铜及铜合金的发展与应用
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高强高导铜合金关键制备加工技术开发及应用概述高强高导铜合金是一种具有优异材料性能的工程材料,具有高强度和高导热性能的特点,因此在许多领域都有重要的应用。
本文将全面探讨高强高导铜合金的关键制备加工技术开发及应用,包括原材料选择、合金熔铸、加热处理、热压变形等方面。
原材料选择1.纯铜选择:选择高纯度的铜作为基础材料,以确保合金的纯度和性能。
2.添加元素选择:添加适量的合金元素,如锡、镍、锌等,以提高合金的强度和导热性能。
合金熔铸1.原料预处理:对选定的原材料进行预处理,包括熔炼、除杂和精炼等过程。
2.熔炼方式选择:采用电磁感应熔炼、真空熔炼或氩气保护熔炼等方法,确保合金熔池的纯净度和均匀性。
3.浇注方式选取:采用等静压浇注或连续铸造等方式,以获得高质量的合金坯料。
加热处理1.固溶处理:将铜合金加热至适当温度进行固溶处理,以使各元素均匀溶解。
2.冷却方式选择:选用适当的冷却方式,如水淬、油淬等,以控制合金的晶粒尺寸和组织结构。
热压变形1.热压设备选择:选择适当的热压设备,如热压机或热轧机等。
2.热压工艺参数优化:通过调整温度、应变速率等参数,优化热压工艺,以获得理想的力学性能和导热性能。
3.热处理工艺选择:对热压后的合金进行适当热处理,以进一步提高材料性能。
应用领域高强高导铜合金具有优异的性能,广泛应用于以下领域: 1. 电力领域:用于制造电线电缆、电机和变压器等电力设备,提高能源传输效率。
2. 电子领域:用于制造半导体器件、散热器和导热模块等,提高电子设备的性能和稳定性。
3. 汽车领域:用于制造汽车发动机部件、散热器和制动器等,提高汽车的性能和可靠性。
结论高强高导铜合金的关键制备加工技术开发及应用对于提高材料性能和推动相关领域的发展具有重要意义。
通过合理选择原材料、优化合金熔铸过程、控制加热处理条件和热压变形工艺,可以获得具有高强度和高导热性能的铜合金材料。
这些材料在电力、电子和汽车领域等多个领域都有广泛的应用前景,将为相关行业的发展做出积极贡献。
高铁用铜及铜合金材料
高铁用铜及铜合金材料是高铁电网的常见材料之一,其中包括黄铜、青铜、铜镍等多种金属,还有国际上常用的T2铜和T3铜。
这些铜合金材料具有良好的导电性能,但与高铁电网其他材料相比也存在一些缺点。
对于一般的电气化铁路,国内外广泛使用纯铜和铜合金接触线。
随着电气铁路运行向重载、准高速和高速发展,对接触线的要求也在不断提高。
不仅要求接触线具有良好的导电性,还需要具有高的力学强度,尤其是在受热后不易软化。
为了满足这些要求,国外高速铁路多采用银铜、锡铜、镁铜、镉铜、铬锆铜等高强高导电铜合金接触线,而我国的高速铁路用接触线尚是空白,需从国外进口。
此外,电阻焊电极材料也是高铁用铜及铜合金材料的重要应用之一。
电阻焊是将上、下两个电极压靠在被焊两块金属板的两侧,短时间内通过强大的电流在两块板之间产生很高的接触电阻热,使两块金属板进行高温焊合。
这种技术在汽车、家电、机械制造等焊接生产中占有相当重要的地位。
总之,高铁用铜及铜合金材料的应用范围广泛,对于高铁的运行和制造都起着重要的作用。
随着技术的发展和需求的提高,对高铁用铜及铜合金材料的要求也在不断提高,未来将会有更多新型的高性能铜合金材料出现。
铜合金的成分及其用途
铜合金是指铜与其他金属混合形成的合金,常见的铜合金包括黄铜、
红铜、铜锌合金等。
铜合金广泛应用于工业、建筑、装饰、医疗、电子、航空等领域。
