Τώρα που ολοκληρώσαμε την ταξινόμηση των κραμάτων χαλκού, ας μιλήσουμε για την τάση ανάπτυξης των κραμάτων χαλκού:
1. Υψηλός καθαρισμός: Ο κύριος σκοπός του υψηλού καθαρισμού είναι να βελτιωθεί όσο το δυνατόν περισσότερο η ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα του υλικού. Η περιεκτικότητα σε χαλκό του βιομηχανικού χαλκού κυμαίνεται από 99,90% έως 99,95%, και στη συνέχεια σε 99,99% (4Ν) ή ακόμη υψηλότερη, όπως ο εξαιρετικά καθαρός χαλκός που περιέχει 99,9999% (6Ν) και οι απαιτήσεις περιεκτικότητας σε ακαθαρσίες είναι επίσης πιο αυστηρή. Για παράδειγμα, η περιεκτικότητα σε οξυγόνο (Ο) μειώνεται από 0.01%~0.{{20}}5% σε 0,001%~0,006% , και τέλος στο 0,0002%~0,0003%. Ελαχιστοποιήστε την επίδραση των ακαθαρσιών στην ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα. Τυπικές εφαρμογές περιλαμβάνουν χαλκό υψηλής καθαρότητας για καλώδια σύνδεσης μετάδοσης δικτύου, χαλκό χωρίς οξυγόνο υψηλής καθαρότητας για ηλεκτρικές συσκευές κενού, μονοκρύσταλλο χαλκό και εξαιρετικά καθαρό χαλκό για ακριβή καθοδήγηση και μετάδοση σήματος υψηλής πιστότητας και υπεραγωγούς κ.λπ.
Σε σύγκριση με τον πολυκρυσταλλικό χαλκό, η αντοχή στον εφελκυσμό του μονοκρυσταλλικού χαλκού μειώνεται κατά 24,71%, η επιμήκυνση αυξάνεται κατά 2,39 φορές, η συρρίκνωση της διατομής αυξάνεται κατά 4,14 φορές, η ειδική αντίσταση μειώνεται κατά 31,7%, λιγότερο από 1,72×{ {11}}Ω·m, η περιεκτικότητα σε οξυγόνο είναι μικρότερη από 5×{10-6, η περιεκτικότητα σε υδρογόνο είναι μικρότερη από 0...5×10-6 και η πυκνότητα είναι μεγαλύτερη από 8,92t/m3.
Η άλλη πλευρά της εξέλιξης των υλικών από κράμα χαλκού προς τον υψηλό καθαρισμό είναι ότι η μήτρα του κράματος χαλκού απαιτείται να καθαρίζεται σε μεγάλο βαθμό σε κράματα μικροκράματος χαλκού για να διασφαλιστεί ότι το υλικό έχει υψηλότερη συνολική απόδοση.
2. Μικροκράμα: Ο σκοπός του μικροκράματος είναι να θυσιάσει τη μικρότερη ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα σε αντάλλαγμα για άλλες ιδιότητες, όπως μια σημαντική αύξηση της αντοχής. Για παράδειγμα, προσθέτοντας περίπου 0.1% σιδήρου (Fe), μαγνησίου (Mg), τελλουρίου (Te), πυριτίου (Si), αργύρου (Ag), τιτανίου (Ti), χρωμίου (Cr) ή ζιρκονίου (Zr), στοιχεία σπάνιων γαιών κ.λπ. μπορούν να βελτιώσουν την αντοχή, τη σκληρότητα, τη θερμοκρασία αποσκλήρυνσης ή τη δυνατότητα επεξεργασίας. Ο μικροκράμα χαλκού είναι ένα από τα καυτά θέματα στην τρέχουσα ανάπτυξη υλικών από κράμα χαλκού. Ο ανθεκτικός στο οξυγόνο χαλκός και τα κράματα χαλκού υψηλής αντοχής και υψηλής αγωγιμότητας είναι οι κύριοι μικροκραματωμένοι χαλκός.
Η έννοια του χαλκού με βάση το οξυγόνο είναι ότι σε σχέση με τον χαλκό χωρίς οξυγόνο, η περιεκτικότητά του σε χαλκό είναι πάνω από 99,90%, που ισοδυναμεί με τον συνηθισμένο καθαρό χαλκό, αλλά η περιεκτικότητά του σε οξυγόνο ελέγχεται στο 0. 005%~0,02% και η αγωγιμότητα μπορεί να είναι πάνω από 100% IACS. Αυτό συμβαίνει επειδή η σωστή ποσότητα οξυγόνου παίζει έναν ορισμένο οξειδωτικό και χημικό ρόλο στα ακαθαρσιακά στοιχεία μεταξύ των κρυστάλλων, καθαρίζοντας τη μήτρα σε ένα ορισμένο βαθμό. Το μεγαλύτερο χαρακτηριστικό της παραγωγής χαλκού με βάση το οξυγόνο είναι το χαμηλό κόστος των πρώτων υλών του. Τα χαμηλής ποιότητας απόβλητα χαλκού χρησιμοποιούνται για την παραγωγή υλικών χαλκού με βάση το οξυγόνο με υψηλή ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα.
