Trendovi istraživanja i razvoja i problemi naprednih materijala od legura bakra
Bakar i legure bakra su klasa ključnih materijala sa važnom primenom. Zbog svoje odlične toplotne provodljivosti, električne provodljivosti, duktilnosti, otpornosti na koroziju i drugih svojstava, bakar je neophodan materijal u određenim primenama u vazduhoplovstvu, oružju i opremi. U posljednje dvije godine prerađivačka industrija je jasno osjetila rast potražnje za legurama bakra. Novi korisnici neprestano razvijaju aplikacije za proizvodnju aditiva od legura bakra. Materijali su također prešli sa rane lijevane kalajne bronze koja se lako formirala na čisti bakar i razne vrste bakra visoke čvrstoće i visoke provodljivosti. Prema jednom istraživačkom izvještaju, globalno tržište proizvodnje aditiva za bakar će rasti po zajedničkoj godišnjoj stopi rasta od 51% od 2019. do 2027. Iako još uvijek postoje mnogi problemi u procesu i materijalima u štampi bakarnih legura, predvidljivo je da će bakar imati mjesto u proizvodnji metalnih aditiva. Status primene materijala od legura bakra u zemlji i inostranstvu. Uz brz napredak visokotehnoloških industrija, novi materijali se razvijaju u smjeru ultra visokih performansi, visoke čistoće i visoke iteracije. Predložena je integracija, funkcionalnost, minijaturizacija, pouzdanost itd. srodnih proizvoda. Viši zahtjevi. Kao materijali za jezgro provodnika, napredni bakar i legure bakra se široko koriste u olovnim okvirima veoma velikih integrisanih kola u industriji elektronskih informacija, elektronskim protivmerama, radarima, mikrotalasnim cevima velike snage za opremu nacionalne odbrane, materijalima za provodnike za magnetna polja visokih impulsa , nadzemne žice za brzi tranzitni tranzit i veliku frekvenciju snage modulacije i regulaciju brzine, asinhrone vodilice vučnog motora i završne prstenove, elektrode za otporno zavarivanje, materijali za baterije, elastični materijali za punjenje za nova energetska vozila, kristalizatori strojeva za kontinuirano lijevanje i električni vakuum uređaji za metaluršku industriju, preklopni kontaktni mostovi i razne komponente za elektrotehniku Žice, itd. Trenutno mnogi poznati strani proizvođači aditiva uključuju bakarne materijale u svoje kataloge proizvoda. Reprezentativnije, EOS je 2020. objavio listove podataka za čisti Cu i CuCrZr, a 2021. lansirao je AMCM (Additive Manufacturing Customized Machine) verzije dvije vrste materijala, podružnicu EOS-a. SLM Solutions je sukcesivno lansirao CuSn10 i CuCrZr podatke o proizvodima. U 2019. godini kompanija je lansirala CuNi2SiCr proizvode koji kombinuju snagu i električnu i toplotnu provodljivost. Mogu se koristiti u kalupima i električnim poljima i postali su uspješan proizvod u aditivnoj proizvodnji materijala od legura bakra. Proizvođači materijala TLS Technik, m4p, Sandvik, Makin i druge kompanije najavile su vlastitu aditivnu proizvodnju proizvoda od legure bakra. Trenutno su bakar i materijali od legura bakra za aditivnu proizvodnju koncentrirani u čistom Cu, CuSn10, CuCrZr i CuNi2SiCr. Iako CuNiSn, CuCr, CuCrNb, CuAlFeNi i drugi materijali također imaju srodna istraživanja i primjene u proizvodnji aditiva, stupanj primjene nije tako visok kao prve četiri kategorije proizvoda. 1. U poređenju sa legurama bakra, prednost čistog Cu je njegova električna i toplotna provodljivost, jer će razne legure bakra neizbežno izgubiti električnu i toplotnu provodljivost nakon dodavanja elemenata bakru. Budući da čisti bakar ima nisku stopu apsorpcije na konvencionalnoj talasnoj dužini od 1064 nm, takozvanoj talasnoj dužini crvenog svetla, i da je teško postići zgušnjavanje, štampanje čistog Cu je uvek predstavljalo problem. Trenutno rešenje je korišćenje kratkotalasnih lasera, kao što je TRUMPF-ova 515nm zelena laserska oprema, a drugo je povećanje snage, kao što je EOS-ova AMCM oprema opremljena laserom od 1Kw za štampanje čistog bakra. Bez obzira na vrstu opreme koja se koristi za štampu, ako želite da dobijete delove od čistog bakra visoke gustine ili visoke električne i toplotne provodljivosti, prah sirovine treba da zadrži visoku čistoću, a da ima karakteristike praha koje olakšavaju postizanje zgušnjavanja. , kao što je razumna distribucija veličine čestica i protok. Ima karakteristike dobre izdržljivosti i velike nasipne gustine.