铜合金的成分主要包括铜、锌、镍、锰、铁、铝、硅等元素,不同的
成分组合可以制成不同的铜合金,这使得铜合金具有丰富多彩的性能
和用途。
黄铜是指铜和锌的合金,其主要成分为铜70%~90%和锌10%~30%。
黄铜具有黄色外观、良好的加工性能、可靠的物理性能和化学性能,
广泛应用于建筑、制造、装饰等领域。
红铜是指铜和其他独立元素的
合金,其主要成分为铜99.5%~99.95%和镍、锡、锰、铁等多种元素,具有优异的导电性、导热性、防腐性和耐磨性,广泛应用于电子、航空、化工等领域。
铜锌合金是指铜、锌、镍等元素的合金,具有良好
的韧性、耐蚀性和可加工性,广泛应用于制造机械零件、汽车部件等
领域。
除此之外,铜合金还有许多其他的应用。
例如,铝青铜是一种铜铝合金,具有高强度、耐蚀、可加工性和优异的导电性能,广泛应用于船舶、汽车、航空等领域;铜钴合金具有耐高温、抗氧化、抗腐蚀的特
性,广泛应用于航空发动机、燃气涡轮机等领域。
总之,铜合金作为一种重要的合金材料,具有广泛的用途和应用前景。
随着科技的发展,铜合金的性能不断提高,其应用范围也将不断拓展。
桐及铜合金的特点与应用桐(tong)是指以铜为基础的合金材料,常见的有纯铜(Cu)和黄铜(Cu-Zn 合金)。
以下将详细介绍桐及铜合金的特点与应用。
1. 桐的特点:(1)导电性能优良:桐是一种良好的导电材料,其导电率大约为铁的2倍,是常用的电导材料之一。
(2)导热性良好:桐具有较高的导热率,可广泛应用于热传导领域,例如制作散热器、热交换器等。
(3)良好的可塑性:桐易于加工成各种形状,能够通过冷加工、热加工、压铸等工艺制作出各种复杂的零部件。
(4)机械性能稳定:桐及其合金具有良好的强度和韧性,能够适应各种工程需求。
(5)良好的耐腐蚀性:桐及其合金在一定条件下能够表现出优异的耐腐蚀性能,能够应用于耐腐蚀的环境中。
(6)良好的可加工性:桐易于加工,具有良好的铣削性、钻削性和切割性。
2. 桐的应用:(1)电子行业:由于桐的优秀的电导性能和导热性能,广泛应用于电子行业,例如制作电线、导线、连接器等电子元器件。
(2)建筑行业:桐及其合金在建筑冲压和铸造方面具有优异的性能,用于制造门窗、栏杆、护栏等建筑装饰材料。
(3)交通运输行业:桐及其合金用于制造船舶、航空器和汽车的零部件,如发动机零件、传动零件、制动系统等。
(4)矿业行业:桐及其合金在矿山行业中应用广泛,可用于制造矿机设备、矿井支架等。
(5)化工行业:桐及其合金因其优良的耐腐蚀性能,被广泛应用于化工设备制造,如化工泵、管道、阀门等。
(6)制表行业:桐及其合金用于制造钟表零部件,如钟表框架、表冠、表带等。
(7)餐饮业:由于桐材料无害于人体健康且具有较高的抗菌性能,可以应用于制作餐具,如餐具、餐具柜等。
综上所述,桐及其合金具有良好的导电性能、导热性能、可塑性、机械性能、耐腐蚀性和可加工性,广泛应用于电子行业、建筑行业、交通运输行业、矿业行业、化工行业、制表行业和餐饮业等领域。
铜的分类及应用铜是一种重要的金属材料,广泛应用于工业、建筑、电子、交通等领域。
根据其不同的用途和特性,可以将铜分为几种不同的分类,并了解其在各个领域的应用。
一、分类1. 精炼铜精炼铜是指经过精炼过程得到的高纯度铜,其纯度可以达到99.99%以上。
精炼铜具有良好的导电性和导热性,主要用于电气、电子和通信等领域。
2. 合金铜合金铜是指将铜与其他金属元素合金化而成的材料,如黄铜、青铜、铬铜合金等。
合金铜具有优良的机械性能和耐腐蚀性,广泛应用于机械、航空航天、海洋工程等领域。