Τα κράματα χαλκού υψηλής αντοχής και υψηλής αγωγιμότητας έχουν ευνοηθεί από τους εργαζόμενους στην επιστήμη και την τεχνολογία των υλικών σε όλο τον κόσμο λόγω της καλής συνολικής τους απόδοσης. Είναι ο ταχύτερα αναπτυσσόμενος τύπος κραμάτων χαλκού τα τελευταία χρόνια. Τα στοιχεία που προστίθενται με τη μικροκράμα είναι κυρίως: P, Fe, Cr, Zr, Ni, Si, Ag, Sn, Al κ.λπ. Τα αντιπροσωπευτικά συστήματα κραμάτων είναι κυρίως Cu-P, Cu-Fe-P σύστημα, Cu-Ni-Si σύστημα, Cu-Cr, σύστημα Cu-Cr-Zr, Cu-Ag, Cu-Ag–Cr, σύστημα Cu-Ag-Zr, σύστημα Cu-Sn κ.λπ., καθώς και διάφορα συστήματα κραμάτων σπάνιων γαιών. Το άθροισμα των περιεχομένων άλλων συστατικών στο κράμα μπορεί να είναι τουλάχιστον 0.01%~0,1% και το μέγιστο γενικά δεν υπερβαίνει το 3%. Το κοινό τους χαρακτηριστικό είναι ότι το υλικό έχει υψηλή αντοχή και υψηλή αγωγιμότητα.
3. Σύνθετο κράμα πολλαπλών στοιχείων: Προκειμένου να βελτιωθεί περαιτέρω η αντοχή, η αντίσταση στη διάβρωση, η αντοχή στη φθορά και άλλες ιδιότητες του χαλκού και των κραμάτων του ή για την ικανοποίηση ορισμένων ειδικών απαιτήσεων εφαρμογής, πολλαπλά εξαρτήματα όπως πέντε και έξι στοιχεία είναι προστέθηκε στον υπάρχοντα μπρούτζο και ορείχαλκο για την επίτευξη διαφορετικών λειτουργιών όπως υψηλή ελαστικότητα, υψηλή αντοχή στη φθορά, υψηλή αντοχή στη διάβρωση και εύκολη κοπή. Το κράμα πολλαπλών στοιχείων (τεσσάρων ή περισσότερων συστατικών) έχει γίνει ένα άλλο καυτό θέμα στην ανάπτυξη κραμάτων χαλκού και νέα πολύπλοκα κράματα εμφανίζονται σε ένα ατελείωτο ρεύμα. Τα τυπικά κράματα περιλαμβάνουν ορείχαλκο μαγγανίου πολλαπλών στοιχείων, ορείχαλκο πυρίτιο-μαγγάνιο, ορείχαλκο κασσίτερο βορίου, κράματα χαλκού χωρίς μόλυβδο κ.λπ. Τα κοινά χαρακτηριστικά τους είναι η υψηλή αντοχή και σκληρότητα και η αντοχή σε εφελκυσμό μπορεί γενικά να φτάσει τα 6{{24 }}0~70{{30}}MPa ή περισσότερο. Για παράδειγμα, ο νέος ορείχαλκος μαγγανίου 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%, υπόλοιπο Zn) έχει αντοχή σωλήνα ελέγχου πάνω από 6{{6{0}}0MPa, επιμήκυνση πάνω από 2{{70}}%, και σκληρότητα HB πάνω από 180. Αλουμίνιο ορείχαλκος 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%, υπόλοιπο Zn), η δύναμή του ξεπερνά τα 750MPa, η σκληρότητα HB ξεπερνά το 220. Νέο αλουμίνιο μπρούτζο QAl9-5-1-1 (Cu: υπόλοιπο, Al: 8,0%~10,0%, Ni : 4,0%~6,0%, Mn: 0,5%~1,5%, Fe: 0,5%~1,5%), η αντοχή του είναι 650MPa, η αντοχή διαρροής φτάνει τα 400MPa, η επιμήκυνση φτάνει περισσότερο από 14%. Αυτά τα υλικά χρησιμοποιούνται για την κατασκευή δακτυλίων γραναζιών συγχρονισμού αυτοκινήτων, ζευγών τριβής αντλιών υψηλής πίεσης ή χάλκινων σφηνών ηλεκτροδίων και η διάρκεια ζωής τους είναι μία έως πολλές φορές μεγαλύτερη από αυτή του συνηθισμένου ορείχαλκου ή μπρούτζου.
