高强高导电铜合金现状

高强高导电铜合金国内市场现状特种铜合金由于其具高强度、高导电、高导热、软化温度高等特点，被广泛应用于：电极焊电极、电气工程行程开关触桥、连铸机结晶器内衬、集成电路引线框架、汽轮发电机和风力发电机主轴、槽楔、高速牵引电机端环/导条、电车及高速列车架空导线、CO2焊机导嘴等行业。

近年来，市场的变化发展很大，一方面，一些传统行业市场容易逐渐萎缩，另一方面，一些新兴行业市场容易大幅度增长；但由于国内在这方面无论是在材料研究还是在市场推广方面都严重落后于市场的需求。

因此，绝大部分特种铜合金材料从美国、日本、法国等国家进口，严重制约了国内特种铜合金行业的发展。

下面就当前的市场情况作一些粗浅的分析。

一、传统行业市场容易逐步萎缩原来电阻焊机行业包括使用电阻焊机的汽车钢圈、空调、电冰箱、自行车等行业，市场容易大幅减少，有的是整个行业不再使用电极材料，只有造船、制桶、锚链、超市货架等行业有一定幅度的增长。

二、汽车、地铁、轻轨、高速铁路等新兴行业市场容量大幅增长1、汽车行业⑴铬锆铜电极帽由于汽车行业均是大工业流水线生产，因此对焊接电极的质量要求较高，目前均采用冷挤压成型、真空退火等先进工艺来确保材料的各项机械物理性能。

随着汽车行业的快速发展，焊接电极帽的使用量也越来越大。

以目前年产600万辆轿车为例，每辆轿车需用5只电极帽，则每年电极帽的用量为3000万只。

目前国内生产厂家只能获得市场的三分之一容量，三分之二市场被外资企业或国外企业控制。

现在该产品的主要技术参数为：硬度≥HRB85；导电率≥MS/m 45；软化温度≥600℃。

同时解决了常规电极容易发热，在焊接时产生“粘”的情况。

由于该产品采用了冷挤压成型工艺，因此，产品生产成本较低，市场前景广阔。

由本人主导的《一种用于焊接汽车镀复层钢板的电极帽的制作方法》2006年11月1日获国家发明专利；专利号为ZL200410041717.7。

⑵铬锆铜电极接杆由于该产品和电极帽配套使用，因此用量较大，即使以1/40的比例计算，每年也需要75万只，但由于该产品批量较小，加工工艺相对较多，因此增值部分较大，估计市场年用量在4000万元左右。

⑶其它配套件，如电极头、电极座、电极块由于该产品耗用材料较多，在当前国家重点强调节能环保的前提下,许多公司转而采用降低成本的其它形式,如电极接杆+电极帽(电极头)。

目前估计市场容量为4000万元/年。

⑷焊接用铬锆铜电极臂在汽车冲压件的焊接过程中，有两种焊接方式：①机器人自动焊接流水线；②手工焊接流水线。

在手工焊接流水线上大量采用悬挂式点焊钳进行焊接，因为这种焊接方式成本低、操作方便，对于机器人不能焊接的复杂冲压件，只能采用手工焊接。

预计目前焊钳的市场容量为5000把/年，每把以3500元价格计算为1750万元，由于焊钳往往需来各种附件（如平衡器、同轴电缆、转盘等），每把焊钳实际交付价格近1万元。

焊钳用铬锆铜厚壁管，几年前，我公司也已开发成功。

目前市场容量约为100吨/年，详细生产可参见中国科学金属研究所专利文件。

专利号00123257.6《电阻焊电极臂用特厚壁铬锆铜管的制造方法》2、地铁、轻轨、高速铁路异步牵引电机用端环、导条①国内市场常规铁路牵引电机端环、导条采用纯铜制作，特点是导电率较高，但硬度较差。

