Trendy výskumu a vývoja a problémy pokročilých zliatin medi
Meď a zliatiny medi sú triedou kľúčových materiálov s dôležitými aplikáciami. Vďaka svojej vynikajúcej tepelnej vodivosti, elektrickej vodivosti, ťažnosti, odolnosti proti korózii a ďalším vlastnostiam je meď nevyhnutným materiálom v určitých aplikáciách letectva, zbraní a vybavenia. V posledných dvoch rokoch spracovateľský priemysel jasne pocítil rast dopytu po zliatinách medi. Noví používatelia neustále vyvíjajú aplikácie na výrobu aditív zo zliatiny medi. Materiály sa tiež posunuli od skorého ľahko tvarovateľného liateho cínového bronzu k čistej medi a rôznym typom vysokopevnostnej a vysokovodivej medi. Podľa výskumnej správy bude svetový trh výroby aditív medi v rokoch 2019 až 2027 rásť ročným tempom rastu 51 %. miesto vo výrobe kovových prísad. Stav aplikácie materiálov zliatiny medi doma iv zahraničí. S rýchlym pokrokom v high-tech odvetviach sa nové materiály vyvíjajú smerom k ultra vysokému výkonu, vysokej čistote a vysokej iterácii. Bola navrhnutá integrácia, funkčnosť, miniaturizácia, spoľahlivosť atď. súvisiacich produktov. Vyššie požiadavky. Ako materiály jadrového vodiča sa pokročilá meď a zliatiny medi široko používajú v olovených rámoch veľmi rozsiahlych integrovaných obvodov v elektronickom informačnom priemysle, elektronických protiopatreniach, radaroch, vysokovýkonných mikrovlnných trubiciach pre zariadenia národnej obrany, vodičových materiáloch pre vysokopulzné magnetické polia , nadzemné drôty pre vysokorýchlostnú železničnú dopravu a veľké vodiace tyče a koncové krúžky asynchrónneho trakčného motora s moduláciou a reguláciou otáčok, elektródy na odporové zváranie, materiály pre batérie, elastické materiály nabíjania pre nové energetické vozidlá, kryštalizátory strojov na plynulé odlievanie a elektrické vákuum zariadenia pre hutnícky priemysel, spínacie kontaktné mostíky a rôzne súčiastky pre elektrotechniku Drôty a pod. V súčasnosti mnohí známi zahraniční výrobcovia aditívnej výroby zaraďujú do svojich produktových katalógov medené materiály. Reprezentatívnejšie, spoločnosť EOS zverejnila dátové listy pre čistú Cu a CuCrZr v roku 2020 a v roku 2021 uviedla na trh verzie týchto dvoch typov materiálov AMCM (Additive Manufacturing Customized Machine), dcérska spoločnosť EOS. Spoločnosť SLM Solutions postupne uviedla na trh údaje o produktoch CuSn10 a CuCrZr. V roku 2019 spoločnosť uviedla na trh produkty CuNi2SiCr, ktoré kombinujú pevnosť a elektrickú a tepelnú vodivosť. Môžu byť použité vo formách a elektrických poliach a stali sa trhákom v aditívnej výrobe materiálov zo zliatin medi. Výrobcovia materiálov TLS Technik, m4p, Sandvik, Makin a ďalšie spoločnosti ohlásili vlastnú výrobu produktov zo zliatiny medi. V súčasnosti sú materiály medi a zliatin medi na aditívnu výrobu koncentrované v čistej Cu, CuSn10, CuCrZr a CuNi2SiCr. Hoci CuNiSn, CuCr, CuCrNb, CuAlFeNi a ďalšie materiály majú tiež súvisiaci výskum a aplikácie aditívnej výroby, stupeň použitia nie je taký vysoký ako prvé štyri kategórie produktov. 1. V porovnaní so zliatinami medi je výhodou čistej Cu jej elektrická a tepelná vodivosť, pretože rôzne zliatiny medi po pridaní prvkov do medi nevyhnutne stratia elektrickú a tepelnú vodivosť. Keďže čistá meď má nízku mieru absorpcie pri konvenčnej vlnovej dĺžke 1064 nm, takzvanej vlnovej dĺžke červeného svetla, a je ťažké dosiahnuť zhustenie, tlač čistej Cu bola vždy problémom. Súčasným riešením je použitie laserov s krátkou vlnovou dĺžkou, ako je 515nm zelené laserové zariadenie TRUMPF, a druhým je zvýšenie výkonu, ako je zariadenie AMCM od EOS vybavené 1Kw laserom na tlač čistej medi. Bez ohľadu na to, aký typ zariadenia sa používa na tlač, ak chcete získať časti z čistej medi s vysokou hustotou alebo vysokou elektrickou a tepelnou vodivosťou, prášok suroviny si musí zachovať vysokú čistotu a zároveň mať vlastnosti prášku, ktoré uľahčujú dosiahnutie zahustenia. ako je primeraná distribúcia veľkosti častíc a prietok. Vyznačuje sa dobrou odolnosťou a vysokou objemovou hmotnosťou.
