铜及铜合金教学用课件

铜及铜合金目录基础知识分类与组成铜的基础知识铜合金定义与分类••物理性能黄铜、青铜、白铜••化学性能特殊铜合金••性能与应用工艺与发展强化机制加工工艺••组织特征可持续发展••工业应用案例前沿研究趋势••铜的基础知识元素特性原子序数•29化学符号（来源于拉丁文）•Cu Cuprum相对原子质量•

63.546元素周期表族过渡金属•IB•电子构型[Ar]3d¹⁰4s¹晶体结构面心立方结构（）•FCC晶格常数•a=

0.3615nm配位数•12原子堆积系数•

0.74铜的面心立方结构模型图基本物理特性密度（室温）•

8.96g/cm³颜色红色金属光泽•导电性仅次于银•导热性优良（）•401W/m·K可延展性极佳，可加工成薄片和细丝•铜的物理性能热物理性能电学性能力学性能熔点°导电率拉伸强度•1083C•99%IACS•220-370MPa沸点°电阻率屈服强度•2567C•

1.68μΩ·cm•70-340MPa比热容温度系数°延伸率•

0.385J/g·K•

0.00393/C•10-60%•热膨胀系数

16.5×10⁻⁶/K•是标准导电材料基准•硬度40-120HB热导率弹性模量•401W/m·K•110-130GPa铜的化学性能氧化反应铜在常温下不被干燥空气氧化，但长期暴露在空气中会形成一层绿色的碱式碳酸铜保护层（铜绿）2Cu+O₂+CO₂+H₂O→Cu₂OH₂CO₃高温下铜会与氧气反应生成氧化亚铜和氧化铜4Cu+O₂→2Cu₂O2Cu+O₂→2CuO与酸的反应铜不与非氧化性酸（如盐酸、稀硫酸）反应，但会与氧化性酸（如硝酸、浓硫酸）反应Cu+4HNO₃→CuNO₃₂+2NO₂+2H₂OCu+2H₂SO₄→CuSO₄+SO₂+2H₂O电化学性质标准电极电位•+

