上海理工大学科技成果——铜合金及加工技术

上海理工大学科技成果——铜合金及加工技术

1、开发出大规模集成电路用引线框架材料

从1996年开始带领本课题组攻克了Cu-Fe-P系合金的合金化，熔炼工艺，轧制工艺与热处理工艺的结合协调和板型控制等关键技术，实现了Cu-Fe-P铜带和异型带的工业化的生产，产品的质量达到了国外先进同类产品的水平，大幅度提升我国引线框架用铜合金的综合技术水平，为企业带来了显著的经济效益，2004年产量就达到9200吨，产值 2.2亿元，2005年生产的集成电路引线框架用铜合金已超过10000吨，2006年生产的集成电路引线框架用铜合金已超过12000吨，到目前为止已经累计创造产值12亿元，利税达到1.2亿元。市场占有率达到50%以上，改变了我国该类产品全部依靠进口的局面。先后获得河南省科技进步一等奖一项，河南省科技进步二等奖一项，中国有色工业科技进步二等奖一项。

2、研制出具有自主知识产权的新一代高速列车接触线材料

高速电气化铁路电力牵引用接触线是通过与电力机车受电弓滑板滑动摩擦直接向电力机车输送电流的导线，随着电气铁路运行向高

速发展，要求接触线材料在具有良好导电性的同时，还应具有高的机械强度和高的抗软化温度。我国目前所使用的高速电气化铁路电力牵引用接触线材料多为进口材料。

本课题组在国家“863”项目的支持下于2002年开始研制和开发具有自主知识产权的高性能接触线材料。经过三年的攻关，已经研制出满足高速列车要求的析出强化型的高强度、高耐磨、高导电铜合金导线，并提供相应的适合工业化生产的制造和生产方法和工艺路线。所开发出的材料性能指标已达到抗拉强度σb＞580Mpa，延伸率＞5%，导电率＞78%IACS。同时具有良好的高耐磨性能，抗疲劳性能，抗高温软化性能，设计寿命为15年。目前已经申请国家发明专利四项。

双沟型铜合金接触线

3、采用快速凝固技术制备出高强度高导电铜合金

该项目利用快速凝固技术可以使合金固溶度极大的扩展和实现晶粒细化的特点，通过优化的合金化设计可以制备出同时具有高强度和高导电性的铜合金薄带，为一种非常理想的高强高导铜合金的制备方法。尤其是采用双辊快速凝固技术制备较厚的薄带具有非常巨大的应用前景。在合金化和制备技术方面有较大的创新，已经申请两项国

家发明专利。获2001年河南省教育厅科技成果一等奖，2001年河南省科技进步二等奖。

4、高性能电接触材料及制备技术

（1）高强度Cu-Ni-Si系铜合金

项目开发的Cu-Ni-Si系铜合金带材最终性能可以达到指标:导电率55-59%IACS，强度σb=551-621MPa，显微硬度153-184HV，延伸率δ≥8%。其强度水平为目前引线框架材料中最高的。

（2）高强高导的Cu-Cr-Zr合金系

在国家自然科学基金的支持下，开展了对Cu-Cr-Zr-Mg和Cu-Cr-Zr 合金组织转变规律的研究，首次发现Cu-Cr-Zr-Mg合金在470℃时效形成了具有Fm3m点群的超点阵CrCu2(ZrMg)；同时存在体心的Cr相和面心的Cu4Zr相。高温550℃时效析出相完全转变为Cr和Cu4Zr。Cu-Cr-Zr合金在时效初期形成Cu5Zr相，时效峰值状态析出相为Cu5Zr 相和体心立方的Cr，且析出相与基体保持着共格关系。所获带材具有高的硬度、强度及导电率，分别可达190HV、600MPa及84%IACS，而带材的延伸率和软化温度分别可达9.4%及578℃，满足了高强度和高导电引线框架铜合金的性能，为工业化生产提供了重要依据。

5、高压真空开关用铜铬合金触头材料

本项目采用真空熔铸方法，解决了Cu-Cr合金铸造产生的成分偏析及组织不均匀问题，得到的显微组织细化、成分均匀化，尤其是合金中Cr粒子的细化问题，大幅度提高耐电压强度，同时又能保持铜的高导电性，触头的小型化才有实现的可能。本方法还能回收利用生

产废料，因此生产工艺更为环保。而且生产成本大大降低，性能还有所提高。本项目制备的触头材料，性能与国内外同类产品相比，在导电性，均匀性，组织细化等多方面全面领先。

研究所开发的熔铸法制备出的铜铬合金触头性能与常规方法对比：

6、高性能弥散强化铜合金

Al2O3/Cu复合材料是在铜基体中引入了细小弥散分布的增强相Al2O3粒子的一种铜基复合材料。由于化学稳定性和热稳定性好的Al2O3颗粒的存在，使该复合材料在保持铜基体优越的导电、导热性能的同时具有高的室温和高温强度和硬度。在电阻焊电极、集成电路引线框架、微波管结构和导电材料、高速列车架空导线、热核实验反应堆、连铸机结晶器等方面具有广阔的应用前景。所开发出的Al2O3/Cu复合材料新型合成工艺在保证传统工艺内氧化、还原彻底性和烧结致密性的前提下简化了工艺过程降低了生产成本。将Al2O3/Cu

复合材料点焊电极在汽车焊装线上进行了装机试验，其使用寿命为传统Cr-Zr-Cu电极的3倍以上。

点焊电极材料

7、超高强度铜基复合材料

本项目通过在Cu-Cr原位复合材料中加入稀土来提高铜合金的导电率，同时还能有效提高合金的强度和抗软化温度。加入微量合金元素Zr、Ag提高合金的强度和抗软化温度。在Cu-15%Cr合金中加入微合金元素Zr的Cu-15%Cr-0.15%Zr合金，由于Zr的加入可使材料的抗拉强度提高8%左右，并减缓退火处理时强度的下降速度，即提高抗软化温度30～50℃。中间热处理温度在450℃时所得综合性能最佳，在应变量η=8.63时，形变Cu-15%Cr原位复合材料的抗拉强度可以达到995MPa，导电率为75%IACS。CuNb合金经大量拉拔变形后，形成的Nb纤维分布在Cu基体上，Cu-20%Nb（体积分数%）复合材料的抗拉强度接近2000MPa。