Pokiaľ ide o prípravu čistého medeného prášku, cieľom je zachovanie vysokej čistoty materiálov pri zachovaní vysokej sféricity. 2. CuSn10 CuSn10 je druh liateho cínového bronzu, ktorý sa ľahko tvaruje. Mnoho modelov alebo remesiel zahŕňajúcich medené materiály používa na tlač materiál CuSn10.
Zliatina CuSn10 má vysokú pevnosť a trvanlivosť Má vynikajúcu odolnosť proti opotrebovaniu a korózii a možno ju použiť na výrobu dielov odolných voči opotrebovaniu, ako sú čepele a ozubené kolesá. Jeho elektrická a tepelná vodivosť však nie je vysoká, takže CuSn10 sa vo všeobecnosti nepoužíva pre požiadavky na elektrickú alebo tepelnú vodivosť. CuSn10 je bežný produkt medzi súčasnými materiálmi zo zliatin medi na výrobu aditív. 3. Raketový motor CuCrZr je typickým scenárom aplikácie zliatiny medi. Materiálové požiadavky na obloženie motora a súvisiace diely sú mimoriadne vysoké. Na jednej strane je teplota spaľovania v spaľovacej komore extrémne vysoká (viac ako 3000 stupňov). Na druhej strane vysoká teplota, vysoký tlak a vysokorýchlostný plyn majú silnú eróziu na materiáloch. Zliatina CuCr je typická zliatina medi spevnená precipitáciou. Pridanie prvku Zr môže podporiť precipitáciu Cr fázy a zlepšiť distribúciu vyzrážaných fáz. Súčasne zlúčenina medi a zirkónu tvorená Zr a Cu môže hrať úlohu precipitačného spevňovania. Mechanika zliatiny CuCrZr má preto vynikajúci výkon a možno ju použiť pri výrobe častí raketových motorov. V posledných rokoch domáce letecké jednotky vykonali veľa výskumných a vývojových prác na aditívnej výrobe častí náporových komôr raketových motorov a CuCrZr je súčasným voliteľným materiálom.