3. 铜材铜材是指各种形状和规格的铜制品,包括板材、管材、线材、棒材等。
铜材具有良好的可加工性和耐腐蚀性,常用于建筑、家具、装饰等领域。
4. 废铜废铜是指由于生产和使用过程中产生的各种铜废料,如废旧电线、铜渣、废旧管道等。
废铜经过回收利用可以再生产铜制品,减少资源浪费和环境污染,是一种重要的再生资源。
二、应用1. 电气领域由于铜具有良好的导电性和导热性,因此在电气领域得到广泛应用。
精炼铜常用于制造导线、电缆、电磁线圈等电气设备,在输电、输配电和家用电器中起着重要作用。
2. 电子领域精炼铜也是电子产品中的重要材料,如手机、电脑、电视等电子设备的主要组成部分。
铜的良好导电性能可以提高电子设备的性能和稳定性,因此在电子领域有着重要的应用价值。
3. 交通领域铜材可用于制造汽车、船舶、火车和飞机等交通工具的零部件,如发动机、散热器、制动系统等。
铜合金也常用于制造传动装置和航空发动机中,其优良的耐磨性和耐腐蚀性能有助于提高交通工具的使用寿命和安全性。
4. 建筑领域铜材常用于建筑工程中的装饰和材料,如屋顶、立柱、门窗等。
铜的抗氧化性和美观性使其成为一种理想的建筑材料,被广泛应用于古建筑、现代建筑和城市景观中。
5. 化工领域铜合金在化工领域也有着广泛的应用,如制备化学反应器、换热器、蒸馏塔等设备。
铜合金具有优异的耐腐蚀性和抗氧化性能,能够在各种恶劣环境下稳定运行,是化工设备的重要材料之一。
铜合金以纯铜为基体加入一种或几种其他元素所构成的合金,纯铜又称紫铜。
主要用于制作发电机﹑母线﹑电缆管道﹑太阳能加热装置的平板集热器等导热器材。
常用的铜合金分为黄铜﹑青铜﹑白铜,黄铜以锌作主要添加元素的铜合金﹐具有美观的黄色﹐统称黄铜。
铜锌二元合金称普通黄铜或称简单黄铜。
三元以上的黄铜称特殊黄铜或称复杂黄铜。
含锌低於36%的黄铜合金由固溶体组成﹐具有良好的冷加工性能﹐如含锌30%的黄铜常用来制作弹壳﹐俗称弹壳黄铜。
应用:1.电气工业中的应用在电线电缆的输电过程中,由于电阻发热而白白浪费电能。
从节能和经济的角度考虑,目前世界上正在推广最佳电缆截面标准。
过去流行的标准,单纯地从降低一次安装投资的角度出发,为了尽量减小电缆截面,以在设计要求的额定电流下,不至出现危险过热,来确定电缆的最低允许尺寸。
按这种标准铺设的电缆,虽然安装费低了;但是在长期使用过程中,电阻能耗却比较大。
""最佳电缆截面""标准,则兼顾一次安装费用和电能消耗这两个因素,适当放大电缆尺寸,以达到节能和最佳综合经济效益的目的。
按照新的标准,电缆截面往往要比老标准加大一倍以上,可以获得50%左右的节能效果。
我国在过去一段时间内,由于钢供不应求,考虑到铝的比重只有铜的30%,在希望减轻重量的架空高压输电线路中曾采取以铝代铜的措施。
目前从环境保护考虑,空中输电线将转为铺设地下电缆。
在这种情况下,铝与铜相比,存在导电性差和电缆尺寸较大的缺点,而相形见绌。
同样的原回,以节能高效的铜绕组变压器,取代!日的铝绕组变压器,也是明智的选择。
近年来,随着我国人民生活水平提高,家电迅速普及,住宅用电负荷增长很快。
(l度=1千瓦•小时),10后年的1996年猛升到1131亿度,增加 3.2倍。
尽管如此,与发达国家相比仍有很大差距。
例如,1995年美国的人均用电量是我国的14.6倍,日本是我国的8.6倍。
我国居民用电量今后仍有很大发展。
高强高导铜合金关键制备加工技术开发及应用高强高导铜合金是一种具有优异导电性和机械性能的材料,广泛应用于电子、通信、航空航天等领域。
