Sada kada smo završili klasifikaciju legura bakra, hajde da pričamo o trendu razvoja legura bakra:
1. Visoko pročišćavanje: Glavna svrha visokog pročišćavanja je poboljšati električnu i toplotnu provodljivost materijala što je više moguće. Sadržaj bakra u industrijskom bakru kreće se od 99,90% do 99,95%, a zatim do 99,99% (4N) ili čak i više, kao što je ultra čisti bakar koji sadrži 99,9999% (6N), a zahtjevi za sadržaj nečistoće su takođe strožije. Na primjer, sadržaj kisika (O) je smanjen sa 0.01%~0.{{20}}5% na 0,001%~0,006% , i konačno na 0,0002%~0,0003%. Minimizirajte utjecaj nečistoća na električnu i toplinsku provodljivost. Tipične primjene uključuju bakar visoke čistoće za mrežni prijenos spojnih žica, bakar visoke čistoće bez kisika za električne vakuumske uređaje, monokristalni bakar i ultra čisti bakar za precizno navođenje i prijenos signala visoke vjernosti i supravodiče, itd.
U poređenju sa polikristalnim bakrom, vlačna čvrstoća monokristalnog bakra je smanjena za 24,71%, istezanje je povećano za 2,39 puta, skupljanje poprečnog preseka je povećano za 4,14 puta, otpornost je smanjena za 31,7%, manje od 1,72×{ {11}}Ω·m, sadržaj kiseonika je manji od 5×10-6, sadržaj vodonika manji od 0...5×10-6, a gustina je veća od 8,92t/m3.
Druga strana razvoja materijala od legure bakra u pravcu visokog pročišćavanja je da matrica od legure bakra mora biti visoko pročišćena u mikrolegiranim legurama bakra kako bi se osiguralo da materijal ima veće sveobuhvatne performanse.
2. Mikrolegiranje: Svrha mikrolegiranja je da se žrtvuje najmanja električna i toplotna provodljivost u zamenu za druga svojstva, kao što je značajno povećanje čvrstoće. Na primjer, dodavanjem oko 0.1% gvožđa (Fe), magnezijuma (Mg), telura (Te), silicijuma (Si), srebra (Ag), titana (Ti), hroma (Cr) ili cirkonijuma (Zr), elementi rijetkih zemalja itd. mogu poboljšati njegovu čvrstoću, tvrdoću, temperaturu omekšavanja ili obradivost. Mikrolegirani bakar jedna je od vrućih tema u trenutnom razvoju materijala od legura bakra. Bakar otporan na kiseonik i legure bakra visoke čvrstoće i visoke provodljivosti su glavni mikrolegirani bakar.
Koncept bakra na bazi kiseonika je da je u odnosu na bakar bez kiseonika, njegov sadržaj bakra iznad 99,90%, što je ekvivalentno običnom čistom bakru, ali je njegov sadržaj kiseonika kontrolisan na 0. 005%~0,02%, a provodljivost može biti iznad 100%IACS. To je zato što odgovarajuća količina kisika igra određenu oksidacijsku i kemijsku ulogu na nečistoće između kristala, pročišćavajući matricu do određene mjere. Najveća karakteristika proizvodnje bakra na bazi kiseonika je niska cena njegovih sirovina. Otpadni materijali od bakra niskog kvaliteta koriste se za proizvodnju bakarnih materijala na bazi kiseonika sa visokom električnom i toplotnom provodljivošću.
Legure bakra visoke čvrstoće i visoke provodljivosti favorizirali su radnici u materijalnoj znanosti i tehnologiji širom svijeta zbog njihovih dobrih sveobuhvatnih performansi. Oni su najbrže rastuća vrsta legura bakra u posljednjih nekoliko godina. Elementi koji se dodaju mikrolegiranjem su uglavnom: P, Fe, Cr, Zr, Ni, Si, Ag, Sn, Al, itd. Reprezentativni sistemi legura su uglavnom Cu-P, Cu-Fe-P sistem, Cu-Ni-Si sistem, Cu-Cr, Cu-Cr-Zr sistem, Cu-Ag, Cu-Ag–Cr, Cu-Ag-Zr sistem, Cu-Sn sistem itd., kao i razni sistemi legura retkih zemalja. Zbir sadržaja ostalih komponenti u leguri može biti najmanje 0.01%~0,1%, a maksimum općenito nije veći od 3%. Njihova zajednička karakteristika je da materijal ima veliku čvrstoću i visoku provodljivost.