0.337V电化学序列中属于较不活泼金属•不易置换氢离子，稳定性较好•耐腐蚀性耐大气腐蚀性良好•耐淡水腐蚀，但在海水中易受侵蚀•对酸、碱的耐蚀性取决于具体介质•铜合金的定义与分类铜合金定义铜合金是以铜为基体（含量通常大于），添加一种或多种其他元素（如锌、锡、铝、镍、硅、铍等）形成的合金通过50%合金化可以改善纯铜的力学性能、耐蚀性、加工性能等，同时保持铜的良好导电导热性黄铜（系）Cu-Zn主要成分为铜和锌，锌含量一般为根据锌含量可分为黄铜、黄铜和黄铜常见的有、、5%-45%αα+ββH62H68等H70青铜（系）Cu-Sn主要成分为铜和锡，锡含量一般为分为锡青铜、铝青铜、硅青铜等常见的有、等1%-20%QSn4-3QSn6-6-3白铜（系）Cu-Ni主要成分为铜和镍，镍含量一般为常见的有、等，具有良好的耐蚀性和电阻特性10%-45%BZn18-18BZn15-20特殊铜合金包括铍青铜、铬锆铜、银铜等，通过添加特殊元素获得特定性能如铍青铜、锆铜等QBe2CuCr1黄铜（铜锌合金）黄铜的分类黄铜锌含量，单相，易于冷加工•α35%黄铜锌含量，双相，热加工性能好•α+β35-45%黄铜锌含量，单相相，硬度高但较脆•β45%β常见黄铜型号（）最常用的黄铜，冷加工性能好•H62Cu-62%,Zn-38%（）良好的冷加工性和中等强度•H68Cu-68%,Zn-32%（）优良的冷加工性和耐蚀性•H70Cu-70%,Zn-30%（）色泽近似黄金，常用于装饰•H85Cu-85%,Zn-15%（含铅黄铜）添加铅，提高切削加工性能•H59-1黄铜的性能特点强度高锌的固溶强化使强度高于纯铜•易加工良好的塑性，适合冷加工和热加工•导电性约为纯铜的•25-30%耐蚀性在大气、淡水中耐蚀性良好，但易发生去锌腐蚀•颜色根据锌含量从红黄色到浅黄色•成本低锌价格低于铜，合金化降低成本•青铜（铜锡合金）青铜的分类锡青铜系，锡含量一般为•Cu-Sn1-20%铝青铜系，铝含量一般为•Cu-Al5-12%硅青铜系，硅含量一般为•Cu-Si1-4%锰青铜系，锰含量一般为•Cu-Mn1-4%铅青铜系，含铅以提高铸造性•Cu-Sn-Pb常见青铜型号（）弹簧、齿轮用•QSn4-3Cu-4%Sn-3%Zn（）轴承材料•QSn6-6-3Cu-6%Sn-6%Zn-3%Pb（）高强度铝青铜•QAl9-4Cu-9%Al-4%Fe（）电气零件用•QSi3-1Cu-3%Si-1%Mn青铜的性能特点耐磨性优良摩擦系数低，特别适合轴承•耐蚀性强海水、酸、碱中均有良好表现•铸造性能好流动性好，凝固收缩小•弹性高某些青铜具有优良的弹性，适合弹簧•无磁性非磁性材料，适用于特殊场合•焊接性比黄铜更易焊接•123轴承和滑动部件船舶和海洋工程艺术铸造和雕塑青铜特别是锡青铜和铅青铜用于制造各种轴承、衬套、滑块等，其低摩擦系数和优铝青铜和锰青铜广泛应用于船舶螺旋桨、船舶配件、海水泵、阀门等，其卓越的耐良的耐磨性使其成为轴承材料的首选在重载、低速和严酷环境中，青铜轴承比其海水腐蚀性和高强度使其成为海洋工程的理想材料铝青铜螺旋桨能有效抵抗海水他材料具有更长的使用寿命腐蚀和空化侵蚀白铜（铜镍合金）白铜的分类•普通白铜Cu-Ni二元合金，镍含量10-45%•锰白铜Cu-Ni-Mn三元合金，添加锰提高强度•铁白铜Cu-Ni-Fe三元合金，添加铁提高耐蚀性•铝白铜Cu-Ni-Al三元合金，添加铝提高硬度常见白铜型号•BZn15-20（Cu-15%Ni-20%Zn）硬币、装饰件•BZn18-18（Cu-18%Ni-18%Zn）电阻材料•BFe30-1-1（Cu-30%Ni-1%Fe-1%Mn）热交换器•BAl2-20（Cu-20%Ni-2%Al）高强度零件白铜的性能特点•优良的抗腐蚀性特别是对海水的耐蚀性极佳•良好的耐高温性能可在高温下保持强度•稳定的电阻特性温度系数低，适合精密电阻•颜色银白色，类似镍，美观且不易褪色特殊铜合金铍青铜铬锆铜主要成分主要成分Cu+

0.4-

2.0%Be+Co,Ni Cu+

0.5-

1.5%Cr+

0.1-

0.5%Zr超高强度经热处理后抗拉强度可达高导电率可达•1300-1400MPa•80-90%IACS优良的弹性弹性极限高，弹性恢复性好高强度热处理后强度可达••500-600MPa良好的导电导热性电导率可达优良的耐热性可在高温下保持强度•25-30%IACS•无火花特性适用于爆炸性环境良好的焊接性能焊接后仍保持高强度••应用高性能弹簧、电子连接器、模具应用电极、电阻焊接头、高温导电零件••硅青铜主要成分Cu+1-4%Si+Mn,Zn高强度抗拉强度可达•400-700MPa优良的弹性适合制作弹簧•良好的耐蚀性特别是对硫酸的抵抗力•优良的焊接性能焊接性好于其他铜合金•应用弹簧、紧固件、电气开关•铜镁合金铜银合金铜钛合金---主要成分主要成分主要成分Cu+

