高強(qiáng)高導(dǎo)Cu-Cr-Zr系合金的研究與應(yīng)用進(jìn)展

占國(guó)星，李明茂

（江西理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江西贛州341000）

高強(qiáng)高導(dǎo)Cu-Cr-Zr系合金的研究與應(yīng)用進(jìn)展

占國(guó)星，李明茂

（江西理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江西贛州341000）

對(duì)Cu-Cr-Zr系合金從成分設(shè)計(jì)、制備方法、形變熱處理工藝、研究熱點(diǎn)及應(yīng)用進(jìn)展四個(gè)方面展開(kāi)論述.分析了Cr、Zr對(duì)Cu基體的影響，概述了多種微量元素及稀土元素對(duì)銅鉻鋯性能的影響.非真空熔煉的研究比其它熔煉方式要實(shí)際很多.固溶后冷變形能顯著提高合金的強(qiáng)化效果.該類(lèi)合金研究?jī)r(jià)值高，應(yīng)用領(lǐng)域廣.并提出了Cu-Cr-Zr系合金的研究發(fā)展趨勢(shì)及存在的問(wèn)題.

高強(qiáng)高導(dǎo);Cu-Cr-Zr合金;熔煉;形變熱處理;應(yīng)用

0 引言

高強(qiáng)高導(dǎo)Cu-Cr-Zr系合金不僅具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能和物理性能，還具有高的強(qiáng)度、相對(duì)較高的電導(dǎo)率和良好的塑性，近年來(lái)引起了材料界專(zhuān)家學(xué)者的廣泛關(guān)注，如我國(guó)的清華大學(xué)、北京科技大學(xué)、江西理工大學(xué)、中南大學(xué)、河南科技大學(xué)、北京有色金屬研究總院、洛陽(yáng)銅加工廠等單位都進(jìn)行了大量的相關(guān)研究[1-3]，取得了一定的成果，尤其是在合金的強(qiáng)化及熱處理方面成果顯著.文中從合金的設(shè)計(jì)、制備方法、形變熱處理、應(yīng)用領(lǐng)域等方面探討了高強(qiáng)高導(dǎo)Cu-Cr-Zr系合金最新的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向.

1 Cu-Cr-Zr系合金成分設(shè)計(jì)

銅合金電導(dǎo)率若提高則其強(qiáng)度會(huì)降低，若強(qiáng)度提高則其電導(dǎo)率會(huì)減小，兩者是一對(duì)相互矛盾的性能，故需尋找一些元素滲入到銅中使得電導(dǎo)率和強(qiáng)度都保持一個(gè)較高的水平.要獲得這樣高強(qiáng)高導(dǎo)的銅合金有兩種途徑：一種是合金化法，另一種是復(fù)合材料法.目前采用合金化法的研究相對(duì)比較多，其中銅基合金設(shè)計(jì)需遵循以下規(guī)則才能達(dá)到高強(qiáng)高導(dǎo)的效果：①加入能形成恰當(dāng)強(qiáng)化相的元素；②選擇能增加銅合金的強(qiáng)度而對(duì)電導(dǎo)率影響較小的元素；③加入的元素在銅基體中的固溶度在高溫時(shí)比較大，在低溫時(shí)卻比較小.由Cu-Cr平衡相圖[4]知：其在1076℃，溶解度為0.65 wt%，而在室溫時(shí)，溶解度卻低至0.03 wt%，故Cr在Cu中的溶解度有了非常大的落差.由Cu-Zr平衡相圖[5]知：Zr在Cu中的最大的固溶度僅為0.15 wt%，溫度緩慢降低其在Cu中的固溶度會(huì)急劇減小到幾乎為零.根據(jù)Mott-Nabbaro理論公式σ=σ0+kCm，σ為合金的流變應(yīng)力；σ0為純金屬的流變應(yīng)力；C為溶質(zhì)原子的濃度；k、m為與基體和合金元素性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)，m的數(shù)值在0.5～1之間；可以得到一些合金元素對(duì)銅電阻率的影響從強(qiáng)到弱的順序?yàn)門(mén)i>P>Fe>Co>Si>Ag>Cr>Be>Mn>Sb>Al>Sn> Ni>Pb>As>Zn>Cd，且低含量(<1.0%)的Cr對(duì)Cu的電導(dǎo)率影響較小，綜上Cr、Zr元素比較符合Cu合金的成分設(shè)計(jì)要求.Cr、Zr同時(shí)加入Cu中能起到協(xié)同作用，不僅可以得到較高的抗拉強(qiáng)度、電導(dǎo)率，而且可以得到優(yōu)良的延伸率、斷面收縮率，正由于Cu-Cr-Zr有了如此良好的性能，才使得國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行大量的研究.K.Kapoor等[6]研究發(fā)現(xiàn)Cr、Zr的加入使得Cu-Cr-Zr系合金位錯(cuò)能減小，熱強(qiáng)度提高；I.S.Batra等[7]研究表明微量Zr的加入使得Cu-Cr-Zr合金和Cu-Cr合金的析出物順序發(fā)生改變.慕思國(guó)[8]對(duì)6種成分的Cu-Cr-Zr合金分析發(fā)現(xiàn)Cr/Zr>3.5的合金中，強(qiáng)化相主要是Cr相，Cr/Zr<3.5合金中，強(qiáng)化相則主要是Cu5Zr相.