本文将介绍高强高导铜合金的制备加工技术开发及应用。
一、高强高导铜合金制备技术1. 熔炼法:采用真空感应熔炼或真空气氛下熔炼的方式,通过调整合金成分和热处理工艺,可以得到不同性能的高强高导铜合金。
2. 粉末冶金法:将粉末混合后压制成坯料,再进行烧结或热加工处理。
该方法可以获得均匀的微观结构和优异的力学性能。
3. 复合材料法:将高强度纤维与铜基体复合,可以获得具有较高强度和导电性能的复合材料。
二、高强高导铜合金加工技术1. 冷加工:包括拉伸、挤压、冷拔等方法。
这些方法可以获得较好的力学性能和表面质量,并且适用于大批量生产。
2. 热加工:包括锻造、轧制、热挤压等方法。
这些方法可以获得更高的力学性能和更细致的组织结构,但成本较高。
3. 焊接:包括电弧焊、激光焊、等离子焊等方法。
这些方法可以实现高效率的生产,并且可以获得良好的焊接质量和力学性能。
三、高强高导铜合金应用1. 电子领域:高强高导铜合金可以用于制造PCB板、集成电路芯片等电子元器件,具有优异的导电性能和可靠性。
2. 通信领域:高强高导铜合金可以用于制造通信线缆、天线等设备,具有良好的传输性能和抗干扰能力。
3. 航空航天领域:高强高导铜合金可以用于制造飞机发动机零件、卫星设备等部件,具有较好的耐腐蚀性和耐磨损性。
4. 其他领域:高强高导铜合金还可以应用于新能源汽车电池连接器、医疗设备等领域,具有广泛的应用前景。
总之,随着高科技产业的发展,高强高导铜合金将会得到越来越广泛的应用。
未来,我们可以期待更多的创新和进步,为人类创造更加美好的明天。
铜的用途是人类应用最古老的金属之一,椐考古证明早在一万年前,西亚人已用铜制作装饰品之类的物件。
考古还发现,早在公元前约3000年,用铜和锡制成的青铜合金,使人类进入了青铜时代。
铜可锻、耐蚀、有韧性,而且是电和热的优良导体;铜和其它金属如锌、铝、锡、镍等形成的合金,具有新的特性,有许多特殊用途。
今天铜已经广泛的应用于家庭、工业、高技术等场合。
铜还是所有金属中最易再生的金属之一,目前,再生铜约占世界铜总供应量的40%。
在各种家庭设备和器具中,为了导电导热,都要用铜,在通讯、水和气输送、屋顶建造中也要用铜。
铜还可作为保护植物和农作物的杀菌剂。
铜的合金,如青铜,可用于艺术品如铸像的铸造。
铜广泛用于电气系统,它的强度、延展性和耐蚀性使它成为建筑物电路的优良导体,它也用作高、中、低电压的动力电缆,还是制造电动机和变压器的材料。
国际铜研究组指出,在部分通讯系统中,光导纤维虽已取代铜,但在“最后1英里”或区段,铜仍是优先选用的材料。
在个人计算机和硬件中,广泛使用铜接线电缆。
在屋顶建造中,为了抵抗极端气候,用铜是值得的。
暴露于这种气候环境中的铜,表面形成铜绿(碱式碳酸铜),这是铜的这种应用的特点。
铜和黄铜广泛用于自来水管道系统,使该系统提高抗细菌能力。
运输设备的主要用铜,例如船舶、汽车和飞机。
船身用铜镍合金可防止生物污垢的形成,减低阻力。
据国际铜研究组的数据,每辆汽车的平均含铜量为27.6kg,每架波音747飞机的含铜量为4000kg。
铜的导热性,强度和耐蚀性使它能用作汽车散热器。
在机械制造中,铜合金用于制造齿轮、轴承和涡轮机叶片。
在其他方面,铜可用于压力容器和大槽。
铜合金能抗盐的腐蚀,因而用于海运业是有利的,包括海岸装备、海滨发电站和脱盐设备。
铜也存在于人体内及动物和植物中,对保持人的身体健康是不可缺少的。
纯铜是一种红色,光亮有金属光泽的金属,可延展,柔软性好,密度较大,是热和电的良导体,其导电性仅次于银(Ag),居金属中的第二位。