0.3-

0.8%Mg Cu+

0.05-

0.1%Ag Cu+1-4%Ti高导电率可达以上极高的导电率接近纯铜高强度热处理后强度可达•90%IACS••中等强度热处理后强度可达优良的耐热性在高温下不易软化800MPa••良好的导电性400MPa应用接触线、高温导体•30-40%IACS•应用导电零件、电子引线框架应用高强度电气连接器••铜合金的强化机制固溶强化合金元素原子溶入铜基体晶格中，形成固溶体，扭曲晶格并阻碍位错运动，从而提高合金的强度和硬度基本原理合金元素原子与铜原子尺寸不同，造成晶格畸变•影响因素原子尺寸差异、溶解度、浓度•典型例子黄铜中锌元素的固溶强化效果•形变强化（加工硬化）通过冷加工（如轧制、拉伸、锻造等）增加材料中的位错密度，位错相互纠缠阻碍运动，从而提高材料强度基本原理塑性变形导致位错密度增加•特点强度和硬度提高，但塑性和韧性降低•应用态（加工硬化态）铜合金产品•H析出强化（时效硬化）通过热处理使过饱和固溶体中析出第二相粒子，这些析出物阻碍位错运动，提高合金强度基本步骤固溶处理淬火时效处理•→→析出相特点细小、分散、稳定•典型例子铍青铜中相的析出强化•CuBe晶粒细化强化减小晶粒尺寸，增加晶界面积，阻碍位错运动，提高材料的强度和硬度基本原理霍尔佩奇关系（）•-σy=σ0+kd^-1/2实现方法合适的热处理、加工工艺、添加晶粒细化剂•应用细晶铜合金线材、板材•铍青铜强化过程铜合金强化效果对比固溶处理（°）使铍完全溶入铜基体固溶强化强度提高，保持较好塑性

1.780-800C30-50%淬火保持过饱和固溶状态形变强化强度提高，塑性降低

2.50-100%时效处理（°，小时）析出细小相析出强化强度提高，塑性适中

3.300-350C1-3CuBe200-300%铜及铜合金的组织特征纯铜的组织特征面心立方结构（）•FCC退火态等轴晶粒，常见双晶•加工硬化态变形组织，晶粒拉长•再结晶态新生细小等轴晶粒•黄铜的组织特征黄铜单相固溶体，呈黄色•α黄铜双相组织，相呈针状或块状•α+ββ黄铜单相相，高温下稳定•ββ相图中，锌含量增加导致相变化•Cu-Zn青铜的组织特征锡青铜相基体中分布相•αδ铝青铜或复杂组织•α+βα+β+γ2硅青铜相中分布相（）•ακCu15Si4铸造青铜常见枝晶和偏析•特殊铜合金的组织特征铍青铜时效态中分布细小析出相•CuBe铬锆铜基体中分布粒子和相•Cr Cu5Zr白铜单相固溶体或少量析出相•晶粒度控制与性能关系第二相形态与分布加工热处理对组织的影响晶粒度是影响铜合金性能的关键因素之一晶粒细化可提高强度和硬度，但过细会第二相的形态、尺寸和分布对铜合金性能有重要影响析出强化型合金中，细小弥冷加工导致晶粒变形，位错密度增加；适当退火可引起回复、再结晶和晶粒生长降低导电性晶粒度每增加级，屈服强度约增加变形铜合金通过散分布的析出相效果最佳；而在耐磨铜合金中，硬质第二相应呈块状分布相界面铸造组织中常见的枝晶和偏析通过均匀化退火可以改善热加工温度对相铜合ASTM125MPaα+β适当的热处理可获得理想晶粒度处常成为应力集中源，影响合金的疲劳性能金尤为重要，过高或过低温度均易导致组织缺陷铜及铜合金的力学性能屈服强度MPa抗拉强度MPa延伸率%铜的工业应用电气工程应用电子工业应用电力传输电线电缆、母线、导体印刷电路板铜箔、导线••PCB电气设备变压器绕组、电机线圈集成电路引线框架、散热片••开关设备断路器、接触器触点连接器端子、插头、插座••接地系统接地极、接地网射频元件天线、谐振腔••纯度以上的阴极铜是电线电缆的首选材料，全球约电子级铜纯度要求更高，可达以上通信设备中高