Cu-Cr-Zr合金設(shè)計(jì)常加入其它的微量元素，常用的固溶元素有Sn、Ag、Ni、Mg、Zn、Si、Fe、P、Cd等，但這些元素會(huì)導(dǎo)致銅合金的電導(dǎo)率下降，且含量一般控制在1%以下，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中常為了除去熔體中的氧加入少量的鎂元素，而不加入磷[9]，因?yàn)殒V對(duì)銅的電導(dǎo)率影響比磷小得多.

大量研究表明：稀土在銅合金中主要是起到凈化組織、細(xì)化晶粒、改變夾雜物的分布等作用，以此來(lái)提高合金的強(qiáng)度、塑性，改善其導(dǎo)電導(dǎo)熱性、耐磨耐腐蝕性、機(jī)械加工等性能[10-13].但是稀土的加入量不宜過(guò)多（一般其加入量維持在0.1 wt%左右），過(guò)多則會(huì)降低Cu-Cr-Zr合金的性能，大部分學(xué)者研究將加入到Cu-Cr-Zr系合金的稀土元素為Ce和Y.王艷蕊等[14]研究了向Cu-Cr-Zr合金中加入微量稀土元素Y對(duì)時(shí)效后的電導(dǎo)率和顯微硬度的影響，結(jié)果表明：加入了稀土Y的一組Cu-Cr-Zr合金比沒(méi)有加入稀土Y的顯微硬度要高9 HV，但電導(dǎo)率卻略有降低.

2 Cu-Cr-Zr系合金的制備方法

2.1 Cu-Cr-Zr在真空下的熔煉與鑄造工藝

要獲得高性能的Cu-Cr-Zr合金又要獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益，就必須選擇合理的熔煉方法和合適的鑄造工藝.其Cu-Cr-Zr合金的熔煉方法主要有真空熔煉、非真空熔煉、快速凝固技術(shù)等.

Cu-Cr-Zr合金中的Cr、Zr加入到Cu中比較困難，這是因?yàn)镃u基體的密度8.969 g/cm3，Cr的密度為7.22 g/cm3，Zr的密度為6.52 g/cm3，所以Cr、Zr浮在Cu的表面，但是由于Zr比較容易氧化吸氣且Cr也與氧的親和力比較強(qiáng)，導(dǎo)致浮在Cu表面的Cr和Zr很容易和爐體中的氧發(fā)生反應(yīng)，很難控制Cr、Zr在Cu的含量，所以選擇真空熔煉是比較理想的制備方法，用此方法可以有效地進(jìn)行脫氫脫氧，控制成分含量，獲得質(zhì)量?jī)?yōu)良的鑄錠.但是真空熔煉還存在如下問(wèn)題：首先，真空熔煉需要很高的真空度，對(duì)爐體本身的密封性要求比較高，熔煉時(shí)對(duì)溶液不能進(jìn)行成分測(cè)量、含量和成分調(diào)整、扒渣等操作，因此對(duì)原材料的成分含量和雜質(zhì)含量要求比較高；其次，真空熔煉一般不用快速冷卻的方法，使得鑄錠晶體粗化，在后續(xù)熱軋或冷軋工藝中，很容易出現(xiàn)一些裂紋，降低了板帶材成品率；最后，真空熔煉的投資大，而由于真空熔煉的性質(zhì)決定了熔煉時(shí)的不連續(xù)操作，使其只能小規(guī)模生產(chǎn)而不能大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率低下.