铜及铜合金的发展与应用摘要:本文叙述了铜加工工业概况、铜材品种和质量现状及铜加工工艺与装备现状。
同时, 阐述了高强高导铜合金的发展方向及应用前景。
高强高导铜合金是一类很有应用潜力的功能材料, 近年来研究和开发应用高强高导铜基合金取得了显著成效,本文阐释了开发和研究高强高导铜合金的及制备方法与强化原理。
关键词:技术;发展;高强高导;强化机理;制备方法正文:人类使用铜及其合金已有数千年历史。
古罗马时期铜的主要开采地是塞浦路斯,因此最初得名cyprium(意为塞浦路斯的金属),后来变为cuprum,这是英语:copper、法语:cuivre和德语:Kupfer的来源。
二价铜盐是常见的铜化合物,常呈蓝色或绿色,是蓝铜矿和绿松石等矿物颜色的来源,历史上曾广泛用作颜料。
铜质建筑结构受腐蚀后会产生铜绿(碱式碳酸铜)。
装饰艺术主要使用金属铜和含铜的颜料[1]。
铜是与人类关系非常密切的有色金属,被广泛地应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域,在中国有色金属材料的消费中仅次于铝。
铜是一种红色金属,同时也是一种绿色金属。
说它是绿色金属,主要是因为它熔点较低,容易再熔化、再冶炼,因而回收利用相当地便宜。
[2]。
纯铜是柔软的金属,表面刚切开时为红橙色带金属光泽、延展性好、导热性和导电性高,因此在电缆和电气、电子元件是最常用的材料,也可用作建筑材料,以及组成众多种合金。
铜合金机械性能优异,电阻率很低,其中最重要的数青铜和黄铜。
此外,铜也是耐用的金属,可以多次回收而无损其机械性能。
矿石的冶炼过程通常有两种方式:1.火法炼铜。
通过熔融冶炼和电解精火炼生产出阴极铜,也即电解铜,一般适于高品位的硫化铜矿。
火法冶炼一般是先将含铜百分之几或千分之几的原矿石,通过选矿提高到20~30%,作为铜精矿,在密闭鼓风炉、反射炉、电炉或闪速炉进行造锍熔炼,产出的熔锍(冰铜)接着送入转炉进行吹炼成粗铜,再在另一种反射炉内经过氧化精炼脱杂,或铸成阳极板进行电解,获得品位高达99.9%的电解铜。
该流程简短、适应性强,铜的回收率可达95%,但因矿石中的硫在造锍和吹炼两阶段作为二氧化硫废气排出,不易回收,易造成污染。
90年代出现如白银法、诺兰达法等熔池熔炼以及日本的三菱法等、火法冶炼逐渐向连续化、自动化发展。
2.湿法炼铜。
一船适于低品位的氧化铜,生产出的精铜称为电积铜。
现代湿法冶炼有硫酸化焙烧-浸出-电积,浸出-萃取-电积,细菌浸出等法,适于低品位复杂矿、氧化铜矿、含铜废矿石的堆浸、槽浸选用或就地浸出。
湿法冶炼技术正在逐步推广,预计本世纪末可达总产量的20%,湿法冶炼的推出使铜的冶炼成本大大降低。
铜合金(copper alloy )以纯铜为基体加入一种或几种其他元素所构成的合金。
主要用于制作发电机﹑母线﹑电缆﹑开关装置﹑变压器等电工器材和热交换器﹑管道﹑太阳能加热装置的平板集热器等导热器材。
铜的重要合金有以下几种:1.黄铜。
黄铜是铜与锌的合金,因色黄而得名。
黄铜的机械性能和耐磨性能都很好,可用于制造精密仪器、船舶的零件、枪炮的弹壳等。
黄铜敲起来声音好听,因此锣、钹、铃、号等乐器都是用黄铜制做的。
2.青铜。
铜与锡的合金叫青铜,因色青而得名。
在古代为常用合金(如中国的青铜时代)。
青铜一般具有较好的耐腐蚀性、耐磨性、铸造性和优良的机械性能。
用于制造精密轴承、高压轴承、船舶上抗海水腐蚀的机械零件以及各种板材、管材、棒材等。
青铜还有一个反常的特性——“热缩冷胀”,用来铸造塑像,冷却后膨胀,可以使眉目更清楚。
