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“高强高导铜合金关键制备加工技术开发及应用”喜获国家科学技术进步奖二等奖
发布时间:2018-04-19    浏览次数:950

2017年8月召开的2017年度国家科学技术奖励大会上,由我室及河南科技大学、中铝洛阳铜业有限公司等6家单位共同完成“高强高导铜合金关键制备加工技术开发及应用”项目喜获国家科学技术进步奖二等奖

中国有色金属工业协会统计,2015 年我国铜加工产量达 1500 余万吨,占全球铜加工产量的 53%。然而,我国航空航天、高速铁路、超/特高压输变电工程、大规模集成电路等领域用高性能铜合金长期依赖进口,上述领域用铜合金服役条件苛刻,安全可靠性要求极高,因而铜合金必须具有优良的导电、导热、强度、硬度等高强高导性能,以及抗应力松弛、抗软化、超高强等特殊性能。因此,自主研发满足上述领域需求的高强高导铜合金日趋迫切。

实现高强高导铜合金性能匹配面临以下挑战:力学性能与传导性能存在此增彼减的矛盾,特殊性能的挖掘要同时兼顾高强高导性能。在铜基体中引入强化相是获得高强高导铜合金的有效手段,强化相的特性和分布特征决定了铜合金的主要性能。如何引入特定的强化相并控制其分布,实现铜合金高强、高导、特殊性能的匹配是本项目拟解决的关键技术难题。

项目组以国家重大战略需求为导向,在国家 863、科技支撑计划、国防基础研究、国家自科基金、军品配套等项目支持下,经过 20 余年协同攻关,通过强化相体系设计、尺寸和分布有效控制的系列关键制备加工技术开发与集成,在铜基体中引入特定的纳米级强化相,并实现其均匀弥散分布,研发出满足特殊性能要求的高强高导铜合金纳米复相控制强化技术。主要科技创新如下:

1)高强高导、抗应力松弛 Cu-Cr 系合金控制强化技术:开发了 Cu-Cr 系

合金成分精确化、组织均匀化控制熔铸技术,保障了时效过程中单质 Cr 相的细小弥散析出;发明了 Cu-Cr 系合金带材轧制-时效复合加工技术和复杂部件先进成形技术,进一步提高了材料的抗应力松弛能力。工业化生产的 Cu-Cr 系合金广泛用于超/特高压电器、高速铁路牵引供电装备。

2)超高强、高抗应力松弛 Cu-Ni-Si 系合金控制强化技术:提出了双重协同强化 Cu-Ni-Si 系合金镍硅比设计原则,发明了双重协同强化型Cu-Ni-Si-Al-Mg-Cr  合金,阐明了 Cu-Ni-Si  系合金强化相的相变贯序;发明了δ-Ni2Si 纳米粒子高密度、高均匀分布的组合时效控制技术,实现了 Cu-Ni-Si 系合金的最佳双重协同强化。工业化生产的合金成功应用于导航系统输出和高端装备连接器。

3)高导、抗软化 Cu-Fe-P 系合金控制强化技术:探明了形变前预时效析

出相大小对合金抗软化性能的影响规律,研发了热轧淬火+预时效+组合形变热处理工艺,有效调控了预时效纳米 Fe 粒子尺寸和分布,合金的抗软化温度达

500℃。工业化生产的 Cu-Fe-P 系合金带材广泛应用于大规模集成电路引线框架。

4)高强高导、耐热 Cu-Al2O3 合金控制强化技术:揭示了 Al2O3 颗粒的形核、长大机理,建立了 Al2O3 颗粒大小和间距控制的关联模型,实现了强化相特征参量的有效控制和合金性能匹配。发明了内氧化-还原-烧结一体化制备技术,实现了 Cu-Al2O3 合金型材高效稳定工业化生产。工业化生产的 Cu-Al2O3 合金成功应用于舰载/机载雷达微波管、电阻焊电极。

授权发明专利 25 件、实用新型专利 2 件;出版专著 3 部;发表论文 67 篇;制订国家标准 3 项、行业标准 1 项;部分成果获省部级科技进步一等奖 3 项、二等奖 1 项、三等奖 1 项。