2.2 Cu-Cr-Zr在非真空下的熔煉與鑄造工藝

由于真空熔煉存在的一些缺點(diǎn)，并綜合國(guó)內(nèi)外的生產(chǎn)企業(yè)一般面臨資金短缺，生產(chǎn)成本壓力大等特點(diǎn)，擺脫真空熔煉，解決非真空熔煉的技術(shù)問(wèn)題，就成為許多銅合金生產(chǎn)企業(yè)和科研工作者的研究課題之一，并取得了一定的成果.

非真空熔煉工藝一般是：對(duì)中頻爐進(jìn)行烘爐，除去爐體中的水汽，過(guò)數(shù)小時(shí)后向其加入電解銅同時(shí)加入覆蓋劑，快速熔化升溫，及時(shí)補(bǔ)充覆蓋劑，電解銅全部熔成液體后，升溫至1200~1250℃，加入Cu-Mg中間合金和覆蓋劑，經(jīng)過(guò)幾分鐘升溫至1300℃左右，加入Cu-Cr中間合金和加入覆蓋劑，再經(jīng)過(guò)幾分鐘降溫至1250~1300℃后加入Cu-Zr中間合金，保溫10 min左右后停爐，扒渣，澆注到已經(jīng)預(yù)熱好的鐵模中.Cr和Zr都采用合金的形式加入，是因?yàn)镃r和Zr的熔點(diǎn)由1863℃、1865℃分別降至1150~1180℃、965~1020℃，與Cu的熔點(diǎn)1083℃比較接近，便于熔化.耿保華[9]和李明茂等[15]先后對(duì)工藝進(jìn)行了優(yōu)化，提出了采用包內(nèi)沖熔的方式，降低Cr、Zr的熔化燒損，減少熔化時(shí)間.鄒彬等[16]使用了專(zhuān)用復(fù)合覆蓋劑，其成分配比（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaCl為20%~30%、CaCl2為60% ~75%、CaF2為3%~8%、KCl為4%~10%、Na3AlF6為3%~8%，使得Cr、Zr收得率分別高達(dá)80%~95%，60%~80%.陶業(yè)卿等[17]使用中頻感應(yīng)爐在大氣環(huán)境下熔煉Cu-Cr-Zr合金，Zr以合金方式加入，坩堝選用鎂砂和石墨2種，并使用石墨和木炭作覆蓋劑，熔煉溫度控制在1250~1350℃，最終獲得化學(xué)成分合格，雜質(zhì)量低的合金，其鑄態(tài)的顯微硬度達(dá)到92 HV，電導(dǎo)率為53%IACS，經(jīng)固溶時(shí)效處理后可獲得顯微硬度為170 MPa，電導(dǎo)率為78%IACS的高性能合金.

2.3 快速凝固技術(shù)

由于普通熔鑄法制備的Cu-Cr-Zr系合金，其Cr、Zr在Cu中的平衡下的固溶度都比較小，Cr為0.65%，Zr更是低至0.11%，難以滿足應(yīng)用高強(qiáng)度的要求，快速凝固技術(shù)發(fā)展為高強(qiáng)度高導(dǎo)電Cu-Cr-Zr系合金研發(fā)開(kāi)辟了新的途徑.通過(guò)快速凝固技術(shù)可以得到比一般固溶處理大得多的過(guò)飽和度，Tenwick等[18]用快速凝固法制備Cu-Cr-Zr系合金時(shí)發(fā)現(xiàn)，Cr和Zr在Cu中的固溶度最大分別可以達(dá)到3.3%、1.3%，遠(yuǎn)大于其平衡時(shí)的固溶度，經(jīng)過(guò)時(shí)效后可以得到更加彌散細(xì)小的析出相，使得合金的強(qiáng)度得到提高.快速凝固技術(shù)是指通過(guò)合金熔體的快速冷卻或者非均質(zhì)形核被抑制形成很大的起始形核過(guò)冷度，或通過(guò)快速移動(dòng)的溫度場(chǎng)作用，使合金發(fā)生高生長(zhǎng)速率的凝固[19].通過(guò)快速凝固技術(shù)制備的Cu-Cr-Zr系合金有以下特點(diǎn)：晶粒細(xì)小、成分偏析少、形成新的亞穩(wěn)定相、晶體缺陷多，這些特點(diǎn)賦予了快速凝固技術(shù)在制備Cu-Cr-Zr系合金獨(dú)特的優(yōu)越性能.文獻(xiàn)[20]的研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)采用單輥旋轉(zhuǎn)急冷快速凝固技術(shù)制得的Cu-2.0Cr-0.3Zr(wt%)合金，顯微硬度達(dá)103 HV，比常規(guī)固溶處理態(tài)的顯微硬度(66 HV)提高了56%.我國(guó)發(fā)展該項(xiàng)技術(shù)較晚，并且大多學(xué)者都是圍繞后續(xù)的固溶時(shí)效進(jìn)行研究，而發(fā)達(dá)國(guó)家早就應(yīng)用該技術(shù)走向了工業(yè)化生產(chǎn).