U smislu pripreme čistog bakarnog praha, cilj je održavanje visoke čistoće materijala uz održavanje visoke sferičnosti. 2. CuSn10 CuSn10 je vrsta livene kalajne bronze koja se lako formira. Mnogi modeli ili zanati koji uključuju bakrene materijale koriste CuSn10 materijal za štampu.
CuSn10 legura ima visoku čvrstoću i izdržljivost. Ima odličnu otpornost na habanje i koroziju i može se koristiti za proizvodnju dijelova otpornih na habanje kao što su oštrice i zupčanici. Međutim, njegova električna i toplotna provodljivost nije visoka, tako da se CuSn10 generalno ne koristi za potrebe električne ili toplotne provodljivosti. CuSn10 je konvencionalni proizvod među trenutnom aditivnom proizvodnjom materijala od legura bakra. 3. CuCrZr raketni motor je tipičan scenario primene legure bakra. Zahtjevi za materijalom za obloge motora i povezane dijelove su izuzetno visoki. S jedne strane, temperatura sagorevanja u komori za sagorevanje je izuzetno visoka (više od 3000 stepeni). S druge strane, visoka temperatura, visoki tlak i plin velike brzine imaju snažnu eroziju na materijalima. CuCr legura je tipična legura bakra ojačana precipitacijom. Dodatak Zr elementa može potaknuti taloženje Cr faze i poboljšati raspodjelu precipitiranih faza. Istovremeno, spoj bakra i cirkonija formiran od Zr i Cu može igrati ulogu jačanja padavina. Stoga, mehanika legure CuCrZr ima odlične performanse i može se koristiti u proizvodnji dijelova raketnih motora. Posljednjih godina domaće zrakoplovne jedinice izvršile su dosta istraživanja i razvoja na aditivnoj proizvodnji dijelova potisne komore raketnih motora, a CuCrZr je trenutni opcioni materijal.
Vrijedi napomenuti da se Rockets Copper materijali od legure bakra za dijelove motora još uvijek ažuriraju i ponavljaju. U istraživanjima su primijenjeni CuZr, CuCr, CuAgZr, CuCrNb i drugi materijali, posebno GRcop-42 (Cu-4Cr-2Nb at %), očekuje se nadogradnja komore za sagorijevanje raketnog motora materijala na novi nivo. 4. CuNi2SiCrSLM Solutions je lansirao proizvod od CuNi2SiCr legure bakra 2019. Ovaj materijal je termički obrađena okaljiva legura visoke čvrstoće i uravnotežene kombinacije električne provodljivosti i toplotne provodljivosti. U isto vrijeme, legura uključuje komponente nikla i silicija i ima visoku otpornost na koroziju i otpornost na habanje. CuNi2SiCr sam po sebi nije nova komponenta. Ovaj materijal odgovara američkom standardu legure C18000. SLM Solutions je preuzeo vodstvo u korištenju ovog materijala za aditivnu proizvodnju i izvršio identifikaciju materijala i verifikaciju parametara, dodajući važan član porodici legura bakra za aditivnu proizvodnju. . Čvrstoća CuNi2SiCr nakon termičke obrade znatno je veća od CuCrZr i drugih materijala. Istovremeno, može održavati određenu toplinsku provodljivost i električnu provodljivost. Već može zadovoljiti neke zahtjeve za proizvodnju kalupa i zahtjeve za provodljivim dijelovima, tako da će imati važne primjene u kalupima i električnim poljima. Trendovi istraživanja i razvoja i problemi s kojima se suočavaju napredni materijali od legura bakra u mojoj zemlji (1) Tehnološki trendovi istraživanja i razvoja Posljednjih godina, ukupni nivo bakrenih legura visokih performansi i tehnologije njihove pripreme je postigao veliki napredak, a vrste legura bakra visokih performansi proizvodi sa nezavisnim pravima intelektualnog vlasništva su nastavili da rastu. , instalirani nivo obrade materijala od legure bakra je blizu međunarodnom naprednom nivou. Trend razvoja istraživanja i razvoja i industrijalizacije naprednih materijala od legura bakra ima sljedeće karakteristike. (1) Od zahtjeva pojedinačnih performansi do zahtjeva za multifunkcionalnim karakteristikama. Na primjer, materijali na bazi bakra sa visokom toplotnom provodljivošću i visokim svojstvima elektromagnetne zaštite trebali bi zadovoljiti potražnju za materijalima provodnika u visoko preciznim poljima kao što su impulsni sistemi jakog magnetnog polja i elektromagnetni predajnici ubrzani česticama; kontaktni vodovi brze željezničke elektroenergetske mreže sa brzinom od 380 km/h Pored visoke električne provodljivosti, treba imati i veću čvrstoću, otpornost na habanje i otpornost na zamor; legure bakra za integrirana kola vrlo velikih razmjera moraju imati visoku čvrstoću i visoku provodljivost, otpornost na toplinu, otpornost na savijanje, lako jetkanje i druge karakteristike. (2) Materijali za obradu bakra razvijaju se u pravcu