行業(yè)前沿,銅鐵合金——新材料技術(shù)***
發(fā)布時(shí)間:2021-08-16點(diǎn)擊:1871
國(guó)家大力發(fā)展新基建,對(duì)很多新材料而言,是十分難得的機(jī)遇。近幾年備受關(guān)注的一種新材料——銅鐵合金,自帶優(yōu)勢(shì)明顯、應(yīng)用前景廣闊,且我國(guó)在該領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)在國(guó)際上已處于***地位,使其未來(lái)發(fā)展被普遍看好。中南大學(xué)副校長(zhǎng)周科朝曾說(shuō),將銅、鐵這兩種古老的金屬結(jié)合在一起,有望煥發(fā)新的生機(jī)并將產(chǎn)生新的廣泛的應(yīng)用,銅鐵合金材料將帶來(lái)一代材料應(yīng)用的技術(shù)***。
一、抓住時(shí)代機(jī)遇?“銅鐵合金”引發(fā)關(guān)注
業(yè)內(nèi)連續(xù)舉辦的兩次***研討會(huì)議,使“銅鐵合金”逐漸進(jìn)入大眾視線。特別是兩次會(huì)議的宣傳標(biāo)題,“銅鐵合金,大有作為”“銅鐵合金,揚(yáng)帆起航”,醒目又貼切,不僅點(diǎn)明了會(huì)議宗旨,也很好地詮釋出了當(dāng)前市場(chǎng)對(duì)“銅鐵合金”新材料的關(guān)注與期待。
從工信部的相關(guān)舉措和行業(yè)協(xié)會(huì)對(duì)該新材料技術(shù)研發(fā)的肯定中,我們能感受到這份關(guān)注。
2020年,工信部委托中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)開(kāi)展擴(kuò)大銅高端材料消費(fèi)策略研究,經(jīng)多次研討,選擇以銅鐵合金和銅水管為切入點(diǎn),打造典型示范應(yīng)用,挖掘銅合金消費(fèi)潛力。同年,工信部還對(duì)新材料應(yīng)用開(kāi)展了首批次應(yīng)用保險(xiǎn)補(bǔ)償機(jī)制工作,以此拓展產(chǎn)品新應(yīng)用領(lǐng)域,工信部提出倡議和鼓勵(lì):“希望通過(guò)研討會(huì)的契機(jī),上下游擴(kuò)大合作,共同提升銅鐵合金材料發(fā)展水平,為我國(guó)有色金屬工業(yè)建設(shè)做出貢獻(xiàn)。
二、銅鐵合金具有獨(dú)特“魅力”
高鐵含量銅鐵合金是以銅為基添加鐵元素的銅合金體系,以一定比例構(gòu)成的銅鐵合金,兼?zhèn)溷~的高導(dǎo)電率、導(dǎo)熱率和鐵的高導(dǎo)磁率,是一種典型的結(jié)構(gòu)功能一體化的復(fù)合材料。
銅鐵合金的優(yōu)勢(shì)不勝枚舉,從產(chǎn)品性能看,它具有優(yōu)異的機(jī)械性能、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能和電磁屏蔽性能。如,經(jīng)測(cè)試CuFe10的導(dǎo)電性能是現(xiàn)錫磷青銅的4倍、力學(xué)性能也高于現(xiàn)錫磷青銅,其具有廣泛替代老體系銅合金的潛質(zhì)。特別是它的寬頻譜的***電磁屏蔽性能,是其他銅合金無(wú)法比擬的。在全世界范圍內(nèi),汽車、PC、電氣電子機(jī)器、產(chǎn)業(yè)機(jī)械、機(jī)器人控制設(shè)備等高端裝備因電磁場(chǎng)影響而產(chǎn)生的很多問(wèn)題和故障,銅鐵合金可以很容易解決。另有***新研究成果揭示,由于銅鐵合金特殊的電化學(xué)特性,其還具有優(yōu)異的抑菌和殺毒功能。
從生產(chǎn)成本看,鐵在金屬原料中是目前***易獲得和***廉價(jià)的產(chǎn)品,在當(dāng)前銅合金體系中高鐵含量銅鐵合金的原料成本是相對(duì)較低的。從生產(chǎn)環(huán)節(jié)看,鐵的添加不會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì),回收利用時(shí)同樣不存在有害物質(zhì)。