Τα τελευταία χρόνια, με τη βελτίωση της περιβαλλοντικής συνείδησης των ανθρώπων, η προστασία του περιβάλλοντος έχει γίνει το θέμα της ανάπτυξης του παγκόσμιου πολιτισμού. Οι άνθρωποι ανησυχούν περισσότερο για την επίδραση επιβλαβών στοιχείων όπως ο μόλυβδος, το βηρύλλιο, το κάδμιο και το αρσενικό. Η ανάπτυξη φιλικών προς το περιβάλλον υλικών από κράμα χαλκού, όπως ορείχαλκος ελεύθερης κοπής χωρίς μόλυβδο, κράμα χαλκού υψηλής ελαστικότητας χωρίς βηρύλλιο και ανθεκτικό στη διάβρωση κράμα χαλκού χωρίς αρσενικό, έχει γίνει μία από τις σημαντικές κατευθύνσεις ανάπτυξης των υλικών από κράμα χαλκού.
4. Σύνθετα υλικά: Υπάρχουν δύο κύριοι τρόποι για την κατασκευή υλικών από κράμα χαλκού: ο ένας είναι η εισαγωγή στοιχείων κράματος για την ενίσχυση της μήτρας χαλκού ώστε να σχηματιστεί ένα κράμα. το άλλο είναι να εισαχθεί μια δεύτερη φάση ενίσχυσης για να σχηματιστεί ένα σύνθετο υλικό. Για παράδειγμα, ο ενισχυμένος με διασπορά χαλκός χωρίς οξυγόνο είναι ένα τυπικό τεχνητό σύνθετο υλικό και τα κοινώς χρησιμοποιούμενα διασκορπισμένα σωματίδια περιλαμβάνουν Al2O3, ZrO2, Y2O3, ThO2 κ.λπ. Η μέθοδος τεχνητού σύνθετου υλικού αναφέρεται στην τεχνητή προσθήκη σωματιδίων δεύτερης φάσης, μουστάκια ή ίνες στον χαλκό για την ενίσχυση της μήτρας του χαλκού και την εισαγωγή ομοιόμορφα κατανεμημένων, λεπτών και θερμικά σταθερών σωματιδίων οξειδίου στη μήτρα χαλκού για την ενίσχυση του χαλκού για τη λήψη ενός υλικού. Το συστατικό της δεύτερης φάσης είναι γενικά κάτω από 1% ή ακόμη χαμηλότερο στο 0,01%, αλλά η επίδραση ενίσχυσης στο υλικό είναι πολύ εμφανής, βελτιώνοντας ιδιαίτερα την αντοχή του υλικού σε υψηλή θερμοκρασία. Για παράδειγμα, Cu-2.5%TiB2 (κλάσμα όγκου), η αγωγιμότητα είναι 76%LACS και η αντοχή εφελκυσμού είναι 675 MPa. Cu{19}}.5%Al2O3 (κλάσμα μάζας) κράματα σειράς, η αντοχή θερμοκηπίου του υλικού μπορεί να φτάσει τα 500~800MPa, η αγωγιμότητα μπορεί να φτάσει περισσότερο από 85%LACS και η αντοχή του υλικού μετά την καύση υδρογόνου στους 900 ο βαθμός εξακολουθεί να φτάνει τα 200~400MPa.
Ένας άλλος τύπος ταχέως αναπτυσσόμενων είναι τα in-situ σύνθετα υλικά (αυτογενή σύνθετα υλικά). Τα in situ σύνθετα υλικά αναφέρονται σε έναν τύπο σύνθετου υλικού στο οποίο δημιουργούνται οπλισμοί στη μήτρα του χαλκού μέσω εξώθερμων αντιδράσεων μεταξύ στοιχείων ή μεταξύ στοιχείων και ενώσεων. Οι ενισχύσεις σε αυτόν τον τύπο σύνθετου υλικού δεν έχουν ρύπανση διεπαφής και έχουν καλή συμβατότητα διεπαφής με τη μήτρα. Σε σύγκριση με τα παραδοσιακά σύνθετα υλικά τεχνητής εξωτερικής ενίσχυσης, η αντοχή τους βελτιώνεται σημαντικά, διατηρώντας παράλληλα καλή σκληρότητα και καλή απόδοση σε υψηλή θερμοκρασία. Για παράδειγμα, τα σύνθετα υλικά Cu-20%Nb (κλάσμα όγκου) έχουν εξαιρετικά υψηλή αντοχή εφελκυσμού, κοντά στα 2000Pa. Το Cu{4}}% (κλάσμα μάζας) έχει αγωγιμότητα 66,6% LACS και αντοχή εφελκυσμού 1450 MPa. Άλλα σύνθετα υλικά όπως το Cu-Fe και το Cu-Ta έχουν επίσης υψηλή αντοχή σε θερμοκρασία δωματίου και αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία και η αντοχή των υλικών μπορεί γενικά να φτάσει τα 800~1500MPa.