tanke, tanke, dugačke i visoke preciznosti. Potražnja za proizvodima kao što su ultra-fine žice, ultra tanke trake, cijevi tankih stijenki, ekstra dugačke cijevi, ekstra dugačke trake, cijevi s navojem, cijevi posebnog oblika, šipke posebnog oblika, trake posebnog oblika itd. nastavlja da raste. Na primjer, olovni okvir odražava multi-pin i visoku gustoću, trend razvoja ultra-tanke i minijaturizacije. (3) Visoko prečišćavanje bakra. Sadržaj bakra u industrijskom bakru povećan je sa 99,9% na 99,95%, a zatim na 99,99% ili čak više, kako bi se maksimizirala električna i toplotna provodljivost materijala. Ultra čisti bakar, koji sadrži 99.999 9% bakra, minimiziraće uticaj nečistoća na električnu i toplotnu provodljivost. (4) Kompozitni materijal. Metoda ojačanja jednog materijala ima ograničen potencijal, a upotreba kompozitnih metoda za dalje poboljšanje sveobuhvatnih performansi bakarnih materijala postala je žarište istraživanja. Na primjer, dodavanje čestica druge faze, brkova ili vlakana legurama bakra radi kompozitnog ojačanja bakrene matrice i razvoja novih multifunkcionalnih kompozitnih materijala na bazi bakra od velike je važnosti za teoriju dizajna bakrenih legura visokih performansi i praktične primjene u visoko- tech fields. vrijednost. (2) Problemi s kojima se suočava Iako je moja zemlja najveći proizvođač materijala od legura bakra na svijetu, još uvijek nije jaka zemlja u materijalima od legura bakra. moja se zemlja još uvijek u velikoj mjeri oslanja na uvoz legura bakra visokih performansi koje su hitno potrebne u mnogim visokotehnološkim poljima kao što su aeronautika, elektronske informacije, pomorsko inženjerstvo i vrhunska oprema. Postoji mnogo kompanija za proizvodnju materijala od legura bakra, niska industrijska koncentracija, slaba konkurentnost proizvoda i oskudni profit industrije. , nesposoban da podrži razvoj visokotehnoloških industrija. Glavna pitanja vezana za industriju materijala od legura bakra su sljedeća. (1) Postoji nekoliko varijanti i razreda materijala od legure bakra visokih performansi. Sveobuhvatne performanse nekih legura bakra visokih performansi općenito su niže od onih sličnih uvezenih proizvoda. Na primjer, ocjene Cu-Ni-Si i Cu-Cr-Zr olovnih okvirnih traka koje su neovisno razvijene i proizvedene su izuzetno niske. malo. (2) Stabilni proizvodni kapacitet velikih i visokokvalitetnih proizvoda od legura bakra treba hitno poboljšati. Na primjer, i dalje su potrebni napredak u stabilnosti performansi, kvaliteti površine i sveobuhvatnim gotovim proizvodima visoko preciznih elastičnih traka od bakrenih legura. (3) Proces obrade legura bakra visokih performansi uzrokuje veliko zagađenje životne sredine i ozbiljno rasipanje resursa; visokoefikasna tehnologija pripreme kratkih procesa još nije sazrela, a kvalitet proizvoda i performanse treba poboljšati. (4) Nedostatak nezavisne proizvodne tehnologije za neku vrhunsku proizvodnu opremu ograničava razvoj novih proizvoda. Na primjer, većina opreme za proizvodnju visokoprecizne folije oslanja se na uvoz. (5) Neki vrhunski materijali od legure bakra nemaju nezavisna prava intelektualne svojine i javne platforme za istraživanje i razvoj, a izgradnja baza podataka u pogledu svojstava materijala, tehnologije proizvodnje, standarda i specifikacija zaostaje. (6) Tehnologija homogenizirane pripreme velikih dimenzija ultra-visoke čistoće, ultra-niskog sadržaja kisika bakra bez kisika i dalje se treba dodatno poboljšati, a tehnologija pripreme visoke preciznosti, velikog promjera, dugotrajne korozije- otporni bijeli bakar treba dalje probijati. Konačno, u poređenju sa proizvodima kao što su titanijum, aluminijum i legure na visokim temperaturama, aditivna proizvodnja bakra i legura bakra još nije sazrela. EOS je uveo koncept sličan tehnološkom nivou spremnosti (TRL) za materijalne proizvode od 2019. Trenutno su dvije vrste bakarnih materijala označene kao nivo 3, što je nivo verifikacije, dok su proizvodi kao što su IN718 i AlSi10Mg generalno Nivo {{ 86}}. U ovoj fazi, aditivna proizvodnja je postupno prešla sa verifikacije modela na proizvodnju proizvoda. Materijali za aditivnu proizvodnju ući će u fazu odabira ili dizajniranja materijala na osnovu primjene. Ažurirana iteracija bakra i materijala od legura bakra je očiglednija. Predvidljivo je da će se kontinuiranim unapređenjem procesa i materijala aditivna proizvodnja bakarnih materijala podići na novi nivo. (vlasnik materijala online)
