摘要：文章首先对高强高导电铜合金的强化机理进行了相关阐述，后通过研究其发展历史及研究现状，对其现有的制备方法做出简单概述后对其未来的发展趋势进行了一定展望，指出要将生产高强高导电铜合金的方法实现工业化。
关键词：高强高导；铜合金；研究现状；展望
高强高导电铜合金是一种被广泛使用的功能材料，多被应用于制作引线框架、接触导线、磁场导体等电气工业中。但是随着我国电器工业的飞速发展，传统的铜合金的强度及其导电性能都已不能满足当下的工业需求，并且在使用传统方法制备铜合金时，为使其具有高强度，其导电性在制备过程中都要受到一定的损耗。而随着科学的不断进步，一些新型的制备方法正在不断被发现，为高强高导铜合金的生产提供了方向。本文就是在这样的背景下，对高强高导电铜合金的强化机理及制备方法进行了相关研究，并对其未来的发展进行了相关展望。
1 高强高导电铜合金的强化机理
铜合金一般是通过将一些合金元素加入到Cu基体中形成固溶体后，在经过一定的处理办法使其组织结构产生一定的变化致使其在强度及导电性上都有所大幅度提升。而这些常用的强化方式主要有①固溶强化：即通过向基体金属中加入一些溶质使其晶格发生畸变并形成新的强度更高的溶固体合金，但其缺点是其金属成分的导线性能会受到严重损害。因此使用此种强化手段时应尽量选择可减少降低合金导电率的固溶金属，如砷、银镁等。②沉淀强化：这种强化手段是通过向Cu中加入一些难以溶解的合金元素并进行高温处理后使其形成过饱和固溶体，再经过一定手段进行后续处理后可使合金元素形成沉淀相大大增加了合金的强度以及导电性。③形变强化：作为现阶段较为常用的强化方法之一，其实施过程中的多种手段都可实现工业化生产，如冷轧、冷拔等，这种强化手段通常是通过加工硬化使合金晶体在发生形变时因错位运动中的交互作用而使合金材料的强度大幅增加。但这种手段的缺点则是会使得合金材料的塑性及导电率都有一些降低，因此在使用这种强化方法多选择与其他强化手段一起配合。④细晶强化：此种手段在提升合金材料的强度方面具有重要作用。通常使用此方法时会依据HALL-PETCH公式，即σ3=σi+kd-1/2,以此得出晶体强度与晶粒尺寸之间的关系。
2 高强高导电铜合金研究现状
铜合金材料研究发展至今已历经数十年，现阶段铜合金大致有如下系列：①沉淀型强化系列：Cu-Fe（P）、Cu-Cr（Zr）、Cu-Ag以及Cu-Ni-（Si），这些系列都是经由固溶+时效处理后通过使其固溶体析出强化相进而提升了合金的强度及其导电性。但是在对这些合金进行时效处理时也存在一些问题，如因其对时效温度的要求较高（400-650摄氏度）且其制作工艺多数都较为复杂，对制作设备的要求也较高。②弥散强化铜合金：这种合金则是经由向Cu基体中加入陶瓷颗粒以增加基体性能，这些陶瓷颗粒虽细小却多分布均匀，并且是其强度及稳定性都较高的硬质相如氧化铝、氧化镁、氧化铍此类氧化物剂一些碳化物和氮化物等。这些物质在被使用时需重点考虑到的问题则是其与CuJ基体之间的相容性以避免因错误选择了强化相而导致合金材料的组织及性能都受到损害。现阶段在弥散强化铜合金中使用较多的强化材料为氧化铝，对铜合金的强度及导线性都有很大提升。③Cu-Mg合金，顾名思义就是在Cu基体中加入一定量的镁元素来提升合金的强度，这种合金的优势在于其加工工艺简单，其高强高导电性无需经由后续的热处理就可以达到较高标准，在生产成本上也比较低。在此类合金的制造工艺上我国通过对国外技术进行改良研制出的新型细晶型铜镁合金，在性能上则更加优越。
3 高强高导电铜合金的制备方法
3.1复合材料法
