Nu när vi har avslutat klassificeringen av kopparlegeringar, låt oss prata om utvecklingstrenden för kopparlegeringar:
1. Hög rening: Huvudsyftet med hög rening är att förbättra materialets elektriska och termiska ledningsförmåga så mycket som möjligt. Kopparhalten i industriell koppar sträcker sig från 99,90% till 99,95% och sedan till 99,99% (4N) eller ännu högre, såsom ultraren koppar som innehåller 99,9999% (6N), och kraven på föroreningshalt är också strängare. Till exempel minskas syrehalten (O) från 0.01%~0.{{20}}5% till 0,001%~0,006% och slutligen till 0,0002%~0,0003%. Minimera påverkan av föroreningar på elektrisk och värmeledningsförmåga. Typiska applikationer inkluderar högren koppar för anslutningsledningar för nätverksöverföring, syrefri koppar med hög renhet för elektriska vakuumanordningar, enkristallkoppar och ultraren koppar för precisionsstyrning och högfientlig signalöverföring och supraledare, etc.
Jämfört med polykristallin koppar minskas draghållfastheten hos enkristallkoppar med 24,71%, töjningen ökas med 2,39 gånger, tvärsnittskrympningen ökas med 4,14 gånger, resistiviteten minskas med 31,7%, mindre än 1,72×{ {11}}Ω·m, syrehalten är mindre än 5×10-6, vätehalten är mindre än 0...5×10-6 och densiteten är större än 8,92t/m3.
Den andra sidan av utvecklingen av kopparlegeringsmaterial mot hög rening är att kopparlegeringsmatrisen måste vara högrenad i mikrolegerade kopparlegeringar för att säkerställa att materialet har högre heltäckande prestanda.
2. Mikrolegering: Syftet med mikrolegering är att offra minsta möjliga elektriska och termiska ledningsförmåga i utbyte mot andra egenskaper, såsom en betydande ökning av styrkan. Till exempel, tillsats av cirka 0,1 % järn (Fe), magnesium (Mg), tellur (Te), kisel (Si), silver (Ag), titan (Ti), krom (Cr) eller zirkonium (Zr), sällsynta jordartsmetaller, etc. kan förbättra dess styrka, hårdhet, mjukningstemperatur eller bearbetbarhet. Mikrolegerad koppar är ett av de heta ämnena i den nuvarande utvecklingen av kopparlegeringsmaterial. Syreseg koppar och höghållfasta och högkonduktiva kopparlegeringar är de huvudsakliga mikrolegerade kopparna.
Konceptet med syrebaserad koppar är att i förhållande till syrefri koppar är dess kopparhalt över 99,9 0%, vilket motsvarar vanlig ren koppar, men dess syrehalt kontrolleras vid 0. 005% ~ 0,02%, och konduktiviteten kan vara över 100% IACS. Detta beror på att rätt mängd syre spelar en viss oxidations- och kemisk roll på föroreningselementen mellan kristallerna, vilket renar matrisen till viss del. Den största egenskapen hos syrebaserad kopparproduktion är den låga kostnaden för dess råvaror. Lågvärdigt kopparavfallsmaterial används för att producera syrebaserade kopparmaterial med hög elektrisk och termisk ledningsförmåga.
Höghållfasta och högkonduktiva kopparlegeringar har gynnats av materialvetenskaps- och teknikarbetare runt om i världen på grund av deras goda omfattande prestanda. De är den snabbast växande typen av kopparlegeringar på senare år. De grundämnen som tillförs genom mikrolegering är huvudsakligen: P, Fe, Cr, Zr, Ni, Si, Ag, Sn, Al, etc. De representativa legeringssystemen är huvudsakligen Cu-P, Cu-Fe-P-system, Cu-Ni-Si system, Cu-Cr, Cu-Cr-Zr-system, Cu-Ag, Cu-Ag–Cr, Cu-Ag-Zr-system, Cu-Sn-system, etc. samt olika system av sällsynta jordartsmetaller. Summan av innehållet i andra komponenter i legeringen kan vara minst 0.01%~0,1%, och det maximala är i allmänhet inte mer än 3%. Deras gemensamma drag är att materialet har hög hållfasthet och hög ledningsförmåga.