Stojí za zmienku, že materiály zliatiny Rockets Copper pre časti motora sa stále aktualizujú a iterujú. CuZr, CuCr, CuAgZr, CuCrNb a ďalšie materiály boli aplikované vo výskume, najmä GRcop-42 (Cu-4Cr-2Nb v %), očakáva sa modernizácia spaľovacej komory raketového motora materiálov na novú úroveň. 4. CuNi2SiCrSLM Solutions uviedla na trh v roku 2019 produkt zo zliatiny medi CuNi2SiCr. Tento materiál je tepelne spracovateľná vytvrditeľná zliatina s vysokou pevnosťou a vyváženou kombináciou elektrickej vodivosti a tepelnej vodivosti. Zliatina zároveň obsahuje niklové a kremíkové komponenty a má vysokú odolnosť proti korózii a opotrebeniu. Samotný CuNi2SiCr nie je nový komponent. Tento materiál zodpovedá americkej štandardnej zliatine C18000. Spoločnosť SLM Solutions prevzala vedúcu úlohu v používaní tohto materiálu na aditívnu výrobu a vykonala identifikáciu materiálu a overenie parametrov, čím pridala dôležitého člena do rodiny zliatin medi na výrobu aditív. . Pevnosť CuNi2SiCr po tepelnom spracovaní je výrazne vyššia ako u CuCrZr a iných materiálov. Zároveň si dokáže zachovať určitú tepelnú vodivosť a elektrickú vodivosť. Môže už spĺňať niektoré požiadavky na výrobu foriem a požiadavky na vodivé časti, takže bude mať dôležité aplikácie v oblasti foriem a elektrických polí. Trendy výskumu a vývoja a problémy, ktorým čelia pokročilé materiály zo zliatin medi v mojej krajine (1) Technológia Trendy vo výskume a vývoji V posledných rokoch dosiahla celková úroveň vysokovýkonných zliatin medi a technológie ich prípravy v mojej krajine veľký pokrok a typy vysokovýkonných zliatin medi produkty s nezávislými právami duševného vlastníctva naďalej rástli. Inštalovaná úroveň spracovania materiálu zliatiny medi je blízka medzinárodnej pokročilej úrovni. Vývojový trend výskumu a vývoja a industrializácie pokročilých materiálov zliatin medi predstavuje nasledujúce charakteristiky. (1) Od požiadaviek na jeden výkon až po požiadavky na multifunkčné funkcie. Napríklad materiály na báze medi s vysokou tepelnou vodivosťou a vysokými vlastnosťami elektromagnetického tienenia by mali spĺňať dopyt po materiáloch vodičov vo vysoko presných poliach, ako sú systémy pulzného silného magnetického poľa a časticami zrýchlené elektromagnetické vysielače; vysokorýchlostné železničné trolejové vedenia elektrickej siete s rýchlosťou 380 km/h Okrem vysokej elektrickej vodivosti by mala mať aj vyššiu pevnosť, odolnosť proti opotrebovaniu a únave; zliatiny medi pre veľmi veľké integrované obvody musia mať vysokú pevnosť a vysokú vodivosť, tepelnú odolnosť, odolnosť proti ohybu, ľahké leptanie a ďalšie vlastnosti. (2) Materiály na spracovanie medi sa vyvíjajú v smere tenkej, tenkej, dlhej a vysokej presnosti. Dopyt po produktoch, ako sú ultrajemné drôty, ultratenké pásiky, tenkostenné rúry, extra dlhé rúry, extra dlhé pásy, závitové rúry, špeciálne tvarované rúry, špeciálne tvarované tyče, špeciálne tvarované pásy atď. , stále rastie. Napríklad olovený rám odráža viackolíkový a vysokohustotný, vývojový trend ultratenkých a miniaturizovaných. (3) Vysoká čistota medi. Obsah medi v priemyselnej medi sa zvýšil z 99,9 % na 99,95 % a potom na 99,99 % alebo ešte viac, aby sa maximalizovala elektrická a tepelná vodivosť materiálu. Mimoriadne čistá meď obsahujúca 99{41}} % medi minimalizuje vplyv nečistôt na elektrickú a tepelnú vodivosť. (4) Kompozitný materiál. Jediná metóda spevnenia materiálu má obmedzený potenciál a použitie kompozitných metód na ďalšie zlepšenie komplexného výkonu medených