这种方法是通过与Cu基体进行复合形成铜基复合材料并对其进行一定处理。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆现阶段多使用的处理手段为塑性变形法，经由此方法制备出的复合材料其内部组织发生纤维状变化后其强度明显上升，但此种方法对合金中的固溶元素具有一定要求，通常其必须满足以下几点：①难溶于铜基体，且不会降低铜基体的导电性；②塑性较高且可适应大幅度冷加工变形。此种方法在制备铜合金时过程及工艺都较为繁琐，并且所制备出的铜合金在导电性能上也大幅下降，在进行制备生产时，必须经由相应的后续处理，才能使其导电率有所回升。
3.2 高密孪晶强化
孪晶界是合金材料的晶体在特殊情况下的一种晶界，据相关研究表明，在此晶界下，合金材料不仅具有敲墙的抗拉强度，其导电性能也相当优越。但现阶段此类制备方法仍停留在实验室阶段，距离将其进行工业化生产仍有较远距离。
3.3 快速凝固法
快速凝固法是通过将合金材料急速冷却成固相后获得具有独特组织特征的晶粒结构的一种方法。此种方法在提升合金强度的同时，对其导电性只有略微的损耗，还显著提升了合金材料的耐磨及耐腐蚀性。快速回凝法是近年来研究制备高强高导电铜合金的一个新热点，已经趋于成熟并开始采用的凝固法也有很多，但受一些因素的制约，如冷却速度、工艺参数等，将此法应用于工业上尚具有一些困难。
3.4 大塑性变形法
根据相关理论研究发现，经由大塑性变形法所制成的合金材料的晶粒尺寸更加细小，其性能也更加优越，不论何种大塑性变形法在制备合金的过程中都存在一定程度的剪切变形，在现有大塑性变形法中，综合对比各种方法可发现ECAP在制备超细晶材料时的综合效果最佳。而此时的合金金属也就具备了更加优越的物理及机械性能，改良了传统材料的落后性能，同时此种方法在加工过程中还能将合金材料中存在的空隙消除，使材料更加致密。并且此种制备方法的加工工艺较为简单，在实现工业化生产商具有较强的可行性，其商业化应用前景十分广阔。
4 总结与展望
（1）高强高导电铜合金是一种被广泛应用的功能材料，虽然历经数十年的发展，我国高强高导电铜合金的强化及制备技术已经日趋成熟及完善，但与国外发达国家之间的先进研制水平尚存在一定差距。随着我国经济的不断发展，我国在铜合金的消费需求上日益增大，而国内的生产水平已经不能满足当下的社会需求，我国大部分的铜合金都要通过进口来获取，因此，我国铜合金的研制及开发工作仍任重而道远。
（2）通过目前对高强高导电铜合金的研究不难发现，铜合金在未来的发展方向应趋向于多元化、规模化及产业化，并且其生产过程也将遵循低能耗与低污染的可持续发展理念。鉴于我国在铜合金发展水平上的相对滞后，未来在发展铜合金时我国应首先从生产设备上上进行一定改良，并借鉴发达国家的先进技术在现有研制水平的基础上不断进行改进及创造，致力于对新型加工方法的研究。
（3）在对高强高导电铜合金的研究中，相关研究者应将重点放置于对合金系列的强化机理以及其组织结构上，并着重关注其微观结构的演变规律，在多元化发展的基础上，通过使用新型的制备方法对铜合金进行深入的加工研究，并探索新型加工方法的更佳应用路径，使其生产方法能逐渐走向工业化生产的的道路。同时，我国还应整合现有资源大力发展高强高导电铜合金的研制工作，并尽快建立我国自有的独立知识产权体系，逐步缩小与先进国家的差距，跻身世界先进国家之列。
参考文献
[1]马方.高强高导铜合金的强化方法研究现状及展望[J].电子制作，2013（23）：226-226
[2]文靖瑜.高强高导铜合金制备方法的研究现状及应用[J].金属材料与冶金工程，2017（3）：3-9
[3]张坚，谢斌，赵龙志，胡勇.高强高导铜合金的强化方法和研究进展[J].热加工工艺，2014（14）：21-27
论文作者:谈云云,蒋建州
论文发表刊物:《电力设备》2018年第14期
论文发表时间:2018/9/12
标签：铜合金论文; 合金论文; 基体论文; 方法论文; 强度论文; 导电性论文; 塑性论文; 《电力设备》2018年第14期论文;