“铜及铜合金专题”内容简介

专题主持：李  周 教授, 宋克兴 教授

    高端铜基材料是众多新兴产业发展不可或缺的关键材料，在高端制造、国家安全、重大工程中具有重要战略地位，包括载人航天与探月工程、中国第二代卫星导航系统、核心电子器件、南海深水大型油气田开发及煤层气开发、极大规模集成电路制造、高速轨道交通弓网及电机系统、特高压电器等。目前，我国铜材产量和消费量均居世界首位，通用铜材的国内满足度达到96%，但用于高新技术领域和重大工程的各种高端铜基材料则严重依赖进口。开发高端铜基材料及其高效制备加工新技术对推动我国战略新兴产业的发展，促进我国由“材料大国”向“材料强国”跨越起着重要的支撑作用。

    本期“铜及铜合金专题”论文在国家重点研发计划项目、国家自然科学基金杰青/重点项目等资助下，以高速轨道交通、航空航天、5G通讯和海洋工程等领域用高性能铜合金及其制备加工技术为研究对象，从多个侧面反映了铜及铜合金的开发、制备加工及表面处理技术的研究前沿和水平，可为促进我国铜及铜合金加工业技术改进和升级、提升自主创新能力、加快行业转型、提高产品国际竞争力提供理论和实验支撑。在未来的先进铜合金材料产业发展征程中，促进我国在先进铜合金材料领域绿色、高端、智能发展，在产品性能提升、绿色制造、产业升级、集成创新等方面持续推进，努力实现高水平科技自立自强。

    以下是“铜及铜合金专题”9篇论文的背景介绍。

    铜基丝线材制备和组织性能研究进展(发表在2020年第12期)

    宋克兴，周延军，米绪军，肖  柱，曹  军，丁雨田，吴保安，封存利，李  周，陈鼎彪，吕长春，胡  勇，丁  勇

    河南科技大学高性能铜合金关键技术创新团队形成于20世纪90年代初，30年来，专注于航空航天、国防军工、超/特高压电器、电子信息等重点领域用高性能铜合金及先进制备加工技术开发。该团队获国家科技进步二等奖2项、省部级一等奖10项，其中主持的“高强高导铜合金关键制备加工技术开发及应用”项目获2017年度国家科技进步二等奖；授权发明专利65件，获河南省专利奖2项。论文“铜基丝线材制备和组织性能研究进展”围绕集成电路键合线、音视频传输线缆、医疗器械有源线束以及各种电子元器件等领域用铜基丝线材，综述了热型水平连铸、冷型竖引连铸、超细超精连续拉拔、表面纳米涂镀等工艺特点，以及工艺参数对连铸杆坯和微细丝线材组织和性能的影响规律。基于该方向研究成果，团队主持的“高性能铜基/银基丝线材关键制备加工技术”项目获2020年度河南省科学技术进步一等奖。

    Cu-Zn-Ni-Si仿金合金在人工海水和人工汗液中的腐蚀行为(发表在2021年第5期)

    于翔宇，盛晓菲，周  涛，于  倩，李  周，傅  悦

    下引连铸Cu-Ag合金拉拔过程中组织与性能演变(发表在2021年第5期)

    朱学峰，肖  柱，宋克兴，盛晓菲，戴  杰，蒋洪赟，周少强

    中南大学高性能铜合金材料研发团队是一支集理论研究、人才培养和技术创新为一体的科研团队，团队以国防工业、交通运载、电子信息等所需铜合金材料为目标，致力于合金设计和产业化核心技术的集成创新，形成了多项高性能铜合金制备与性能调控新技术，作为国内唯一供货单位提供的弥散铜确保了“神舟”系列飞船的成功发射与对接；超高强弹性铜合金大幅提高“北斗”系统相关器件寿命；铜铬锆合金成功应用于大功率牵引电机及高铁网线；电子封装材料等广泛应用于国家重点发展领域。该团队为国内规模化铜加工企业提供了百余项技术革新方案，实现多种高性能铜合金自主创新与进口替代。近年来，编著铜合金专著5部，获国家奖2项、省部级奖6项，转化实施发明专利20余项。论文“Cu-Zn-Ni-Si仿金合金在人工海水和人工汗液中的腐蚀行为”设计了一种Cu-Zn-Ni-Sn仿金合金，研究了合金在不同介质中的腐蚀行为，结果表明，合金在人工海水腐蚀中氧化膜两侧界面的传质过程是腐蚀反应发生的决速步骤；在人工汗液中腐蚀中裂纹末端界面的固相扩散决定了腐蚀反应的速率。论文“下引连铸Cu-Ag合金拉拔过程中组织与性能演变”针对传统熔铸法制备Cu-4%Ag合金线、丝材成分不均匀及拉拔过程中断线问题，采用下引连铸及拉拔变形制备了合金线、丝材，研究了制备加工过程中组织及性能的而演变规律，为Cu-Ag合金线、丝材的短流程、高效率制备提供了思路。