由于列车速度越来越快，对牵引电机的要求也日益严苛，因此纯铜材料制作的端环、导条已无法满足高速列车电机的使用要求。

目前国内高速电机无其他厂家生产，主要依靠引进法国阿尔斯通公司、日本车芝公司技术和材料进行生产。

由于国外技术的垄断，严重制约了我国铁路行业的发展，我公司受上海南洋电机厂、铁道部北车集团永济电机厂委托，成功实现了端环、导条项目的国产化。

目前已申请了国家发明专利，专利号：端环：200710020296.3；导条：200710020295.9。

并成功获得了2008年度国家科技部科技型中小企业技术创新基金项目，立项代码：08C26213200592。

该产品具体硬度、抗拉强度、屈服强度、软化温度高、导电率好、合金晶粒细化等特点，经法国阿尔斯通检测，各项技术均达到规定的要求，在上海南洋电机有限公司、北车集团永济电机厂实际使用后，效果良好。

随着全国铁路的全面提速，对高速牵引电机的需求量将大幅增加，同时对电机用端环、导条的需求量也将大幅增加。

按保守估计，电机端环、导条的需求量将达4000套/年，价值5000万元。

由于端环、导条目前国内无其它生产厂家，因此利润较高。

②国外市场目前，美国GE公司、印度LAUUBBAI AMICHAND LIMIIED公司、法国ALSTOM 公司也向我公司订购高速电机端环、导条。

由于铁路高速化已成为铁路行业发展的一大趋势，同时，该行业在国外因为有环保法律、法规的限制，生产成本较高，而我国该产品的生产工艺已成熟，并且也没有这类限制，因此，具有良好的竞争优势，大批量出口的市场前景乐观。

③电车、高速列车架空导线高速电气化铁路提速的关键就是提高接触导线的波动传播速度，以提高接触网的稳定性，改善受流质量，这样必须增大接触电线的架线张力或降低线密度。

接触线允许使用的架线张力与拉断力有关；而靠增加接触线的面积以增加拉断力，并不能降低β值（行车速度与波动传播速度之比）。

所以铁路提速的根本是必须提高接触线的抗拉强度。

高速列车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触向电力机车输送电流的导线。

它除正常磨耗外，还会受非正常的机械冲击负荷、焦耳热效应、摩擦生热和故障大电流的影响而发生各种弓网故障，甚至出现拉断或者熔断事故。

因而要求接触线同时具有较高的抗软化温度。

我国铁路广深线、京郑线都大量或全部使用了法国和德国产品。

法国在时速300~350km的接触网中采用锡铜-120接触线，德国在时速300km的接触网中使用了GT-CSD-110铜包钢接触线，而其他的高速铁路上多采用银铜合金接触线，上述国家铁路所采用的接触线材料，虽然都各有优点，但存在的严重问题是导电性好的材料其强度不高，合金的综合性能不理想，国外已有厂家在研发Cucrzr,CuNisicr铜合金导线，并获得了重要突破，特别是Cucrzr合金，由于其既有较高的硬度，又有良好的导电性能，抗拉强度和耐高温性能，成为未来高速铁路架空导线的首选材料。

但目前该材料在生产上还缺乏大型的设备，要实现大规模生产尚需时日。

目前江苏大学材料学院赵国平博士已在研究铬锆铜连铸生产工艺，一旦成功，将为铬锆铜架空导线的大规模生产扫清障碍。

接触线的具体技术要求如下(银铜)：1、抗拉强度高，综拉断力≥40KN2、高导电率：IAES≥95%3、耐磨性好，使用寿命≥20年4、耐热性好，软化温度≥300℃5、抗大气腐蚀性好6、线膨胀系数小由于铬锆铜材料其具有高强度、高导电、高耐火温度等特性，因此，成为高速铁路接触线的首选材料，同时镁铜、铬铜、银铜材料也是接触线的重要选择。

目前，中国生产接触线的厂家由于冶炼设备和技术落后，还不能生产出合格的高强高导铜合金接触线。

2010年京沪高速铁路的动工建设，造就了一万亿元的市场机会，CuCrZr系铜合金接触线年需求量将达万吨，年产值近10亿元，因此，市场前景十分广阔，谁抢先占领市场，谁就掌握了行业发展的方向，成为行业的领头羊。

