同，构造节点也不同。在使用过程中要考虑到铜板的特性，选择科学的、合理的结构做法。
4铜板在施工过程中的监理要点
铜板材料相较于其他常用的外墙金属板材，因其材质和做法具有特殊性，在施工过程中，应根据其特点和难重点加强质量控制。
4.1铜板色差的控制
为了追求更好的装饰效果，铜板在使用前多需要进行表面处理。铜板的颜色受溶液浓度、浸泡时间、打磨手法影响较大，色差控制问题尤为重要。在铜板加工完成后，应根据使用部位不同，进行排版检查，保证每个平面的色差尽量统一协调。
4.2安装精度的检查
铜板多为装饰板材，造型通常复杂、异形较多。对加工和安装的精度要求较高。为了保证外观效果和精度，通常做法为；现场符合尺寸后，工厂先加工半成品，不进行表面处理，运到现场进行试装，试装发现问题后返厂改进，然后再试装，直到解决所有问题才可以进行表面处理正式安装。
4.3防水性能的保证
铜板屋面的金属铜板采用的平锁扣系统，能够防止大量的雨水，少量的雨水还是会通过铜板。为了保证屋面的防水性能，铜板下层的防水层是关键。通常做法是在龙骨上固定镀锌铁板，在铁板上粘贴防水材料。防水材料多为防水雨布、防水卷材。在防水层施工完成后，要进行淋水试验。试验合格后，在进行铜板的安装。并在安装过程中，对防水层进行保护，防止划伤。在铜板屋面施工全部完成后，还应再次进行淋水试验，确保屋面的防水性能。
4.4粘接牢固保证
雨篷吊顶板及装饰板的一些线条常采用结构胶粘接的方式固定。在方案审核时应尽量避免采用粘接方式，若必须采用，应在粘接时，应保证粘接面的洁净、结构胶的饱满度和临时固定牢固。
铜板材料在建筑外墙及屋面较少使用，经验相对较少。在施工的整个过程中，应严格按照设计和规范的要求进行监理，确保施工质量符合要求。
5结束语
由于铜成本较高，作为外装饰板应用的时间较短，工程实例较少，我们对其加工、安装的经验也较匮乏；特别是铜板做旧技术落后、过程中产生污染物的问题，氟碳漆与铜板的附着力问题以及硅酮耐候胶与铜板的相容性问题等，都急需我们研究解决。为了铜板能够在外装饰上的成熟应用，我们还有很多工作需要做，还有很长的路要走。
参考文献：
1、陈俊金属铜在文化建筑外立面上的应用建筑幕墙创新与发展
2、彭铁松李云龙苏青青张洋平锁扣金属板巧应用：北京民生美术馆建筑幕墙
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