3. Kompleksno legiranje sa više elemenata: Kako bi se dodatno poboljšala čvrstoća, otpornost na koroziju, otpornost na habanje i druga svojstva bakra i njegovih legura, ili da bi se ispunili određeni posebni zahtjevi primjene, više komponenti kao što su peto i šesteroelementne su dodan postojećoj bronci i mesingu za postizanje različitih funkcija kao što su visoka elastičnost, visoka otpornost na habanje, visoka otpornost na koroziju i lako rezanje. Legiranje više elemenata (četiri ili više komponenti) postalo je još jedna vruća tema u razvoju legura bakra, a nove složene legure se pojavljuju u beskrajnom toku. Tipične legure uključuju višeelementni mangan mesing, silicijum-mangan mesing, bor-kalaj mesing, legure bakra bez olova bez olova, itd. Njihove zajedničke karakteristike su visoka čvrstoća i žilavost, a vlačna čvrstoća generalno može doseći 6{{24 }}0~70{{30}}MPa ili više. Na primjer, novi mesing od mangana 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%, Zn ostatak) ima snagu kontrolne cijevi od preko 6{{60}}0MPa, izduženje od preko 2{{70}}%, i tvrdoća HB od preko 180. Aluminijumski mesing 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%, Zn ostatak), njegova snaga dostiže više od 750MPa, tvrdoća HB prelazi 220. Nova aluminijumska bronza QAl9-5-1-1 (Cu: ostatak, Al: 8,0%~10,0%, Ni : 4,0%~6,0%, Mn: 0,5%~1,5%, Fe: 0,5%~1,5%), njegova snaga je 650MPa, granica tečenja dostiže 400MPa, izduženje dostiže više od 14%. Ovi materijali se koriste za proizvodnju zupčanika za automobilske sinkronizatore, tarnih parova pumpi visokog pritiska ili bakrenih klinova elektroda, a njihov vijek trajanja je jedan do nekoliko puta veći nego kod običnog mesinga ili bronce.
Poslednjih godina, sa podizanjem ekološke svesti ljudi, zaštita životne sredine postala je tema razvoja svetske civilizacije. Ljudi su više zabrinuti zbog uticaja štetnih elemenata kao što su olovo, berilijum, kadmijum i arsen. Razvoj ekološki prihvatljivih materijala od bakrenih legura kao što su mesing bez olova, visokoelastična legura bakra bez berilijuma i legura bakra otporna na koroziju bez arsena postao je jedan od važnih pravaca razvoja materijala od legura bakra.
4. Kompozitni materijali: Postoje dva glavna načina za pravljenje materijala od legure bakra: jedan je uvođenje elemenata legure kako bi se ojačala bakarna matrica kako bi se formirala legura; drugi je uvođenje druge faze ojačanja kako bi se formirao kompozitni materijal. Na primjer, bakar bez kisika ojačan disperzijom je tipičan umjetni kompozitni materijal, a najčešće korištene dispergirane čestice uključuju Al2O3, ZrO2, Y2O3, ThO2, itd. Metoda umjetnog kompozitnog materijala odnosi se na umjetno dodavanje čestica druge faze, brkova ili vlakana do bakra da ojača bakrenu matricu, i uvođenje ravnomerno raspoređenih, finih i termički stabilnih čestica oksida u bakrenu matricu da ojača bakar kako bi se dobio materijal. Komponenta druge faze je općenito ispod 1% ili čak niža od 0.01%, ali je efekat jačanja na materijal vrlo očigledan, posebno značajno poboljšavajući čvrstoću materijala na visokim temperaturama. Na primjer, Cu-2.5%TiB2 (volumenski udio), provodljivost je 76%LACS, a vlačna čvrstoća je 675MPa; Cu-0.5%Al2O3 (maseni udio) legure serije, staklenička čvrstoća materijala može doseći 500~800MPa, provodljivost može doseći više od 85%LACS, a čvrstoća materijala nakon sagorijevanja vodonika na 900 stepen i dalje dostiže 200~400MPa.
Drugi tip koji se brzo razvija su in situ kompozitni materijali (autogeni kompozitni materijali). In-situ kompozitni materijali se odnose na vrstu kompozitnog materijala u kojem se pojačanja stvaraju u bakrenoj matrici kroz egzotermne reakcije između elemenata ili između elemenata i spojeva. Ojačanja u ovoj vrsti kompozitnog materijala nemaju kontaminaciju interfejsa i imaju dobru kompatibilnost interfejsa sa matricom. U poređenju sa tradicionalnim kompozitnim materijalima za veštačko spoljno ojačanje, njihova čvrstoća je znatno poboljšana, uz održavanje dobre žilavosti i dobre performanse pri visokim temperaturama. Na primjer, kompozitni materijali Cu-20%Nb (volumenski udio) imaju izuzetno visoku vlačnu čvrstoću, blizu 2000Pa; Cu-18% (maseni udio) ima provodljivost od 66,6%LACS i vlačnu čvrstoću od 1450MPa. Ostali kompozitni materijali kao što su Cu-Fe i Cu-Ta također imaju visoku čvrstoću na sobnoj temperaturi i čvrstoću na visokoj temperaturi, a čvrstoća materijala općenito može doseći 800 ~ 1500 MPa.