99.9%50%

99.99%5G的铜用于电气工业高压输电线采用铜芯可减少传输损耗频电路对铜材表面质量要求极高，需采用特殊表面处理技术15-20%建筑装饰应用建筑外观屋顶、幕墙、雨水系统•室内装饰门把手、栏杆、装饰板•给排水系统水管、接头、阀门•暖通系统散热器、热交换器•铜在建筑中使用寿命长达年以上，维护成本低铜屋顶形成的铜绿层不仅美观，还提供额外保护铜水管抑菌性能优良，可减100少军团菌等微生物滋生热交换应用可再生能源应用空调系统冷凝器、蒸发器铜管太阳能系统光伏连接、集热器••散热器散热器、汽车散热器风力发电发电机绕组、接地系统•CPU•换热器板式换热器、管壳式换热器氢能源电解槽电极、燃料电池••铜的导热系数为，远高于不锈钢，一个典型风力发电机中含铜量约为吨太阳能光伏系统401W/m·K16W/m·K2MW3-4使换热效率提高倍每装机容量需要约吨铜3-4MW4-5铜合金典型应用黄铜典型应用•阀门和水暖配件水龙头、阀体、接头•仪器零件齿轮、轴、套筒、精密部件•电气部件开关、灯座、端子排•建筑五金锁具、铰链、门把手•弹壳和军用零件子弹壳、炮弹底黄铜因其良好的加工性、中等强度和美观外观，成为水暖、五金行业的首选材料青铜典型应用•轴承和衬套滑动轴承、自润滑轴承•齿轮和蜗轮减速器、大型机械传动•船舶部件螺旋桨、推力块、海水泵•艺术铸造雕塑、钟、艺术品•冲压模具耐磨损、耐冲击模具青铜因其优异的耐磨性和耐腐蚀性，广泛应用于重载摩擦部件和海洋环境白铜典型应用•热交换器海水冷凝器、蒸馏设备•硬币和奖章各国硬币、纪念币•乐器部件管乐器、钢琴弦•医疗器械手术器械、牙科器械•电阻元件精密电阻、热电偶白铜因其优异的耐蚀性和银白色外观，广泛应用于海水环境和需要抗污染的场合特殊铜合金应用1铍青铜高性能弹簧、无火花工具、注塑模具、航空航天连接器铍青铜弹簧可在高温环境下长期工作而不失去弹性，广泛用于关键安全设备高强度铜合金2铬锆铜电阻焊电极、电弧焊接头、高速铁路接触网铬锆铜电极具有高导电性和高强度，焊接寿命是普通铜电极的3-5倍精密电子铜合金3磷铜电子连接器、弹片、开关触点、精密仪器弹性元件磷铜具有优良的弹性和疲劳强度，可在电子设备中承受数百万次循环载荷铜与其他有色金属的性能对比铜铝镁铜合金的加工工艺熔炼与铸造1铜合金的冶炼通常采用感应炉或反射炉进行，熔炼温度通常控制在合金熔点以上°100-150C熔体需除气、除渣，并进行合金化处理铸造可采用砂型铸造、金属型铸造、压力铸造或连续铸造等方法，得到铸锭或铸件2热加工铜合金热加工包括锻造、轧制、挤压等，通常在°进行黄铜热加工温度范围为700-900Cα°，黄铜为°热加工可破坏铸态组织，消除偏析，改善力学性能700-800Cα+β650-750C冷加工3加热保温时间需控制，避免过烧或氧化铜合金冷加工包括冷轧、冷拉、冷锻等，在室温下进行冷加工可提高强度和硬度，改善表面质量，获得精确尺寸多数铜合金冷加工硬化明显，如黄铜冷加工后强度可提高需控制H7050-80%加工硬化程度，避免开裂4热处理铜合金常用热处理包括退火、固溶处理和时效处理退火温度通常为°，用于消除加350-650C工硬化固溶处理和时效处理主要用于铍青铜、铬锆铜等析出硬化型合金，固溶温度为700-表面处理5°，时效温度为°850C300-450C铜合金表面处理包括机械抛光、化学清洗、电镀、着色等常见表面处理有镀镍、镀铬、镀锡、镀银、阳极氧化等表面处理可改善外观、提高耐蚀性、增强焊接性或实现特殊功能铜管加工工艺铜带加工工艺铜管制造主要采用挤压拉拔工艺铜带制造流程-热挤压将铜锭加热至°，通过挤压机挤出成毛管连铸连轧将熔融铜直接铸造成带坯

1.750-800C

1.冷拉拔通过多道次拉拔，减小壁厚，增加长度热轧将带坯轧制成厚度的热轧带

2.