3 Cu-Cr-Zr系合金的形變熱處理工藝

Cu-Cr-Zr合金發(fā)展已經(jīng)有幾十年，對(duì)該合金的后續(xù)加工研究[21-22]非常之多，也是研究的熱點(diǎn).目前對(duì)Cu-Cr-Zr系合金形變熱處理已經(jīng)很完善，其形變熱處理通常采用的工藝是：用熱軋或冷軋使合金發(fā)生形變量，用固溶處理和時(shí)效處理的方式使合金強(qiáng)化，同時(shí)保持著高硬度和高電導(dǎo)率.根據(jù)Cr和Zr含量的多少，合金的固溶溫度區(qū)間通常在920~1000℃，時(shí)效處理溫度區(qū)間通常在450~480℃，時(shí)效時(shí)間區(qū)間通常在0.5~4 h.

對(duì)Cu-Cr-Zr系合金進(jìn)行固溶，固溶時(shí)間相同的條件下，固溶溫度的高低都會(huì)影響固溶的效果：偏高時(shí)會(huì)造成合金的晶粒、晶界粗大，產(chǎn)生過(guò)燒現(xiàn)象，各方面的性能都會(huì)有一定量的降低.偏低時(shí)會(huì)造成Cr、Zr在Cu中的固溶度減小，成分不均.只有通過(guò)合適的固溶溫度和固溶時(shí)間，使合金元素Cr、Zr在Cu中形成過(guò)飽和固溶體，之后經(jīng)過(guò)時(shí)效處理使過(guò)飽和固溶體發(fā)生分解，從Cu基體中沉淀析出大量的合金元素，并以沉淀相的形式彌散分布，有效地阻止晶界與位錯(cuò)的移動(dòng)，大大提高了合金強(qiáng)度.固溶處理的效果也決定了合金電導(dǎo)率的大小，若過(guò)飽和固溶體合金的內(nèi)部有晶格畸變，則會(huì)明顯降低合金電導(dǎo)率，但時(shí)效時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)造成過(guò)時(shí)效的現(xiàn)象，降低強(qiáng)度、提高電導(dǎo)率.

時(shí)效工藝參數(shù)設(shè)置是Cu-Cr-Zr系合金的形變熱處理關(guān)鍵步驟，其工藝參數(shù)直接影響著強(qiáng)化相大小、種類(lèi)和彌散分布程度，決定合金的綜合性能.對(duì)Cu-Cr-Zr系合金進(jìn)行時(shí)效處理時(shí)，由于時(shí)效前期合金的過(guò)飽和度很大，析出的動(dòng)力大，所以合金元素以第二相粒子的形式較快速度析出，能夠與Cu基體保持著共格關(guān)系，起顯著的共格強(qiáng)化作用，時(shí)效溫度逐漸升高時(shí)，且在合理的溫度區(qū)間，溶質(zhì)原子擴(kuò)散速度也逐漸加快，析出的第二相速度也就越快，使得合金的硬度在這個(gè)階段大幅上升.在時(shí)效溫度逐漸升高的同時(shí)，其電導(dǎo)率一直保持著上升的勢(shì)頭，不過(guò)合金內(nèi)的固溶原子在后期貧化，第二相的析出速度較時(shí)效初期的速度明顯變慢，電導(dǎo)率上升的幅度有所放緩.時(shí)效后期的抗拉強(qiáng)度、硬度達(dá)到峰值后會(huì)有所降低并趨于穩(wěn)定值.

