Teraz, gdy zakończyliśmy klasyfikację stopów miedzi, omówmy trendy rozwojowe stopów miedzi:
1. Wysoka czystość: Głównym celem wysokiej czystości jest poprawa przewodnictwa elektrycznego i cieplnego materiału w jak największym stopniu. Zawartość miedzi w miedzi przemysłowej waha się od 99,90% do 99,95%, a następnie do 99,99% (4N) lub nawet wyżej, na przykład miedź ultraczysta zawierająca 99,9999% (6N), a wymagania dotyczące zawartości zanieczyszczeń są również bardziej rygorystyczne. Na przykład zawartość tlenu (O) jest zmniejszona z 0.01%~0.{{20}}5% do 0,001%~0,006%, a ostatecznie do 0,0002%~0,0003%. Zminimalizuj wpływ zanieczyszczeń na przewodnictwo elektryczne i cieplne. Typowe zastosowania obejmują miedź o wysokiej czystości do przewodów łączących sieci przesyłowe, miedź beztlenową o wysokiej czystości do urządzeń próżniowych, miedź monokrystaliczną i miedź ultraczystą do precyzyjnego prowadzenia i transmisji sygnałów o wysokiej wierności oraz nadprzewodniki itp.
W porównaniu z miedzią polikrystaliczną, wytrzymałość na rozciąganie miedzi monokrystalicznej jest zmniejszona o 24,71%, wydłużenie jest zwiększone o 2,39 razy, skurcz przekroju poprzecznego jest zwiększony o 4,14 razy, rezystywność jest zmniejszona o 31,7%, mniejsza niż 1,72×10-8Ω·m, zawartość tlenu jest mniejsza niż 5×10-6, zawartość wodoru jest mniejsza niż 0...5×10-6, a gęstość jest większa niż 8,92t/m3.
Drugą stroną rozwoju materiałów ze stopów miedzi w kierunku wysokiego stopnia oczyszczenia jest to, że matryca stopu miedzi musi być wysoce oczyszczona w stopach miedzi z mikrostopami, aby zapewnić materiałowi wyższą wszechstronną wydajność.
2. Mikrostopowanie: Celem mikrostopowania jest poświęcenie najmniejszej przewodności elektrycznej i cieplnej w zamian za inne właściwości, takie jak znaczny wzrost wytrzymałości. Na przykład dodanie około 0.1% żelaza (Fe), magnezu (Mg), telluru (Te), krzemu (Si), srebra (Ag), tytanu (Ti), chromu (Cr) lub cyrkonu (Zr), pierwiastków ziem rzadkich itp. może poprawić jego wytrzymałość, twardość, temperaturę mięknienia lub obrabialność. Mikrostopowa miedź jest jednym z gorących tematów w obecnym rozwoju materiałów stopowych miedzi. Głównymi mikrostopowymi miedźmi są miedź odporna na tlen oraz stopy miedzi o wysokiej wytrzymałości i przewodności.
Koncepcja miedzi tlenowej polega na tym, że w porównaniu do miedzi beztlenowej, jej zawartość miedzi wynosi powyżej 99,9%, co odpowiada zwykłej czystej miedzi, ale jej zawartość tlenu jest kontrolowana na poziomie 0.005%~0,02%, a przewodność może wynosić powyżej 100%IACS. Dzieje się tak, ponieważ odpowiednia ilość tlenu odgrywa pewną rolę utleniania i chemiczną w elementach zanieczyszczeń między kryształami, oczyszczając matrycę w pewnym stopniu. Największą cechą produkcji miedzi tlenowej jest niski koszt jej surowców. Materiały odpadowe miedzi niskiej jakości są wykorzystywane do produkcji materiałów miedzianych tlenowych o wysokiej przewodności elektrycznej i cieplnej.
Wysokowytrzymałe i wysokoprzewodzące stopy miedzi są preferowane przez pracowników nauki i technologii materiałowej na całym świecie ze względu na ich dobrą wszechstronną wydajność. Są najszybciej rozwijającym się typem stopów miedzi w ostatnich latach. Pierwiastki dodawane przez mikrostopy to głównie: P, Fe, Cr, Zr, Ni, Si, Ag, Sn, Al itp. Reprezentatywne układy stopowe to głównie układ Cu-P, układ Cu-Fe-P, układ Cu-Ni-Si, układ Cu-Cr, układ Cu-Cr-Zr, Cu-Ag, Cu-Ag–Cr, układ Cu-Ag-Zr, układ Cu-Sn itp., a także różne układy stopów ziem rzadkich. Suma zawartości innych składników w stopie może wynosić co najmniej 0.01%~0,1%, a maksymalna wartość na ogół nie przekracza 3%. Ich wspólną cechą jest to, że materiał ma wysoką wytrzymałość i wysoką przewodność.