2.3-6mm中间退火防止加工硬化导致开裂冷轧多道次冷轧至所需厚度

3.

3.精整控制尺寸精度，表面质量处理精整退火、平整、剪切、检验

4.

4.空调用紫铜管壁厚可达，内表面要求光洁度用电子铜箔厚度可达，要求表面无针孔、夹杂

0.2mm Ra≤

0.8μm PCB5-9μm铸造铜合金铸造铜合金的特点•流动性好能充满复杂的铸型•凝固收缩小减少缩松和裂纹•气体溶解度高易产生气孔•热导率高冷却速度快，易形成粗大晶粒•合金化程度高提高铸造性能常用铸造铜合金•锡青铜QSn5-

5、QSn10-2（含5-10%Sn）•铅青铜QSn5-5-5（含5%Pb）•锌青铜QZn15-8-3（含15%Zn）•铝青铜QAl9-

4、QAl10-4-4（含9-10%Al）•硅青铜QSi3-1（含3%Si）变形铜合金12变形铜合金的特点常用变形铜合金变形铜合金是通过塑性变形加工成各种形状的铜合金产品，包常用的变形铜合金包括紫铜（、、）、黄铜T2TU1TU2括板、带、管、棒、线、型材等相比铸造铜合金，变形铜合（、、）、锡青铜（、）、磷青铜H62H68H70TB QSn金具有更高的强度和塑性，组织更加均匀，内部质量更好，但（、）、铍青铜（）、铬锆铜QSn

6.5-

0.1QSn4-

0.3QBe2成分通常更简单，合金元素含量较低变形铜合金在室温下加（）等这些合金根据加工状态分为软态（）、半CuCr1Zr O工硬化明显，需要中间退火以消除加工应力硬态（）、硬态（）和特殊处理态（如析出硬化态）等H HTH多种交货状态，以满足不同应用需求3主要加工方法变形铜合金的主要加工方法包括轧制（板、带）、挤压（管、棒、型材）、拉拔（线、管、棒）、锻造（异形件）等每种方法有其特定的工艺参数和设备要求例如，紫铜带材轧制的单道次变形量通常控制在，而黄铜可达；拉拔加工的单道20-30%30-40%次面积减少率通常控制在，过大容易导致开裂15-25%冷加工铜合金热加工铜合金冷加工是在室温下进行的塑性加工，主要包括热加工是在再结晶温度以上进行的塑性加工，主要包括冷轧生产厚度的板带材热轧生产厚度的板材•≤6mm•≥6mm冷拉生产精密管材、棒材和线材热挤压生产管材、棒材和型材••冷锻生产异形零件热锻生产大型锻件••冲压生产薄壁零件•热加工温度范围紫铜°，黄铜°，青750-900C650-750C铜°热加工可破坏铸态组织，消除偏析，改善内部冷加工可提高材料强度和硬度，改善表面质量，获得精确尺寸，但700-820C质量，但表面质量较差，尺寸精度低，易产生氧化皮热加工后常会降低塑性多数铜合金冷加工硬化显著，如黄铜冷加工硬H70需进一步冷加工获得最终产品化后抗拉强度可从提高到340MPa550MPa铜的焊接与连接铜及铜合金的焊接特性•导热性高热量散失快，需预热•热膨胀系数大易产生变形和应力•易氧化需保护或使用焊剂•合金元素易蒸发如锌、铅等•热裂倾向某些合金热裂敏感性高不同铜合金的焊接性差异很大紫铜和白铜焊接性好；高锌黄铜（锌20%）焊接性差，易产生脱锌现象；铝青铜和硅青铜焊接性中等；铍青铜焊接后需重新热处理常用焊接方法选择气焊适用于薄壁件，预热要求低电弧焊适用于厚壁件，焊接速度快TIG焊适用于高质量要求，无飞溅电阻焊适用于薄板、丝材，自动化程度高激光焊适用于精密部件，热影响区小钎焊技术机械连接方法特种连接技术钎焊是铜及铜合金最常用的连接方法，分为软钎焊和硬钎焊铜合金的机械连接方法多样针对特殊应用场合的连接技术•软钎焊钎料熔点450°C，通常为锡铅合金•螺纹连接水暖管件、电气接头•超声波焊接适用于薄铜箔、微电子器件•硬钎焊钎料熔点450°C，通常为银铜锌合金•卡压连接现代铜管道系统•摩擦焊适用于铜与异种金属连接铜管道连接多采用银钎焊，典型钎料成分为45%Ag-15%Cu-16%Zn-24%Cd，工作温度约•扩口连接制冷铜管•爆炸焊接制造铜-铝、铜-钢复合板710°C钎焊接头强度可达母材的70-80%，密封性好电子行业广泛使用无铅钎料如Sn-•法兰连接大口径管道•扩散焊高可靠性电子封装Ag-Cu系合金铜合金的热处理1退火处理退火是铜合金最常用的热处理方法，主要目的是消除加工硬化，恢复塑性，稳定尺寸，调整组织完全退火温度°，保温小时，缓冷•350-650C