基于上述性能優(yōu)點(diǎn),專家分析,銅鐵合金產(chǎn)品具有巨大的應(yīng)用前景。如銅鐵板帶可用于5G手機(jī)散熱板、屏蔽罩、大尺寸OLED背板材料、大尺寸LED顯示屏散熱板(在日本已經(jīng)應(yīng)用)、電連接器接插件、無(wú)線充電線路板、空調(diào)冷凝管等;銅鐵合金桿、棒、線、絲材可用于電磁屏蔽線、高保真音頻線、無(wú)人機(jī)高速電機(jī)用電磁屏蔽電線、高壓電纜線、機(jī)器人通訊控制線、射頻線、編織電磁屏蔽網(wǎng)/帶、海水養(yǎng)殖網(wǎng)箱、焊接絲材等;銅鐵合金粉末可用于剎車片、吸波屏蔽涂料、3D打印,醫(yī)用抗菌(如糖尿病傷口愈合)等;銅鐵合金在三相異步電機(jī)、注塑模具、電火花加工、電烙鐵頭、電工觸頭等方面也具有潛在的應(yīng)用前景。
三、從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)化生產(chǎn)的“一步之遙”走了數(shù)十年
在過(guò)去近百年的研究開(kāi)發(fā)過(guò)程中,雖然人們發(fā)現(xiàn)了銅鐵合金具有多種優(yōu)異性能且應(yīng)用前景廣闊,但由于銅與鐵的兼容性差,液態(tài)的銅和鐵有互不相溶的分離現(xiàn)象,銅鐵合金被稱為金屬材料中的“油”和“水”,因此,一直未能生產(chǎn)出具有真正使用價(jià)值的銅鐵合金。然而,世界各地的學(xué)者并未停止對(duì)銅鐵合金研究的腳步。
世界上對(duì)銅鐵合金研究***多的是在日本,已有超過(guò)30年的研究經(jīng)驗(yàn),主要集中在合金的制備技術(shù)和市場(chǎng)應(yīng)用方面,如新能源汽車配件,活塞頭、電子控制箱電磁屏蔽材料,剎車盤等;新型醫(yī)療機(jī)器制造,屏蔽箱體、屏蔽室、衛(wèi)生服等;新一代電子通信領(lǐng)域,通信基站的屏蔽材,熱擴(kuò)散材料、連接器等;以及各類航空航天用電磁屏蔽線,船舶螺旋槳修理用焊條,散熱模具,放電加工線材等領(lǐng)域。但一直以來(lái),銅鐵合金的工業(yè)化生產(chǎn)并未真正實(shí)現(xiàn)。
國(guó)內(nèi)對(duì)銅鐵合金的研究起步較晚,***初主要集中在大學(xué)院校,如大連鐵道學(xué)院對(duì)Cu-20%Fe原位復(fù)合材料的研究,重慶理工大學(xué)對(duì)高強(qiáng)高導(dǎo)Cu-Fe合金的研究進(jìn)展,上海理工大學(xué)對(duì)不同成分銅鐵合金組織與性能變化研究,浙江大學(xué)對(duì)銅鐵合金均勻化熱處理的研究,中南大學(xué)對(duì)銅鐵合金制造、組織性能演變的研究等等,大多停留在實(shí)驗(yàn)室階段。直到有了企業(yè)的積極參與后,銅鐵合金的命運(yùn)才發(fā)生真正的改變。
四、“銅鐵合金”的未來(lái)
對(duì)于銅鐵合金的未來(lái)發(fā)展,記者在采訪時(shí)感受到,大家的想法基本一致,銅鐵合金新材料前景廣闊,現(xiàn)已擁有世界***的技術(shù),但在應(yīng)用領(lǐng)域還需要下大力氣研發(fā)、推廣。當(dāng)前我國(guó)正面臨解決基礎(chǔ)材料“卡脖子”問(wèn)題,打通國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈,構(gòu)建以國(guó)內(nèi)大循環(huán)為主體、國(guó)內(nèi)國(guó)際雙循環(huán)相互促進(jìn)發(fā)展格局的新形勢(shì),對(duì)于銅鐵合金新材料的研究開(kāi)發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,將是千載難逢的機(jī)遇。
中南大學(xué)材料學(xué)院院長(zhǎng)李周告訴記者,當(dāng)前,我國(guó)銅鐵合金的產(chǎn)業(yè)化制備技術(shù),特別是銅鐵中間合金、銅鐵合金板帶箔材、銅鐵合金棒線和超細(xì)絲材的制備加工處于國(guó)際***水平,對(duì)其相關(guān)機(jī)理的研究走在前列,相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的申報(bào)工作已經(jīng)取得顯著進(jìn)展。但是,目前針對(duì)該合金的應(yīng)用研究主要是日本和韓國(guó)的企業(yè),國(guó)內(nèi)高校和生產(chǎn)企業(yè)在材料的服役性能研究和合金推廣應(yīng)用方面還存在很大差距,需要下大力氣。他認(rèn)為高校和研究院所能針對(duì)銅鐵合金的短流程制備技術(shù)、特殊的物理特性和抑菌性能等方面開(kāi)展系統(tǒng)和深入的研究;同時(shí),基于銅鐵合金特殊的綜合性能,開(kāi)展不同場(chǎng)景下的應(yīng)用研究。
