鈹銅合金的生產(chǎn)和應(yīng)用前景分析

王 偉

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

鈹青銅合金具有高強(qiáng)度、高彈性、高導(dǎo)電性、耐腐蝕、耐疲勞、彈性滯后小、無磁性、沖擊時(shí)不產(chǎn)生火花等優(yōu)良性能，且使用時(shí)非?？煽?，在所有銅合金中綜合性能最好，因此作為優(yōu)良的耐疲勞高彈性導(dǎo)電材料廣泛應(yīng)用于電子、電訊、電腦、手機(jī)和精密儀器等工業(yè)以及航空、航天、兵器等軍工部門，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展和國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)的戰(zhàn)略物資。

1 鈹銅的生產(chǎn)和消費(fèi)現(xiàn)狀

1.1 國(guó)際市場(chǎng)

2010年全世界鈹銅消費(fèi)量約37 800t。美國(guó)是世界上鈹銅消費(fèi)量最大的國(guó)家，2010年消費(fèi)量為26 930t，占世界的71.2%(圖1)，比2009年提高了10.1%。2005年～2010年美國(guó)鈹銅產(chǎn)銷情況見圖2。

圖1 世界鈹銅消費(fèi)區(qū)域分布

圖2 2005～2010年美國(guó)鈹銅產(chǎn)銷情況

目前國(guó)外鈹銅生產(chǎn)企業(yè)主要是美國(guó)的BRUSH WELLMAN公司和日本的NGK金屬公司。

BRUSH WELLMAN公司是世界上唯一的鈹綜合一體化生產(chǎn)商，創(chuàng)建于1931年，1934年開始生產(chǎn)鈹銅合金，1971年購入SK Wellman摩擦材料公司后組成Brush Wellman公司。在此期間，先后建成了Utah州Daha廠、俄亥俄州Elmore廠、Arizona州Tucson廠、賓夕法尼亞Reading廠，分別進(jìn)行礦石處理、金屬鈹及鈹銅加工、氧化鈹陶瓷和鈹銅合金的生產(chǎn)，形成了由礦石到金屬和陶瓷制品及鈹銅母合金到延伸材的兩條完整生產(chǎn)線。該公司生產(chǎn) 8種Brush牌號(hào)鈹銅合金，分別為165、25、290(25的工廠硬化材)、M25、174、3、10和50合金，產(chǎn)品包括板、帶、線、棒條、管材及鍛造材等，產(chǎn)量達(dá)1萬t/a。

日本NGK金屬公司成立于1919年，1958年開始生產(chǎn)鈹銅合金， 1986年購買了美國(guó)卡博特公司(包括在法國(guó)、德國(guó)和英國(guó)的子公司)的鈹銅部門后更名為NGK金屬公司。1998年公司重新組織和擴(kuò)大了鈹生產(chǎn)能力，在Sweetwater投資1200萬美元安裝了一臺(tái)在日本研發(fā)的連鑄機(jī)。1999年11月公司完成了一個(gè)2年的投資項(xiàng)目，在Handa廠將鈹銅合金的生產(chǎn)能力由300t/月提升到350t/月。此外母公司在2000年3月將鈹銅軋制品生產(chǎn)能力提高了1倍達(dá)到300t/a，同時(shí)在1999年開發(fā)推廣4種低鈹鈹銅合金，產(chǎn)品包括板、帶、線、棒條和管材等，目前該公司的年產(chǎn)量約5000t左右。

鈹銅合金是鈹消費(fèi)的主要形式，約占65%～75%。近年來受到以電訊和數(shù)字通訊為支柱的電子工業(yè)的推動(dòng)，增長(zhǎng)特別強(qiáng)勁。同時(shí)，由于受汽車制造業(yè)降低排放物要求的推動(dòng)，鈹銅合金在汽車市場(chǎng)上的應(yīng)用正在大力開發(fā)中。