3. Złożone stopowanie wieloelementowe: Aby jeszcze bardziej poprawić wytrzymałość, odporność na korozję, odporność na zużycie i inne właściwości miedzi i jej stopów lub spełnić określone specjalne wymagania dotyczące zastosowań, do istniejącego brązu i mosiądzu dodaje się wiele składników, takich jak pięcioelementowe i sześcioelementowe, aby uzyskać różne funkcje, takie jak wysoka elastyczność, wysoka odporność na zużycie, wysoka odporność na korozję i łatwe cięcie. Stopowanie wieloelementowe (cztery lub więcej składników) stało się kolejnym gorącym tematem w rozwoju stopów miedzi, a nowe złożone stopy pojawiają się w niekończącym się strumieniu. Typowe stopy obejmują wieloelementowy mosiądz manganowy, mosiądz krzemowo-manganowy, mosiądz borowo-cynowy, bezołowiowe stopy miedzi do cięcia bez ołowiu itp. Ich wspólnymi cechami są wysoka wytrzymałość i wytrzymałość, a wytrzymałość na rozciąganie może ogólnie osiągnąć 600~70{{30}}MPa lub więcej. Na przykład nowy mosiądz manganowy HMn59-2-1-0.5 (Cu: 58%~59%, Mn: 1,8%~2,2%, Al: 1,4%~1,7%, Fe: 0.36%~0.65%, Si: 0.6%~0.9%, Sn: 0.1%~0.4%, Pb: 0.3%~0.6%, pozostałość Zn) ma wytrzymałość rury kontrolnej ponad 6{{60}}0MPa, wydłużenie ponad 2{{70}}% i twardość HB ponad 180. Mosiądz aluminiowy HAl64-5-4-2 (Cu: 63,5%~65,5%, Al: 4,5%~6,0%, Mn: 3,0%~5,0%, Fe: 2,0%~3,0%, Pb: 0,2%~1,0%, pozostałość Zn), jego wytrzymałość osiąga ponad 750 MPa, twardość HB przekracza 220. Nowy brąz aluminiowy QAl9-5-1-1 (Cu: pozostałość, Al: 8,0%~10,0%, Ni: 4,0%~6,0%, Mn: 0,5%~1,5%, Fe: 0,5%~1,5%), jego wytrzymałość wynosi 650 MPa, granica plastyczności osiąga 400 MPa, wydłużenie osiąga ponad 14%. Materiały te są wykorzystywane do produkcji pierścieni zębatych synchronizatorów samochodowych, par ciernych pomp wysokociśnieniowych lub miedzianych klinów elektrodowych, a ich żywotność jest od jednego do kilku razy większa niż w przypadku zwykłego mosiądzu lub brązu.
W ostatnich latach, wraz z poprawą świadomości ekologicznej ludzi, ochrona środowiska stała się tematem rozwoju światowej cywilizacji. Ludzie są bardziej zaniepokojeni wpływem szkodliwych pierwiastków, takich jak ołów, beryl, kadm i arsen. Rozwój przyjaznych dla środowiska materiałów ze stopów miedzi, takich jak mosiądz samotnący bez ołowiu, stop miedzi o wysokiej elastyczności bez berylu i stop miedzi odporny na korozję bez arsenu, stał się jednym z ważnych kierunków rozwoju materiałów ze stopów miedzi.
4. Materiały kompozytowe: Istnieją dwa główne sposoby wytwarzania materiałów ze stopów miedzi: jeden polega na wprowadzeniu elementów stopowych w celu wzmocnienia matrycy miedzianej w celu utworzenia stopu; drugi polega na wprowadzeniu drugiej fazy wzmacniającej w celu utworzenia materiału kompozytowego. Na przykład, miedź beztlenowa wzmocniona dyspersyjnie jest typowym sztucznym materiałem kompozytowym, a powszechnie stosowane rozproszone cząstki obejmują Al2O3, ZrO2, Y2O3, ThO2 itp. Metoda sztucznego materiału kompozytowego odnosi się do sztucznego dodawania cząstek drugiej fazy, wąsów lub włókien do miedzi w celu wzmocnienia matrycy miedzianej i wprowadzania równomiernie rozłożonych, drobnych i termicznie stabilnych cząstek tlenku do matrycy miedzianej w celu wzmocnienia miedzi w celu uzyskania materiału. Składnik drugiej fazy jest na ogół poniżej 1% lub nawet niższy do 0.01%, ale efekt wzmacniający na materiał jest bardzo oczywisty, szczególnie znacznie poprawiając wytrzymałość materiału w wysokiej temperaturze. Na przykład, Cu-2.5%TiB2 (ułamek objętościowy) ma przewodność elektryczną 76%LACS, a wytrzymałość na rozciąganie 675MPa; w przypadku stopów serii Cu-0.5%Al2O3 (ułamek masowy) wytrzymałość cieplarniana materiału może osiągnąć 500~800MPa, przewodność elektryczna może osiągnąć ponad 85%LACS, a wytrzymałość materiału po spaleniu wodoru w temperaturze 900 stopni nadal osiąga 200~400MPa.
Innym rodzajem szybko rozwijających się materiałów są materiały kompozytowe in-situ (autogeniczne materiały kompozytowe). Materiały kompozytowe in-situ odnoszą się do rodzaju materiału kompozytowego, w którym wzmocnienia są generowane w matrycy miedzianej poprzez reakcje egzotermiczne między pierwiastkami lub między pierwiastkami i związkami. Wzmocnienia w tym rodzaju materiału kompozytowego nie mają zanieczyszczeń międzyfazowych i mają dobrą zgodność międzyfazową z matrycą. W porównaniu z tradycyjnymi sztucznymi zewnętrznymi materiałami kompozytowymi wzmacniającymi, ich wytrzymałość jest znacznie poprawiona, przy jednoczesnym zachowaniu dobrej wytrzymałości i dobrej wydajności w wysokiej temperaturze. Na przykład materiały kompozytowe Cu-20%Nb (ułamek objętościowy) mają niezwykle wysoką wytrzymałość na rozciąganie, zbliżoną do 2000Pa; Cu-18% (ułamek masowy) ma przewodność 66,6%LACS i wytrzymałość na rozciąganie 1450MPa. Inne materiały kompozytowe, takie jak Cu-Fe i Cu-Ta, mają również wysoką wytrzymałość w temperaturze pokojowej i wytrzymałość w wysokiej temperaturze, a wytrzymałość materiałów może ogólnie osiągnąć 800~1500MPa.