materiálov sa stalo výskumným centrom. Napríklad pridávanie častíc druhej fázy, whiskerov alebo vlákien do zliatin medi na kompozitné spevnenie medenej matrice a vývoj nových multifunkčných kompozitných materiálov na báze medi má veľký význam pre teóriu dizajnu vysokovýkonných zliatin medi a praktické aplikácie vo vysoko- technické oblasti. hodnotu. (2) Problémy, ktorým čelíme Hoci je moja krajina najväčším výrobcom materiálov zo zliatin medi na svete, stále nie je silnou krajinou v oblasti materiálov zo zliatin medi. moja krajina sa stále vo veľkej miere spolieha na dovoz vysokovýkonných zliatin medi, ktoré sú naliehavo potrebné v mnohých oblastiach špičkových technológií, ako je letectvo, elektronické informácie, námorné inžinierstvo a špičkové vybavenie. Existuje mnoho spoločností na výrobu materiálov zo zliatin medi, nízka priemyselná koncentrácia, slabá konkurencieschopnosť produktov a slabé zisky priemyslu. , nedokáže podporovať rozvoj high-tech odvetví. Hlavné problémy, ktoré sa týkajú priemyslu materiálov zliatin medi, sú nasledovné. (1) Existuje niekoľko druhov a tried vysokovýkonných materiálov zliatiny medi. Komplexný výkon niektorých vysokovýkonných zliatin medi je vo všeobecnosti nižší ako výkon podobných dovážaných produktov. Napríklad triedy olovených pásov Cu-Ni-Si a Cu-Cr-Zr nezávisle vyvinutých a vyrobených sú extrémne nízke. málo. (2) Je potrebné urýchlene zlepšiť stabilnú výrobnú kapacitu veľkých a vysokokvalitných výrobkov zo zliatiny medi. Stále sú napríklad potrebné prielomy v stabilite výkonu, kvalite povrchu a komplexných hotových výrobkoch vysoko presných elastických pásových výrobkov zo zliatiny medi. (3) Proces spracovania vysokovýkonných zliatin medi spôsobuje veľké znečistenie životného prostredia a vážne plytvanie zdrojmi; vysokoúčinná technológia prípravy s krátkym procesom ešte nie je vyspelá a je potrebné zlepšiť kvalitu a výkonnosť produktu. (4) Nedostatok nezávislej výrobnej technológie pre niektoré špičkové výrobné zariadenia obmedzuje vývoj nových produktov. Napríklad väčšina zariadení na výrobu fólií s vysokou presnosťou sa spolieha na dovoz. (5) Niektorým špičkovým materiálom zo zliatin medi chýbajú nezávislé práva duševného vlastníctva a verejné výskumné a vývojové platformy a výstavba databáz, pokiaľ ide o vlastnosti materiálov, výrobnú technológiu, normy a špecifikácie, zaostáva. (6) Veľkoformátová homogenizovaná prípravná technológia s ultra vysokou čistotou, ultranízkym obsahom kyslíka bezkyslíkatej medi je ešte potrebné ďalej zlepšovať a technológiu prípravy vysoko presnej korózie s veľkým priemerom a dlhou životnosťou. odolnú bielu meď je potrebné ďalej preraziť. Napokon, v porovnaní s produktmi, ako je titán, hliník a vysokoteplotné zliatiny, aditívna výroba medi a zliatin medi ešte nie je zrelá. EOS zaviedol pre materiálové produkty koncepciu podobnú Technology Readiness Level (TRL) pre materiálové produkty od roku 2019. V súčasnosti sú dva typy medených materiálov označené ako Level 3, čo je overovacia úroveň, zatiaľ čo produkty ako IN718 a AlSi10Mg sú vo všeobecnosti Level {{ 86}}. V tejto fáze sa aditívna výroba postupne presunula od overovania modelov k výrobe produktov. Materiály aditívnej výroby vstúpia do fázy výberu alebo navrhovania materiálov na základe aplikácií. Aktualizovaná iterácia materiálov medi a zliatin medi je zrejmejšia. Dá sa predvídať, že s neustálym pokrokom v procesoch a materiáloch sa aditívna výroba medených materiálov zvýši na novú úroveň. (Vlastník materiálu online)