一些企業(yè)表示,當(dāng)前環(huán)境對(duì)銅鐵合金發(fā)展是一個(gè)非常好的機(jī)遇,因?yàn)閲?guó)家在不斷地提出國(guó)產(chǎn)化,說(shuō)明還有很多材料在依賴進(jìn)口,“跟跑”國(guó)外,而銅鐵合金是那為數(shù)不多可以“領(lǐng)跑”的一種新材料,正因如此,今后需要投入更大的人力物力去研究,去保持這一***。他認(rèn)為銅鐵合金未來(lái)的發(fā)展方向主要是應(yīng)用研究,如新基建領(lǐng)域、新一代通訊電子領(lǐng)域、各類航空航天用電磁屏蔽領(lǐng)域的應(yīng)用等。對(duì)于陜西斯瑞而言,未來(lái)他們將在生產(chǎn)制造、市場(chǎng)研究、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)等方面著力,投入更先進(jìn)的制造設(shè)備和制備工藝,實(shí)現(xiàn)銅鐵合金高純度、高一致性、高均勻性以及低成本制造。目前企業(yè)已獲得6項(xiàng)銅鐵合金***,并向國(guó)標(biāo)委提交了銅鐵合金鑄錠、銅鐵合金板帶、銅鐵合金棒線行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)文件,今后在知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)方面還將不斷加強(qiáng)研究。
高鐵含量銅鐵合金材料是一個(gè)新體系,國(guó)外特別是日本從可見(jiàn)的報(bào)道中發(fā)現(xiàn)就有20多家研究機(jī)構(gòu)在從事相關(guān)研究,特別是在電磁屏蔽性、傳導(dǎo)散熱性、焊接性、抑菌性等研究領(lǐng)域擁有眾多成果,而我國(guó)在這方面幾乎空白。現(xiàn)在我們?cè)诓牧袭a(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域的突破只是萬(wàn)里長(zhǎng)征的***個(gè)里程碑,對(duì)其研究和應(yīng)用還需要大量的工作和投入,“大家肩負(fù)重要的歷史使命。” 鄭敦向記者透露,他們計(jì)劃在寧波金田銅業(yè)、陜西斯瑞,中南大學(xué)等“緊密合作推動(dòng)體”的基礎(chǔ)上,吸引更多的應(yīng)用企業(yè)、生產(chǎn)企業(yè)、研究單位等加盟,重點(diǎn)在屏蔽、引線框架、焊接材料等的應(yīng)用上理清需求,制定目標(biāo)計(jì)劃,分工合作提升研發(fā)效率。他同時(shí)建議媒體通過(guò)對(duì)該材料***而富有深度的報(bào)道,引起國(guó)內(nèi)廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域***人士對(duì)該材料的興趣,進(jìn)而促成“用、產(chǎn)、研、學(xué)、政”更廣泛的研發(fā)聯(lián)盟和政府政策、項(xiàng)目(資金)等的支持,為推動(dòng)我國(guó)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
在業(yè)內(nèi)連續(xù)舉辦的兩次***研討會(huì)上,很多下游企業(yè)也表示出對(duì)銅鐵合金新材料的期待。一些企業(yè)表示十分關(guān)注銅鐵合金新材料的進(jìn)展,希望其能盡快在新能源、電池等領(lǐng)域得到應(yīng)用。希望能盡快使銅鐵合金新材料應(yīng)用于大電流電纜、特種車輛生產(chǎn)等領(lǐng)域,并早日實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化替代。湖南大學(xué)副教授黃智文講述了土木工程上電渦流調(diào)向阻尼器、超高層超大跨度橋梁上對(duì)銅鐵合金新材料的需求應(yīng)用。更有企業(yè)提出嘗試將銅鐵合金材料應(yīng)用于光機(jī)電一體微型馬達(dá)中,替代原先的SPCC材料(沖壓+電鍍)的想法。
來(lái)源:有色新聞 作者:張小紅