0.5-2再结晶退火温度°，保温短，冷却方式不限•350-550C应力消除退火温度°，保温短，缓冷•250-350C不同铜合金退火温度不同紫铜°，黄铜°，青铜°退火后软化程度取决于合金成分和退火制度350-650C350-550C500-650C2固溶处理固溶处理主要用于析出硬化型铜合金，如铍青铜、铬锆铜等目的是使合金元素完全溶解于铜基体中形成过饱和固溶体铍青铜°，保温小时，水淬•760-800C

0.5-1铬锆铜°，保温小时，水淬•950-1000C

0.5-1硅青铜°，保温小时，水淬•750-850C

0.5-1固溶处理后，合金处于软态，强度低，塑性好，便于加工成形固溶态下工件应尽快进行加工或时效处理，避免自然时效3时效处理时效处理是在固溶处理后进行的热处理，目的是使过饱和固溶体分解，析出第二相粒子，提高强度和硬度铍青铜°，保温小时，空冷•300-350C1-3铬锆铜°，保温小时，空冷•450-500C2-4铜镁合金°，保温小时，空冷•450-480C2-4时效处理可显著提高合金强度铍青铜时效后强度可提高倍，硬度可达；铬锆铜时效后强度可提高倍以上，同时保持良好导电性3-438-45HRC1特殊热处理热处理中的注意事项均匀化处理加热速度控制避免热应力变形•保护气氛防止氧化、脱锌用于消除铸态铜合金中的偏析，温度通常为°，保温时间长（小•750-900C4-12时）•淬火介质选择水、油或盐水温度控制精度通常±°去应力热处理•5C时间控制根据截面尺寸调整•用于消除铜合金铸件或焊接件中的内应力，温度通常为°，保温小250-350C1-2时铜合金的耐蚀性提升铜合金的主要腐蚀形式•均匀腐蚀整体表面均匀溶解•选择性腐蚀如黄铜的脱锌腐蚀•应力腐蚀开裂应力与腐蚀环境共同作用•电偶腐蚀与其他金属接触产生电位差•点蚀局部腐蚀形成孔洞•缝隙腐蚀缝隙处氧浓差腐蚀常见腐蚀环境•大气干燥、潮湿、工业、海洋等•水淡水、海水、软水、硬水等•土壤酸性、碱性、含盐等•化学介质酸、碱、盐等•高温氧化、硫化等各类铜合金耐蚀性对比合金类型耐蚀性特点紫铜耐大气、淡水、弱酸碱黄铜易脱锌，NH3环境差锡青铜耐海水，无脱锌现象新型高性能铜合金超细晶铜合金纳米复合铜合金通过特殊加工工艺获得晶粒尺寸小于的铜合金铜基体中分散分布纳米级第二相粒子的复合材料1μm•制备方法等通道角挤压ECAP、高压扭转HPT、累积叠轧ARB•制备方法内氧化、机械合金化、原位合成性能特点强度提高，同时保持良好导电性常见体系₂₃、、、石墨烯•50-100%•Cu-Al OCu-SiC Cu-CNT Cu-应用领域微电子引线、高性能导体、微型连接器性能特点高强度、高导电性、高耐磨性、高热稳定性••超细晶合金强度可达，同时保持的导电率复合材料强度比纯铜高一倍，同时保持的导电率，°下Cu-

0.3%Cr650MPa80%IACS Cu-1%CNT90%500C长期稳定低成本高性能铜合金通过微合金化和先进工艺开发的经济型高性能铜合金微合金元素、、、、等•Mg TeAg FeP≤