3.磷青铜。
铜与锡、磷的合金,坚硬,可制弹簧。
4.白铜。
白铜是铜与镍的合金,其色泽和银一样,银光闪闪,不易生銹。
常用于制造硬币、电器、仪表和装饰品。
[3]。
铜合金具有优异的物理性能:(1) 优异的物理、化学性能纯铜导电性、导热性极佳,铜合金的导电、导热性也很好。
铜及铜合金对大气和水的抗蚀能力很高。
铜是抗磁性物质。
(2) 良好的加工性能塑性很好,容易冷、热成形;铸造铜合金有很好的铸造性能。
(3) 具有某些特殊机械性能例如优良的减摩性和耐磨性(如青铜及部分黄铜),高的弹性极限和疲劳极限(如铍青铜等)。
(4) 色泽美观(紫铜)[4]。
近年来,中国铜加工材品种已发生了巨大的变化,在紧密结合市场和科学技术需求中,传统铜加工材已经逐步完成了向现代铜加工材的转变,其重要特点是向高精度、高性能、环保、节能方向发展,许多产品已成为国内外知名品牌,在国内外市场上享有盛誉;产品质量已稳步提高,产品标准水平已处国际先进行列,各主要铜材生产厂家除按国家标准生产外,还可以直接接受世界主要发达国家标准订货,这表明我国铜加工材生产进一步国际化;为了满足国民经济和科学技术对铜材的多方面需求,各铜加工企业还相应制定了许多内部供货技术标准[5]。
改革开放以来,我国铜加工工业重要的技术进步有:1.传统的三级式铜及合金生产方式正在被打破,生产工艺流程进一步缩短,为节能和提高生产效率提供了广阔的发展空间。
传统的、经典的铜加工分为合金熔炼与铸造、热加工、冷加工三段式,目前热加工工序正不断地被压缩和取代;卧式水平连续卷坯—高精冷轧铜带、上引连续管坯—拉伸、水平连续管坯—行星轧制—盘拉、水平连铸线坯—高精拉伸、上引连铸线坯—高精拉伸等方法,已被普通采用,并已成为空调管、内螺纹管、合金线材、锡青铜带材等热点产品的主要生产方法,对我国铜加工节能、降低产品成本、节省项目投资成本起到重要作用。
2.光亮铜线杆连铸连轧技术和机列是铜加工材连续化生产的最成功的范例,现已经成为线坯生产的主导方法,取代了线坯锭铸造横列式轧机热轧(黑杆)高能耗、高耗铜、低质量、污染环境的陈旧工艺和装备。
我国光亮铜杆生产技术包括有:轮式连铸、履带式连铸、上引连铸等多种;合金熔炼包括有感应熔炼、竖炉熔炼、真空熔炼等,以满足不同生产的需求。
3.高精板带材带式生产法迅速取代了块式生产法,为提高产品质量、生产效率、改善环境打开了广阔的空间。
这两种方法的根本区别在于板带材生产中被加工的工件是带卷还是板块,高精板带卷式生产法典型的工艺流程是:大铸锭热轧获得卷坯(或卧式连铸卷坯)—卷坯双面高精铣屑—高精冷中轧—保护性罩式炉退火—高精度成品轧制—展开式保护气体退火—高精度成品轧制—展开式保护气体退火—板材横剪、带材纵剪;带式法取代块式法,对高精板带来说是一种革命化的变革,实现了铜板带生产的自动化、现代化,达到了生产高级、节能、节材、高质量等目的,特别是卷坯的表面铣屑和保护性气体退火不但提高了产品质量,而且使长期存在的以消除氧化铜为目的酸洗工序得以根除,从而大大地改善了环境。
4.管材卷式生产法已成为我国管材生产的代表性先进技术,其中空调器用盘管和高效散热内螺纹铜管生产技术已走在世界前列,我国铜盘管生产技术的特点是管坯生产方式的多样化,主要方式有三种:大锭热挤压—高速轧管法、水平连铸—行星轧制法、上铸法(又称上引方法);这三种方法已经完全产业化,适应不同的投资和生产规模,推动了铜管生产的技术进步。
5.铜加工材生产过程中重要工艺参数和产品质量的在线检查技术发展迅速,使铜加工材的尺寸精度、表面和内在质量水平进一步提高,生产过程自动控制成为现代铜加工生产的重要标志[6]。