目前美國(guó)鈹銅消費(fèi)市場(chǎng)為計(jì)算機(jī)33%，汽車電子18%，電信12%，家電/消費(fèi)品10%，國(guó)防6%，商業(yè)化航空、航天 6%，其他15%。

1.2 國(guó)內(nèi)鈹銅生產(chǎn)與國(guó)外的差距

目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)鈹銅加工材需求量在4000t/a左右，大部分依靠進(jìn)口(進(jìn)口3400t/a，國(guó)產(chǎn)600t/a)。東方鉭業(yè)是國(guó)內(nèi)最大的鈹銅生產(chǎn)企業(yè)，其次為蘇州瑞佳、上海貝瑞姆和湖南水口山六廠，以及江蘇揚(yáng)中數(shù)家私企(神風(fēng)、新亞、銀利、利達(dá)等)。

中國(guó)鈹銅產(chǎn)量低甚至不能滿足國(guó)內(nèi)需求，究其原因主要是生產(chǎn)規(guī)模小、生產(chǎn)線技術(shù)與裝備落后、自動(dòng)化程度低、性價(jià)比差等諸多因素。我國(guó)鈹銅生產(chǎn)與國(guó)外同行業(yè)相比，其工藝及裝備之間的主要差距見表1。

表1 我國(guó)鈹銅企業(yè)與國(guó)外企業(yè)對(duì)比表

國(guó)內(nèi)鈹銅市場(chǎng)分為高中低端不同類別，其中高端市場(chǎng)基本為進(jìn)口所獨(dú)占，軍工企業(yè)所需鈹青銅產(chǎn)品基本由國(guó)內(nèi)企業(yè)所提供(主要是寧夏東方有色金屬集團(tuán)公司)，中低端市場(chǎng)由國(guó)內(nèi)其他鈹銅合金生產(chǎn)企業(yè)占有。

2 鈹銅合金的應(yīng)用前景分析

鈹銅作為優(yōu)良的耐疲勞高彈性導(dǎo)電材料廣泛應(yīng)用于汽車、電子電氣、模具等工業(yè)部門，隨著這些行業(yè)的發(fā)展，鈹銅合金的應(yīng)用需求也越來越大。鈹銅合金的主要應(yīng)用領(lǐng)域見表2。

表2 鈹銅的用途

2.1 模具行業(yè)

用于生產(chǎn)塑料、玻璃和金屬制品中熱塑處理的注模和吹模。鈹銅合金具有鑄造性能好、高強(qiáng)度、高硬度、耐磨耐腐蝕、熱導(dǎo)率高、容易焊接修復(fù)且強(qiáng)度不受損失、不生銹、容易維修、保養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在模具行業(yè)需求量相當(dāng)大。Brush Wellman公司專門開發(fā)了用于塑料加工工業(yè)的Moldmax和Protherm 型鈹銅合金，Moldmax用于塑料注模中的頸環(huán)、手柄內(nèi)插件和注射模部件、型腔嵌件、吹模夾斷器、熱澆道系統(tǒng)注射嘴和集流腔等；Protherm用于泡沫塑料的加工、熱澆道系統(tǒng)和熱的排除，或控制十分關(guān)鍵的其他應(yīng)用中。NGK金屬公司此用途方面生產(chǎn)的BerylCO鈹銅合金板產(chǎn)品分為三個(gè)等級(jí)為加(Plus)、超(Supra)和極超(Ultra)。在鑄模方面鈹銅合金具有比鋼大得多的散熱特性，常用作精密模具和塑料制品的模具材料。

2.2 汽車行業(yè)

汽車是鈹銅的另一重要應(yīng)用領(lǐng)域，主要用于開關(guān)、信號(hào)連接器、小型馬達(dá)、繼電器電連接器、傳感器、RF連接器等(圖3)。