    铜及铜合金表面处理技术进展(发表在2021年第5期)

    高铭余，谢宏斌，方攸同，王宏涛，刘嘉斌

    浙江大学刘嘉斌团队一直致力于高性能铜合金的设计、制备、加工和应用，提出了纳米析出强化耦合析出净化的高强高导铜合金设计思路，开发了铜银、铜铁、铜铬锆等一系列高性能铜合金，研制的高强高导铜铬锆合金作为高速铁路接触网导线规模化应用于京沪、大西等高铁线路，获得中国铁道学会科学技术一等奖和天津市科技进步一等奖，团队被评为浙江省高校高水平创新团队。论文“铜及铜合金表面处理技术进展”综述了几种铜及铜合金表面处理技术的进展，包括离子液体镀技术、等离子喷涂技术、激光熔覆技术、激光合金化、激光表面淬火与重熔技术。以铜及铜合金为表面处理对象，通过表面处理补强铜材料耐蚀、耐磨等性能，拓宽其应用范围。围绕铜及铜合金基体因高导热、高反射率等特性带来的表面处理难题，对铜及铜合金典型表面处理技术的特点与优劣势进行对比与分析，展望了这些技术在铜及铜合金表面处理方向上的趋势与潜力。

    稳恒强磁场对Cu-15Ni-8Sn合金凝固组织、微观偏析及显微硬度的影响(发表在2021年第5期)

    沈  喆，任  朗，林中泽，朱家乐，钟云波

    上海大学高性能结构功能材料超常冶金与制备研究团队2020年由钟云波教授牵头成立，团队主要针对高性能铜合金、铝合金、镁合金、有色合金、工模具钢、轴承钢、特殊钢、高熵合金等结构/功能材料的冶金和制备过程，采用超高强磁场、多模式电磁场等超常手段，精准调控冶金和材料制备过程热力学和动力学，实现结构/功能材料的高洁净、高纯净、超细化、高均质、精细结构化制备。该团队获授权发明专利百余项，在Materials Today、Nature Communications、Acta Materilia、金属学报等国内外核心刊物上发表论文400余篇，承担国家“十三五”重点研发计划、国家自然科学基金重点/  面上项目、863项目、省部级及企业委托重点项目百余项。Cu-15Ni-8Sn合金具有很高的屈服强度、优良的抗应力松弛性能，是新一代高强弹性铜合金的代表。但在传统凝固条件下Cu-15Ni-8Sn合金极易形成粗大的柱状晶，柱状晶还会有发达的树枝晶，这将导致该合金凝固时存在严重的宏/微观偏析，力学性能无法提高。论文“稳恒强磁场对Cu-15Ni-8Sn合金凝固组织、微观偏析及显微硬度的影响”提出采用稳恒强磁场手段，探讨了不同磁感应强度对Cu-15Ni-8Sn合金凝固组织、微观偏析及显微硬度的影响，研究表明强磁场的影响机制主要与磁场对合金凝固过程中Ni、Sn合金元素扩散有关。

    上引连铸-连续挤压技术制备Cu-Cr-Zr合金的组织与性能研究(发表在2021年第5期)

    张文婧，解浩峰，彭丽军，黄国杰，杨  振，米绪军，黄  略，汪礼敏

    有研工程技术研究院有限公司有色金属材料制备加工国家重点实验室“先进铜合金材料与制备加工技术”研究团队主要从事高强高导铜合金、高强高弹铜合金、热管理材料及技术、高强耐蚀铜合金、高性能耐磨铜合金、特殊领域用铜合金材料、高性能铜基复合材料及其制备加工技术等方面的研究工作。近年来先后研究开发了Cu-Fe-P系、Cu-Ni-Si系、Cu-Sn系、Cu-Cr-Zr系、Cu-Ni系、Cu-Be系、复杂黄铜/白铜体系、Cu-Zn-Al系、铜/金刚石热沉、弥散强化铜、钼铜、铜碳复合材料、铜基双金属材料等多种材料体系，拥有高性能铜合金镀膜丝线材生产线、先进热管理材料中试生产线、粉末冶金铜基复合材料生产线，相关产品在电子、航空航天、半导体激光器、大功率电真空器件、汽车制造领域等领域获得应用。累计承担各类国家级科研项目/课题80余项、省部级项目20余项，相关成果获国家科技进步二等奖1项，省部级一等奖6项、二等奖7项、三等奖4项，获授权发明专利50余项，制定国家/行业标准8项。该团队入选2019年国防科技创新团队。论文“上引连铸?连续挤压技术制备Cu-Cr-Zr合金的组织与性能研究”采用上引连铸、连续挤压技术制备 Cu-Cr-Zr 合金，系统研究该合金在短流程制备加工、时效处理过程中的微观组织、力学/电学性能演变规律，为实现 Cu-Cr-Zr 合金的短流程制备提供数据支持和理论依据。