固溶處理后科研工作者經(jīng)常采用冷軋的方式對(duì)合金進(jìn)行冷變形[23-24]，研究發(fā)現(xiàn)冷變形會(huì)顯著增加合金組織中的位錯(cuò)密度，并隨著變形量的增大而增大，通過(guò)位錯(cuò)與位錯(cuò)交互作用可以提高滑移臨界切應(yīng)力，使合金得到強(qiáng)化，為后續(xù)的時(shí)效處理提供能量和組織的準(zhǔn)備.李偉等[25]研究發(fā)現(xiàn)Cu-0.3Cr-0.048Zr合金進(jìn)行熱處理（固溶+時(shí)效）其電導(dǎo)率為33.95 MS/m，顯微硬度為99.7 HV，而對(duì)該合金進(jìn)行形變熱處理（固溶+60%冷變形+時(shí)效）其電導(dǎo)率達(dá)到45.96 MS/m，顯微硬度為142.2 HV.

4 Cu-Cr-Zr系合金的研究及應(yīng)用進(jìn)展

4.1 接觸線

為了實(shí)現(xiàn)我國(guó)電氣化列車(chē)快速發(fā)展，適應(yīng)其高速、重載的發(fā)展趨勢(shì)，接觸導(dǎo)線的各方面的性能指標(biāo)成了一個(gè)至關(guān)重要的因素，從目前電氣化鐵路接觸網(wǎng)的接觸線的材料來(lái)看，主要分為4大類(lèi)，分別是：銅合金接觸線、硬銅接觸線、鋁合金接觸線以及復(fù)合接觸線.國(guó)外的電氣化列車(chē)的接觸線絕大部分都是用銅合金接觸線，銅合金具有強(qiáng)度高，耐磨性好，抗軟化溫度高，相對(duì)電導(dǎo)率下降也不大等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足電氣化列車(chē)的接觸線抗拉強(qiáng)度為600 MPa左右，電導(dǎo)率為70%~85%IACS等主要技術(shù)性能指標(biāo).而銅合金接觸線又以Cu-Cr-Zr合金接觸線的性能更為顯著，通過(guò)向Cu-Cr-Zr合金加入少量的Mg、Si等元素還提高了耐高溫性能，表1為國(guó)內(nèi)外研發(fā)的Cu-Cr-Zr系合金及性能.劉勇[26]還對(duì)接觸線用稀土微合金化高強(qiáng)高導(dǎo)Cu-Cr-Zr合金時(shí)效析出特性進(jìn)行了研究，提出了Cu-Cr-Zr-RE合金接觸線的加工優(yōu)化工藝，950℃×1 h固溶→變形率為40%的一次拉拔變形→480℃×2 h時(shí)效→變形率為75%的二次拉拔變形，經(jīng)此加工工藝更是獲得了其抗拉強(qiáng)度、電導(dǎo)率和延伸率分別高達(dá)606 MPa、80.8%IACS和10.2%的性能.

4.2 結(jié)晶器

早在“八五”期間，國(guó)家冶金部就提出要在國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)鋼材水平連鑄成形，而結(jié)晶器又是連鑄機(jī)上的核心部件.在實(shí)際生產(chǎn)中，超過(guò)1500℃的高溫鋼水與結(jié)晶器的工作表面直接接觸，連續(xù)冷卻成型.要求結(jié)晶器有以下特點(diǎn)：良好的導(dǎo)熱導(dǎo)電性、高強(qiáng)度高硬度、抗氧化性、高軟化溫度、良好的耐磨耐蝕性.而Cu-Cr-Zr系合金是制備結(jié)晶器的較好材料，比較符合結(jié)晶器性能要求，已經(jīng)有許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了研究.隋曉紅等[27]研究了使用Cu-Cr-Zr合金制作連續(xù)結(jié)晶器的高溫抗氧化性的變化規(guī)律，確定了該合金抗氧化級(jí)別的溫度區(qū)間.目前，該系列品種單一，質(zhì)量不穩(wěn)定，易出現(xiàn)爆裂、時(shí)效.需開(kāi)發(fā)新的品種，以適應(yīng)我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的需求.