圖3 鈹銅在汽車部件中的應(yīng)用

近年來，我國(guó)汽車工業(yè)特別是轎車工業(yè)得到較快發(fā)展。2003年汽車產(chǎn)銷量444萬輛，2010年汽車達(dá)到1826萬輛，年平均復(fù)合增長(zhǎng)率22.4%。根據(jù)我國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，“十二五”期間年復(fù)合增長(zhǎng)率為15%左右，初步預(yù)測(cè)2015年達(dá)到2560萬輛。汽車工業(yè)的發(fā)展將帶動(dòng)鈹銅的快速發(fā)展。

2.3 計(jì)算機(jī)

計(jì)算機(jī)發(fā)展的主要趨勢(shì)是數(shù)據(jù)傳輸快速穩(wěn)定、寬帶和低電耗。與廉價(jià)材料相比鈹銅合金有更高的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、彈性和強(qiáng)度，因而可靠性更好。計(jì)算機(jī)是鈹銅的最大市場(chǎng)之一，用作彈簧、接觸器(接插件)、開關(guān)。國(guó)際數(shù)據(jù)公司(IDC)表示，2010年僅筆記本電腦交貨量估計(jì)達(dá)到1.8億臺(tái)，個(gè)人電腦交貨估計(jì)達(dá)到3.3億臺(tái)。

2.4 電氣電子元件

鈹銅合金的最大應(yīng)用是在電氣、電子元件方面，尤其是彈簧、接觸器、開關(guān)和繼電器。用作計(jì)算機(jī)中的接觸器、光纖通訊設(shè)備、連接集成電路板與印刷電路板(尤其是用鈹銅絲)的插座以及汽車。手機(jī)、筆記本等IT設(shè)備趨高精化要求更小、更輕、更耐久的接觸器，這就促使對(duì)鈹銅元件的需求不斷增加。電訊方面，鈹銅合金涂上貴金屬可用作電話連接器的接點(diǎn)。鈹銅合金174涂以延性材料Ni已用在蜂窩電池充電器中，也可作為便攜式電話、移動(dòng)電話的部件使用。2010年世界電子元器件市場(chǎng)需求達(dá)到2800億美元，中國(guó)約350億美元，占世界電子元器件市場(chǎng)的份額為12.5%。

2.5 其他行業(yè)

鈹銅除了應(yīng)用于上述領(lǐng)域外，還廣泛用于石油精煉和石油天然氣化學(xué)工業(yè)、爆破和煙火制造、染料和油漆生產(chǎn)、醫(yī)藥、電解廠、航空器制造廠、坦克和船廠、食品加工業(yè)、采礦工業(yè)、化纖工業(yè)、海底通訊電纜中繼器等。

3 結(jié)束語

我國(guó)鈹資源豐富，鈹?shù)V分布在 14 個(gè)省區(qū)，探明儲(chǔ)量的礦區(qū)有 66 處，總保有儲(chǔ)量(氧化鈹)23萬t，約占世界儲(chǔ)量的18.8%。目前我國(guó)每年鈹銅加工材消費(fèi)量約4000t，多數(shù)靠進(jìn)口解決，為緩解供不應(yīng)求的狀況，國(guó)內(nèi)有些鈹銅生產(chǎn)企業(yè)準(zhǔn)備擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，如東方鉭業(yè)新建3000t生產(chǎn)線，湖南水口山準(zhǔn)備新建3000t生產(chǎn)線等。鈹銅合金有著其他材料無法替代的優(yōu)越性，隨著模具、汽車、計(jì)算機(jī)、電子電器及航空航天的快速發(fā)展，鈹銅業(yè)未來會(huì)獲得更加廣闊的發(fā)展空間。

[1]董超群.鈹銅合金熔鑄工藝及設(shè)備的發(fā)展[J].寧夏工程技術(shù)，2004，3(1)：93

[2]易均平.鈹合金材料發(fā)展報(bào)告.寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司.

[3]董超群.易均平.鈹銅合金市場(chǎng)與應(yīng)用前景展望[J].稀有金屬.2005，9(3)：351-356．