    P元素添加对Cu-15Ni-8Sn合金干摩擦磨损性能的影响(发表在2021年第5期)

    郭诚君，陈金水，汪  航，肖翔鹏，黄  浩，杨  斌

    江西理工大学铜基新材料及加工研究团队长期致力于铜产业重大关键共性问题开展研究，在Cu-Cr系、Cu-Ni-Sn系、Cu-Ni-Mn系、Cu-Ni-Si 系及无铅易切削黄铜等多种高性能铜合金体系开展了大量的科研工作，部分合金已实现连续化稳定生产。近年来，该团队研究重点瞄准铜产业重大关键共性问题，联合铜企业开发重点新产品12项、新技术10余项，其中超细铜线等3项成果鉴定为国际先进；拥有自主知识产权的真空连续熔炼铸造制备技术，在鹰潭市实现转化，转化金额达2750万元；获国家发明专利50余项，省级奖励4项。论文“P元素添加对Cu-15Ni-8Sn合金干摩擦磨损性能的影响”主要针对高强高弹微合金化Cu-15Ni-8Sn合金的摩擦磨损功能特性进行研究，结果表明，微合金化Cu-15Ni-8Sn-0.2P合金具有更优的耐摩擦磨损性能，更有潜力应用于耐磨轴承、轴瓦和轴套等领域。

    连铸速度和轧制变形对HCCM立式连铸铝白铜棒材组织性能的影响(发表在2021年第6期)

    卢  强，赵  帆，雷  宇，刘新华

    北京科技大学铜合金研究团队长期致力于高性能铜合金设计、制备、加工基础理论与关键技术研究，提出和发展了基于材料基因工程的面向性能要求的铜合金设计方法，开发出多种高强高导、高强高耐蚀铜合金材料；发明了变革性铜合金连铸新技术和短流程高效生产成套工艺装备，在多种铜合金管材、棒线材和板带材工业生产中成功获得应用；获国家发明专利10余项，国家科技进步二等奖1项、省部级一等奖4项。论文“连铸速度和轧制变形对HCCM立式连铸铝白铜棒材组织性能的影响”(发表在2021年第6期)主要以新型高强高耐蚀白铜合金管材为对象，针对传统制备工艺流程长、难加工、成本高等问题，采用自主开发的热冷组合铸型(HCCM)连铸技术制备了高品质铝白铜铸坯，再直接进行大变形冷轧，实现了难加工高强铝白铜的直接冷轧变形，累计变形量可达90%以上而不发生开裂；论文重点研究了连铸速度和轧制变形量对铝白铜显微组织及力学性能的影响规律，为高强高耐蚀铝白铜管材的高效、短流程生产提供了重要理论基础。

    Ni、Si元素对Cu-Fe合金显微组织和力学性能的影响(发表在2021年第6期)

    岳世鹏，接金川，曲建平，李廷举

    大连理工大学铜合金研究团队是辽宁省首批“兴辽英才计划”高水平创新创业团队，由国家杰出青年基金获得者、“长江学者奖励计划”特聘教授、国家万人计划领军人才、科技部中青年科技创新领军人才、国家优秀青年基金获得者，“长江学者奖励计划”青年学者、教育部跨世纪和新世纪优秀人才等组成。先后获得国家技术发明二等奖、教育部技术发明一等奖、中国有色金属工业科学技术奖一等奖、日内瓦国际博览会金奖和中国专利优秀奖等10余项。论文“Ni、Si元素对Cu-Fe合金显微组织和力学性能的影响”(发表在2021年第6期)报道了通过Ni和Si元素的添加来调控Cu-Fe合金组织及力学性能，使得Cu-20Fe合金中的α-Fe枝晶变的发达，γ-Fe和富铜析出相之间的界面能减小，其形貌由近球形转变为立方形，添加合金元素之后多组元合金的屈服强度和塑性分别提高到304 MPa和16%。