4.3 引線框架

引線框架是集成電路芯片的內(nèi)外電路連接和散熱的重要組成部分，也是半導(dǎo)體元件及集成電路封裝中的關(guān)鍵部件.隨著電子信息化的快速發(fā)展，人們對(duì)引線框架的性能要求也在提高，超大規(guī)模的集成電路引線框架其抗拉強(qiáng)度、電導(dǎo)率更是要求分別達(dá)到600 MPa、46.4 MS/m以上.引線框架的材料主要鎳合金、柯伐合金、銅合金，而由于銅合金具有性價(jià)比高的特點(diǎn)，使得市場(chǎng)上80%左右的集成電路引線框架都使用了銅合金，引線框架銅合金主要是Cu-Cr-Zr、Cu-Fe、Cu-Ni-Si等系列，其中因Cu-Cr-Zr系綜合性能更具開(kāi)發(fā)價(jià)值.我國(guó)集成電路用的引線框架從20世紀(jì)80年代中期才開(kāi)始進(jìn)入研究，相比發(fā)達(dá)國(guó)家無(wú)論在研究水平還是在產(chǎn)業(yè)化能力上，都有著較大的差距.近些年來(lái)，我國(guó)很多高等院校和銅加工企業(yè)，如江西理工大學(xué)、河南科技大學(xué)、江蘇科技大學(xué)、西安交通大學(xué)、洛陽(yáng)銅加工廠、江蘇省冶金研究所、北京有色金屬研究總院等單位，在Cu-Cr-Zr合金制備、加工與性能[28-29]、微觀組織結(jié)構(gòu)等方面取得了一定的進(jìn)展，但是無(wú)法滿足國(guó)內(nèi)的需求，除軍工外大部分民用都需從美、日、德等國(guó)進(jìn)口.

4.4 國(guó)際熱核實(shí)驗(yàn)堆第一壁材料

國(guó)際熱核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆(ITER)的建設(shè)是一個(gè)國(guó)際性的合作項(xiàng)目，其中我國(guó)負(fù)責(zé)20%屏蔽包層的生產(chǎn)任務(wù)，屏蔽包層的第一壁由Be、Cu-Cr-Zr合金、316L不銹鋼等材料經(jīng)過(guò)熱等靜壓擴(kuò)散連接而成，其采用一次高溫使Cu-Cr-Zr合金與316L不銹鋼連接，采用一次低溫兩次熱等靜壓使Cu-Cr-Zr合金與Be連接，選用Cu-Cr-Zr合金作為ITER第一壁的中間層，這是由Cu-Cr-Zr合金本身具有良好的導(dǎo)熱導(dǎo)電性、較高的抗拉強(qiáng)度和硬度以及較優(yōu)的連接性.蔣佳琳等[30]對(duì)ITER級(jí)的Cu-0.8Cr-0.1Zr合金進(jìn)行研究，獲得了其在不同固溶溫度和時(shí)效溫度下的影響規(guī)律.劉丹華等[31]對(duì)ITER第一壁中使用的Cu-Cr-Zr合金進(jìn)行了研究，表明：Cu-Cr-Zr合金和316 L不銹鋼材焊接接頭良好.

4.5 其它領(lǐng)域

由于Cu-Cr-Zr合具有較高的強(qiáng)度、硬度、導(dǎo)電導(dǎo)熱性以及耐磨性，除了上述提到的應(yīng)用方面，使其在現(xiàn)代工業(yè)上還有著其它廣泛的用途.如電阻焊電極材料（大型電阻焊機(jī)使用的導(dǎo)電底座、電極、焊炬噴嘴）使用的就是Cu-Cr-Zr合金，由于在使用過(guò)程中長(zhǎng)期承受著電流循環(huán)、壓力循環(huán)、熱循環(huán)，所以要求其具有高強(qiáng)度、高硬度、高導(dǎo)電導(dǎo)熱性及高的軟化溫度，而Cu-Cr-Zr合金特性比較符合這些要求.其它領(lǐng)域的應(yīng)用包括熱交換材料、電車(chē)和電力機(jī)車(chē)架空導(dǎo)線、縫焊滾輪、電氣工程開(kāi)關(guān)觸橋、發(fā)電機(jī)的集電環(huán)、電樞、轉(zhuǎn)子、電動(dòng)工具換向器等.