0.1%制备工艺精确控制熔炼、铸造和热机械处理•性能特点成本低于传统高性能铜合金•20-30%合金成本比铍青铜低，但强度可达，导电率达Cu-

0.1%Mg-

0.05%P70%500MPa75%IACS特种功能铜合金前沿研究方向形状记忆铜合金生物相容性铜合金主要体系和，可在应变后通过加热恢复原形开发抗菌和生物相容的铜合金，如、系统Cu-Zn-Al Cu-Al-Ni Cu-Ti Cu-Zr记忆温度°，记忆形变用于医疗器械、抗菌表面等铜的抗菌作用可在小时内杀灭的细菌•Cu-Zn-Al-100~100C4-5%

299.9%记忆温度可达°，但脆性大•Cu-Al-Ni200C打印铜合金3D应用于温控阀、传感器、医疗器械等开发适合增材制造的铜合金粉末和工艺，如、系统Cu-Cr-Nb Cu-Sn无磁性高强铜合金用于复杂结构导热零件、热交换器等激光选区熔化可实现以上的致密度97%在强磁场环境下使用的特种铜合金，如、系统Cu-Mn-Al Cu-Mn-Sn高熵铜合金应用于核磁共振、粒子加速器等设备中的关键部件含多种主元素的新型合金体系，如系统Cu-Ni-Co-Fe-Mn综合性能优异，耐腐蚀性可提高倍2-3铜合金的可持续发展国际前沿研究趋势导电率与强度兼备传统铜合金面临强度-导电性权衡困境，提高强度通常会降低导电率前沿研究通过以下方向突破这一限制

1.纳米析出相控制精确控制CuCr、CuZr合金中纳米析出相的尺寸、形态和分布

2.界面工程设计特殊界面结构，减少电子散射

3.复合强化结合多种强化机制，如CuNiSiCr合金最新研究成果Cu-

0.3Cr-

0.1Zr-

0.05Ag合金同时实现700MPa强度和80%IACS导电率特殊功能铜合金•高弹性铜合金Cu-Ti-X系统，弹性模量140GPa•高阻尼铜合金Cu-Mn-X系统，阻尼系数

0.05•自润滑铜合金Cu-MoS₂、Cu-石墨复合材料•磁制冷铜合金Cu-Mn-Al系统，磁热效应显著铜合金的力学性能案例重大工程案例上海地铁线路工程京张高铁工程上海地铁是世界最大的地铁系统之一，铜材使用案例京张高铁是2022年冬奥会重要配套工程，铜合金应用•电力电缆使用ETP级高纯无氧铜（