3. Komplex legering med flera element: För att ytterligare förbättra hållfastheten, korrosionsbeständigheten, slitstyrkan och andra egenskaper hos koppar och dess legeringar, eller för att uppfylla vissa speciella tillämpningskrav, är flera komponenter såsom femelement och sexelement läggs till befintlig brons och mässing för att uppnå olika funktioner såsom hög elasticitet, hög slitstyrka, hög korrosionsbeständighet och enkel skärning. Legering med flera element (fyra eller fler komponenter) har blivit ett annat hett ämne i utvecklingen av kopparlegeringar, och nya komplexa legeringar dyker upp i en oändlig ström. Typiska legeringar inkluderar multi-element mangan mässing, kisel-mangan mässing, bor-tenn mässing, blyfria friskärande koppar legeringar, etc. Deras gemensamma egenskaper är hög hållfasthet och seghet, och draghållfastheten kan i allmänhet nå 6{{24 }}0~70{{30}}MPa eller mer. Till exempel, den nya manganmässingen HMn59-2-1-0.5 (Cu: 58%~59%, Mn: 1.8%~2.2%, Al: 1.4%~1.7%, Fe: 0.36% ~0.65 %, Si: 0.6%~0.9%, Sn: 0.1%~0.4%, Pb: 0.3%~0.6%, Zn rest) har en kontrollrörstyrka på över 6{{60}}0MPa, en förlängning på över 2{{70}}% och en hårdhet HB på över 180. Aluminium mässing HAl64-5-4-2 (Cu: 63.5%~65.5%, Al: 4.5%~6.0%, Mn: 3.0%~5.0%, Fe: 2.0%~ 3,0%, Pb: 0,2%~1,0%, Zn rest), dess hållfasthet når mer än 750MPa, hårdhet HB överstiger 220. Ny aluminiumbrons QAl9-5-1-1 (Cu: återstod, Al: 8,0%~10,0%, Ni : 4,0%~6,0%, Mn: 0,5%~1,5%, Fe: 0,5%~1,5%), dess hållfasthet är 650MPa, sträckgränsen når 400MPa, töjningen når mer än 14%. Dessa material används för att tillverka synkroniseringsväxlar för bilar, friktionspar för högtryckspumpar eller elektrodkopparkilar, och deras livslängd är en till flera gånger längre än för vanlig mässing eller brons.
Under de senaste åren, med förbättringen av människors miljömedvetenhet, har miljöskydd blivit temat för utvecklingen av världscivilisationen. Människor är mer oroade över påverkan av skadliga ämnen som bly, beryllium, kadmium och arsenik. Utvecklingen av miljövänliga kopparlegeringsmaterial som blyfri friskärande mässing, berylliumfri högelastisk kopparlegering och arsenikfri korrosionsbeständig kopparlegering har blivit en av de viktiga utvecklingsriktningarna för kopparlegeringsmaterial.
4. Kompositmaterial: Det finns två huvudsakliga sätt att tillverka kopparlegeringsmaterial: ett är att införa legeringselement för att stärka kopparmatrisen för att bilda en legering; den andra är att införa en andra förstärkningsfas för att bilda ett kompositmaterial. Till exempel är dispersionsförstärkt syrefri koppar ett typiskt konstgjort kompositmaterial, och vanliga dispergerade partiklar inkluderar Al2O3, ZrO2, Y2O3, ThO2, etc. Metoden med konstgjorda kompositmaterial hänvisar till att konstgjord tillsats av andrafaspartiklar, whiskers eller fibrer till koppar för att stärka kopparmatrisen, och införa likformigt fördelade, fina och termiskt stabila oxidpartiklar i kopparmatrisen för att stärka kopparn för att erhålla ett material. Den andra fasens komponent är i allmänhet under 1 % eller till och med lägre till 0.01 %, men den förstärkande effekten på materialet är mycket uppenbar, särskilt avsevärt förbättrar materialets högtemperaturhållfasthet. Till exempel Cu-2.5%TiB2 (volymfraktion), konduktiviteten är 76%LACS och draghållfastheten är 675MPa; Cu-0,5%Al2O3 (massfraktion) serielegeringar, växthushållfastheten hos materialet kan nå 500~800MPa, konduktiviteten kan nå mer än 85%LACS och hållfastheten hos materialet efter vätebränning vid 900 grad når fortfarande 200~400MPa.
En annan typ av snabbt utvecklande är in-situ kompositmaterial (autogena kompositmaterial). In-situ kompositmaterial avser en typ av kompositmaterial där förstärkningar genereras i kopparmatrisen genom exoterma reaktioner mellan grundämnen eller mellan grundämnen och föreningar. Förstärkningarna i denna typ av kompositmaterial har ingen gränssnittskontamination och har god gränssnittskompatibilitet med matrisen. Jämfört med traditionella konstgjorda externa förstärkningskompositmaterial är deras styrka avsevärt förbättrad, samtidigt som god seghet och god prestanda vid hög temperatur bibehålls. Till exempel har Cu-20%Nb (volymfraktion) kompositmaterial extremt hög draghållfasthet, nära 2000Pa; Cu-18% (massfraktion) har en konduktivitet på 66,6% LACS och en draghållfasthet på 1450 MPa. Andra kompositmaterial som Cu-Fe och Cu-Ta har också hög hållfasthet vid rumstemperatur och hög temperaturhållfasthet, och hållfastheten hos materialen kan i allmänhet nå 800 ~ 1500 MPa.