5 發(fā)展趨勢(shì)及存在的問(wèn)題

綜上所述，Cu-Cr-Zr系合金有著優(yōu)越的性能、廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域、符合高科技發(fā)展的需要，吸引了許多專(zhuān)家學(xué)者對(duì)其進(jìn)行大量的研究，使Cu-Cr-Zr合金的性能變得更優(yōu)、應(yīng)用更廣，并且在未來(lái)可能還是研究的熱點(diǎn).目前，Cu-Cr-Zr合金發(fā)展的趨勢(shì)是：

（1）向多元微合金化技術(shù)發(fā)展.多元微量是提高銅合金的有效途徑，加入的元素主要是Mg、Si、Ce、Y，其含量控制在0.05%左右，但是其作用機(jī)理尚未明確，Cu-Cr-Zr系合金本身的強(qiáng)化相也未得到統(tǒng)一的認(rèn)識(shí).

（2）向非真空熔煉技術(shù)發(fā)展.現(xiàn)在Cu-Cr-Zr系合金的制備方法估計(jì)有10種，但是非真空熔煉技術(shù)的發(fā)展卻是大勢(shì)所趨，其在大氣條件下熔煉最大的障礙是鋯的加入，這是由Zr與氫氧氣體的親和力極強(qiáng)的原因所致，為此應(yīng)盡快開(kāi)發(fā)研究非真空加鋯技術(shù)，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，滿足市場(chǎng)需求和客戶要求.

（3）向多領(lǐng)域應(yīng)用發(fā)展.由于Cu-Cr-Zr系合金的研究不斷深入，性能變得越來(lái)越強(qiáng)，應(yīng)用領(lǐng)域也變得不償失越來(lái)越廣泛，從簡(jiǎn)單的電環(huán)、電樞、轉(zhuǎn)子到高性能的電阻焊電極、結(jié)晶器、引線框架等.為此可以利用Cu-Cr-Zr系合金良好的性能進(jìn)行一些其它領(lǐng)域的應(yīng)用研究.

存在的問(wèn)題：Cu-Cr-Zr合金的成分沒(méi)有得到很好的優(yōu)化，應(yīng)加強(qiáng)合金化機(jī)理的研究以及與熔煉技術(shù)方面的研究；非真空Z(yǔ)r的加入困難，因Zr與氫氧等氣體的親和力極強(qiáng)，氧化燒損嚴(yán)重及生成其它化合物，很難“留”住Zr；綜合性能及加工工藝研究需要完善，如Cu-Cr-Zr合金帶材的精度和表面質(zhì)量沒(méi)有得到很好的控制，影響了應(yīng)用領(lǐng)域和范圍；形變雖可以提高合金的強(qiáng)度，但是也容易造成晶粒粗大，甚至過(guò)時(shí)效，使得強(qiáng)度降低，應(yīng)加強(qiáng)形變對(duì)合金性能的研究使得合金性能達(dá)到較佳.

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Research and application progress of high-strength and high-conductivity Cu-Cr-Zr alloys

ZHAN Guo-xing，LI Ming-mao
（School of Material Science and Engineering，Jiangxi University of Science and Technology，Ganzhou 341000，China）

The composition design of Cu-Cr-Zr alloys,preparation methods,deformation and heat treatment process, central issues of research and application progress were discussed,and analysis the effects of Cr、Zr to Cu base. Totally,it make an conclusion of the effects of many kinds of microelements and rare-earth elements to the properties of Cu-Cr-Zr alloy The study of non-vacuum melting is more practical than other smelting methods.Cold deformation after solid-smelting can notably improve the strengthened result of alloys.This kind of alloy has a big number of researches and a widely application.and the development trend of the Cu-Cr-Zr alloys and some existing problems were presented.

high-strength and high-conductivity；Cu-Cr-Zr alloy；melting；deformation and heat treatment；application

TF125.2；TG146.1

A

1674-9669（2012）01-0013－05

2011-12-20

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）項(xiàng)目（2006AA03Z531）

占國(guó)星（1989-），男，碩士研究生，主要從事有色金屬加工工程方向研究，E-mail：352062182@qq.com.