附：京沪高速列车接触线性能要求高速列车接触线的材质必须满足高强度、高导电、高抗软化性和耐磨性等性能。

铜合金以其优异的性能，在电气铁路接触网中占主导地位，具有广阔的市场前景。

三、汽轮发电机用特种铜合金（镍硅铬、锆铜、铍镍铜）目前，我国各大型电机制造厂家为了提高汽轮发电机的平衡运行能力和保证发电机负序电流造成温度的安全可靠性，对所选用的主轴、转子槽楔材料要求必须有较高的导电性和具备很高的常温和高温机械性能。

我公司受上海汽轮发电机有限公司(原上海电机厂)委托，参照了美国西屋公司技术条件，为30万千瓦汽轮发电机主轴，转槽楔开发了镍硅铬铜、锆铜、铍镍铜等特种合金材料，替代了国外同类进口产品。

1、镍硅铬铜常规汽轮发电机转子槽楔用紫铜材料加工，它虽然具有导电性能较好的优点，但强度较低，使用效果差、寿命短。

我公司结合自身的生产经验，自主研发了高强度、中导电的新型铜合金材料——镍硅铬铜，完全达到产品规定的各项技术要求。

目前其性能指标稳定，数值如下：抗拉强度R M≥720MPa屈服强度R P0.2≥630Mpa延伸率≥16%硬度HRB≥95导电率MS/M≥24由于材料具有上述的优异性能，同时还可以作为电阻焊机导电轴、点焊电极使用。

目前预计年用量不少于200吨。

2、锆铜锆铜是我公司为上海汽轮电机有限公司开发的另一个新产品，它主要用于汽轮发电机的主轴，主要技术指标如下：硬度HRB≥70导电率MS/M≥50抗拉强度R M≥315MPa屈服强度R P0.2≥275MPa延伸率≥12%同时锆铜由于具有超高的导电率，被广泛应用于电阻焊铝合金产品的焊接，目前市场年容量估计2000万元。

3、铍镍铜由于其高硬度、中导电、耐高温的特性，该产品被广泛应用于电阻焊凸焊电极、汽轮发电机槽楔、炼钢炉结晶器用平板、低压电器开发弹性触头、塑料玩具冲压模具等行业。

主要技术性能如下：硬度HRB≥95导电率MS/m≥32软化温度≥650℃抗拉强度R M≥720MPa屈服强度R P0.2≥630MPa该产品由于其具有优异的技术性能，将逐步被许多新兴产业所使用，市场前景不可估量。

四、集成电路引线框架集成电路（IC）由芯片、引线框架和塑封3个部分组成。

引线框架作为IC 部分必须具有如下特性：抗拉强度抗拉强度R M≥600MPa导电率≥80 IACS%抗软化温度≥800K（或较高的导热性）铜合金材料以其优良的性能、低廉的价格而被广泛用IC作引线框架材料。

目前，占集成电路市场份额的80%以上，我国每年需要铜合金框架铜带100～115万吨，但大部分仍需进口。

因此，该产品的研究开发刻不容缓。

根据引线框架材料的技术要求和目前国外实际使用性能较好的材料是CuNiSi和CuCrZr合金。

经实验论证，镍硅铜成份控制在：Ni3.2, Si0.75范围。

工艺路线为：900℃×2h固溶处理+70%冷变形+500℃×4h时效CuNiCr合金的性能可望达到超大规模集成电路所需理想的技术指标：硬度≥96HRB；抗拉强度R M≥800Mpa；导电率≥50% IACSCuCrZr合金具有高强度和良好的导电性能，是目前研制出的唯一能够满足超大规模集成电路性能要求的高强高导引线框架材料。

Cr和Zr在铜基合金中起固溶强化与时效硬化作用；时效处理后Zr与Cu结合形成大量细小的均匀分布的Cu3Zr析出粒子，可阻碍位错的爬升，滑移和晶界迁移，进一步提升了合金的综合性能。

日本利用其开发出的非真空生产技术成功地研制出几种高强高导CuCrZr系引线框架材料，并已形成产业化、规模化生产，具有代表性的合金是NK120及三菱公司的OMCL-1.CuCrZr合金如果成份控制在：Cr0.37; Zr0.06;Mg0.13。