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  • 科學研究  

                 研究進展
    “高強高導銅合金關鍵制備加工技術開發及應用”喜獲國家科學技術進步獎二等獎
    發布時間:2018-04-19    瀏覽次數:6416

    2017年8月召開的2017年度國家科學技術獎勵大會上,由我室及河南科技大學、中鋁洛陽銅業有限公司等6家單位共同完成“高強高導銅合金關鍵制備加工技術開發及應用”項目,喜獲國家科學技術進步獎二等獎。

    中國有色金屬工業協會統計,2015 年我國銅加工產量達 1500 余萬噸,占全球銅加工產量的 53%。然而,我國航空航天、高速鐵路、超/特高壓輸變電工程、大規模集成電路等領域用高性能銅合金長期依賴進口,上述領域用銅合金服役條件苛刻,安全可靠性要求極高,因而銅合金必須具有優良的導電、導熱、強度、硬度等高強高導性能,以及抗應力松弛、抗軟化、超高強等特殊性能。因此,自主研發滿足上述領域需求的高強高導銅合金日趨迫切。

    實現高強高導銅合金性能匹配面臨以下挑戰:力學性能與傳導性能存在此增彼減的矛盾,特殊性能的挖掘要同時兼顧高強高導性能。在銅基體中引入強化相是獲得高強高導銅合金的有效手段,強化相的特性和分布特征決定了銅合金的主要性能。如何引入特定的強化相并控制其分布,實現銅合金高強、高導、特殊性能的匹配是本項目擬解決的關鍵技術難題。

    項目組以國家重大戰略需求為導向,在國家 863、科技支撐計劃、國防基礎研究、國家自科基金、軍品配套等項目支持下,經過 20 余年協同攻關,通過強化相體系設計、尺寸和分布有效控制的系列關鍵制備加工技術開發與集成,在銅基體中引入特定的納米級強化相,并實現其均勻彌散分布,研發出滿足特殊性能要求的高強高導銅合金納米復相控制強化技術。主要科技創新如下:

    1)高強高導、抗應力松弛 Cu-Cr 系合金控制強化技術:開發了 Cu-Cr 系

    合金成分精確化、組織均勻化控制熔鑄技術,保障了時效過程中單質 Cr 相的細小彌散析出;發明了 Cu-Cr 系合金帶材軋制-時效復合加工技術和復雜部件先進成形技術,進一步提高了材料的抗應力松弛能力。工業化生產的 Cu-Cr 系合金廣泛用于超/特高壓電器、高速鐵路牽引供電裝備。

    2)超高強、高抗應力松弛 Cu-Ni-Si 系合金控制強化技術:提出了雙重協同強化 Cu-Ni-Si 系合金鎳硅比設計原則,發明了雙重協同強化型Cu-Ni-Si-Al-Mg-Cr  合金,闡明了 Cu-Ni-Si  系合金強化相的相變貫序;發明了δ-Ni2Si 納米粒子高密度、高均勻分布的組合時效控制技術,實現了 Cu-Ni-Si 系合金的最佳雙重協同強化。工業化生產的合金成功應用于導航系統輸出和高端裝備連接器。

    3)高導、抗軟化 Cu-Fe-P 系合金控制強化技術:探明了形變前預時效析

    出相大小對合金抗軟化性能的影響規律,研發了熱軋淬火+預時效+組合形變熱處理工藝,有效調控了預時效納米 Fe 粒子尺寸和分布,合金的抗軟化溫度達

    500℃。工業化生產的 Cu-Fe-P 系合金帶材廣泛應用于大規模集成電路引線框架。

    4)高強高導、耐熱 Cu-Al2O3 合金控制強化技術:揭示了 Al2O3 顆粒的形核、長大機理,建立了 Al2O3 顆粒大小和間距控制的關聯模型,實現了強化相特征參量的有效控制和合金性能匹配。發明了內氧化-還原-燒結一體化制備技術,實現了 Cu-Al2O3 合金型材高效穩定工業化生產。工業化生產的 Cu-Al2O3 合金成功應用于艦載/機載雷達微波管、電阻焊電極。

    授權發明專利 25 件、實用新型專利 2 件;出版專著 3 部;發表論文 67 篇;制訂國家標準 3 項、行業標準 1 項;部分成果獲省部級科技進步一等獎 3 項、二等獎 1 項、三等獎 1 項。


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