研制、开发高强度、高导电铜基导电材料一直是铜合金研究的热点之一。
目前获得高强高导铜合金的途径有两种:一是引入合金元素强化铜基体形成合金;二是引入第二强化相形成复合材料。
a.合金化法。
合金化法是在铜中添加合金元素,溶质原子溶入晶格后会引起晶格点阵畸变,造成应力场,从而使强度提高。
传统的合金化法主要通过固溶强化和析出强化等手段来强化铜基体。
b.复合材料法。
导电理论指出,铜基体中的第二相引起铜原子点阵畸变对电子的散射作用比固溶在铜基体中的原子引起的散射作用弱得多,所以复合强化不会明显降低铜基体的导电性,而且由于增强相的作用还改善了基体的室温性能和高温性能,利用材料复合化方法所制备的Cu-Ta,Cu-Nd等复合材料强度大于1400MPa,导电率达90%IACS以上,已经在大型脉冲磁场发生系统线圈中得到应用。
根据强化相引入方式的不同可以分为人工复合法和原位复合法[7]。
I 人工复合法人工复合法是指人为地向铜中加入第二相的颗粒、晶须或纤维对铜基体进行强化,或依靠强化相本身的强度来增大材料强度的方法。
有代表性的如氧化物弥散强化法、机械合金化法以及碳纤维复合法等。
氧化物弥散强化铜是通过向基体中引入均匀分布的、细小的、具有良好热稳定性的氧化物颗粒来强化铜而制得的材料。
弥散强化铜合金性能的提高取决于均匀弥散在铜基体中的增强相颗粒种类、粒度、形态和分布,弥散的质量在很大程度上取决于制备工艺。
内氧化法是目前制取弥散强化铜的最有效的方法,已进入工业规模的生产阶段,但内氧化法工艺复杂,关键是要控制好氧气分压,反应中所需的氧含量难以控制,生产成本高;碳热还原孔隙率较高且成分不均匀;复合铸造法制备出的复合材料性能低;喷射沉积过程难以控制等。
机械合金化是弥散强化高强高导铜合金理想的制备方法,用MA 工艺制备出的ODS铜合金,其电导率与内氧化ODS铜合金相当,但强度可提高100-200MPa。
近年来应用机械合金化法已成功研制出一些高强高导铜合金,如Cu-Al2O3,Cu-TiC等。
纤维增强铜基复合材料目前已应用于开发高强高导铜合金。
碳纤维增强铜基复合材料以其优良的导电、导热、抗磨损性能和低热膨胀系数而受到人们的重视。
日本开发的Cu-10%~16%Ag 合金通过塑性变形和适当热处理后形成纤维增强复合材料,抗拉强度可达1000MPa,电导率达80%IACS[8]。
II原位复合法原位复合法是向铜中加入一定量合金元素,通过一定工艺,使铜内部原位生成增强相,而不是加工前就存在增强体与基体铜两种材料。
原位复合法包括:塑性变形复合法、原位反应复合法和原位生长复合法。
塑性变形复合法是指向铜中加入适量合金元素(如Cr,Fe,Ta,Nb 等),制成两相复合体,过量的元素以单质形式呈枝晶状结构存在于凝固态合金中。
然后再进行大量拉伸变形,使合金元素由枝晶状结构转变为纤维结构,从而生成纤维增强型铜基复合材料。
通过这种方法制备的Cu-Co-Si,Cu-Cr-P合金可达到较高的强度。
[9]。
原位反应复合法指在铜基体中,通过元素之间或元素与化合物之间发生放热反应生成增强体的复合法。
哈尔滨工业大学研制的新工艺“ 直接接触反应法”即属此类。
原位反应复合法的优点是增强体无界面污染,与基体界面具有良好的相容性。
原位生长复合法是利用共晶合金的定向凝固,在基体中形成定向有规则排列的增强纤维,从而使材料得到强化的方法,这是近年来发展起来的新方法。
随着电子电气工业的快速发展,对铜合金的高强度和高导电性能提出了更高要求,因此强化法必不可少。