99.99%），总长超过15000公里•接触线系统使用Cu-Ag-Sn合金接触线，长度约340公里铜及铜合金的标准与规范国家标准体系中国铜及铜合金标准体系主要包括•基础标准术语、分类、代号、检验方法•产品标准各类铜及铜合金半成品规范•工艺标准加工、热处理、焊接等工艺要求•测试标准理化性能、无损检测等方法主要铜合金标准包括•GB/T5231-2012《铸造铜合金牌号、化学成分及力学性能》•GB/T5232-2012《变形铜及铜合金牌号、化学成分》•GB/T21652-2008《铜及铜合金加工产品分类和代号》•GB/T4423-2005《铜及铜合金板带材》•GB/T4527-2010《铜及铜合金管》国际标准对比标准体系特点ISO国际通用，综合性强ASTM美国标准，详细具体EN欧洲标准，环保要求高JIS日本标准，精度要求高GOST俄罗斯标准，耐寒性强调123电工用铜材标准标准牌号命名规则标准执行与认证铜及铜合金综合复习基础知识铜的物理化学性质、晶体结构、相图基础分类与牌号铜合金的分类体系、主要牌号、命名规则性能与强化力学性能、物理性能、强化机制、组织特征加工与热处理铸造、变形加工、热处理、焊接、表面处理应用与发展5工业应用、发展趋势、新型合金、可持续发展强化机理与应用类型常见考点回顾综合应用能力铜合金的强化机制与应用领域紧密相关铜合金相关课程常见考点包括铜合金知识的综合应用能力体现在•固溶强化型如黄铜、白铜，用于装饰、水暖、热交换•铜合金相图及相变如Cu-Zn相图中的相转变规律•材料选型能力根据使用条件合理选择铜合金材料•形变强化型如紫铜线、带材，用于电气导体•强化机制原理位错理论、析出强化理论•工艺设计能力设计合适的加工、热处理工艺•析出强化型如铍青铜、铬锆铜，用于弹性元件、电极•工艺-组织-性能关系热处理制度对组织和性能的影响•性能预测能力预测特定组织下的性能表现•复合强化型如Cu-Ni-Si合金，用于高性能连接器•应用失效分析典型失效案例分析及防治•失效分析能力分析铜合金部件失效原因不同应用场合要求不同的性能组合，如导电导热应用要求高导电率和一定强度；弹性元件要求高弹性•新型铜合金设计合金设计原理与方法•创新开发能力根据新需求开发改进型铜合金极限和疲劳强度；耐磨应用要求高硬度和耐磨性掌握这些核心知识点，既要理解基本原理，又要联系实际应用，能够分析和解决实际问题在实际工作中，往往需要综合运用多学科知识，如材料科学、力学、电学、化学等，全面分析和解决铜合金应用问题20%30%基础理论工艺技术在铜合金知识体系中的占比在铜合金知识体系中的占比课件小结与讨论行业新发展核心知识回顾铜合金行业正经历数字化、绿色化转型超细晶、纳米复合、高熵合金等前沿铜及铜合金的基础知识、分类、性能、工艺和应用构成了完整的知识体系从技术不断涌现；电动汽车、通信、清洁能源等新兴领域对铜合金提出新需求；5G原子结构到工业应用，从传统工艺到前沿研究，我们系统学习了铜合金材料的智能制造、绿色生产成为行业发展方向了解这些新趋势有助于把握行业脉搏方方面面这些知识不仅是考试的重点，更是今后工作实践的基础思考探索就业前景关于铜合金的未来，值得我们思考如何突破强度导电性权衡困境？如铜合金相关行业就业前景广阔，主要方向包括材料研发（合金设计、性-何实现铜资源的可持续利用？纳米技术如何改变铜合金的性能极限？人工能测试）、工艺技术（生产工艺、装备开发）、质量控制（检验检测、标智能如何优化铜合金设计和生产？希望同学们带着这些问题，继续探索铜准制定）、技术服务（应用咨询、失效分析）等相关企业包括铜加工企合金的奥秘业、终端用户、科研院所等发展机遇未来挑战铜合金的发展机遇主要来自新能源和电动汽车产业对铜需求增长、通信和5G铜合金面临的主要挑战包括资源短缺与价格波动、环保压力与绿色转型、替数据中心建设、一带一路基础设施建设、绿色低碳转型中的再生资源利用、代材料的竞争、性能极限的突破等应对这些挑战需要持续创新，开发高性能、新型铜基功能材料在高技术领域的应用等把握这些机遇将推动铜合金产业持低成本、环保型铜合金，拓展应用领域，提高资源利用效率续发展课后思考题延伸阅读推荐分析铜及铜合金在新能源汽车中的应用前景及挑战《铜及铜合金加工手册》，周尧和，冶金工业出版社

1.•对比分析铍青铜与新型环保高强铜合金的性能与应用《铜合金相图与微观组织》，刘雄军，科学出版社

2.•探讨铜合金在微电子领域面临的机遇与挑战《铜基功能材料》，王同敏，化学工业出版社

3.•思考数字化、智能化技术如何改变铜合金的研发和生产模式《》，

4.•Copper andCopper AlloysASM International分析全球铜资源分布不均对中国铜产业发展的影响及应对策略期刊《铜工程》、《有色金属》、《》

5.•Materials Scienceand EngineeringA通过本课程的学习，希望同学们不仅掌握了铜及铜合金的基础知识，更对这一古老而现代的材料产生浓厚兴趣铜合金作为人类最早使用的金属材料之一，历经几千年发展仍然在现代工业中发挥重要作用，这种持久的生命力源于其独特的性能组合和人类不断的创新未来，随着科技进步和应用需求的变化，铜合金必将展现出新的活力，希望同学们能在这一领域有所建树，为铜合金的发展贡献力量！。