이제 구리 합금의 분류를 마쳤으므로 구리 합금의 개발 추세에 대해 이야기해 보겠습니다.
1. 고순도: 고순도의 주요 목적은 재료의 전기 및 열 전도도를 최대한 개선하는 것입니다. 산업용 구리의 구리 함량은 99.90%에서 99.95%까지이며, 그 다음 99.99%(4N) 또는 그 이상으로, 예를 들어 99.9999%(6N)를 함유한 초순수 구리와 같으며 불순물 함량 요구 사항도 더 엄격합니다. 예를 들어 산소(O) 함량은 0.01%~0.{{20}}5%에서 0.001%~0.006%로 감소하고 마지막으로 0.0002%~0.0003%로 감소합니다. 불순물이 전기 및 열 전도도에 미치는 영향을 최소화합니다. 대표적인 응용 분야로는 네트워크 전송 연결선용 고순도 구리, 전기 진공 장치용 고순도 무산소 구리, 정밀 유도 및 고충실도 신호 전송, 초전도체용 단결정 구리 및 초순수 구리 등이 있습니다.
다결정 구리에 비해 단결정 구리의 인장강도는 24.71% 감소하고, 신장률은 2.39배 증가하며, 단면수축률은 4.14배 증가하고, 저항률은 31.7% 감소하며, 1.72×10-8Ω·m 미만, 산소 함량은 5×10-6 미만, 수소 함량은 0...5×10-6 미만, 밀도는 8.92t/m3 이상입니다.
구리 합금 소재를 고순도로 개발하는 또 다른 측면은 미세합금 구리 합금에서 구리 합금 매트릭스가 고도로 정제되어야 재료가 더 높은 종합적 성능을 보장할 수 있다는 것입니다.
2. 미세 합금화: 미세 합금화의 목적은 강도를 크게 증가시키는 것과 같은 다른 특성을 위해 최소한의 전기 및 열 전도도를 희생하는 것입니다. 예를 들어, 약 0.1%의 철(Fe), 마그네슘(Mg), 텔루륨(Te), 실리콘(Si), 은(Ag), 티타늄(Ti), 크롬(Cr) 또는 지르코늄(Zr), 희토류 원소 등을 추가하면 강도, 경도, 연화 온도 또는 가공성을 개선할 수 있습니다. 미세 합금화 구리는 현재 구리 합금 소재 개발에서 가장 중요한 주제 중 하나입니다. 산소 강인한 구리와 고강도 및 고전도성 구리 합금이 주요 미세 합금화 구리입니다.
산소 기반 구리의 개념은 무산소 구리에 비해 구리 함량이 99.90% 이상으로 일반 순수 구리와 동일하지만 산소 함량은 0.005%~0.02%로 제어되고 전도도는 100%IACS 이상이 될 수 있다는 것입니다. 이는 적절한 양의 산소가 결정 사이의 불순물 원소에 일정한 산화 및 화학적 역할을 하여 매트릭스를 어느 정도 정제하기 때문입니다. 산소 기반 구리 생산의 가장 큰 특징은 원료 비용이 저렴하다는 것입니다. 저급 구리 폐기물을 사용하여 전기 및 열 전도도가 높은 산소 기반 구리 재료를 생산합니다.
고강도 및 고전도성 구리 합금은 우수한 종합적 성능으로 인해 전 세계 재료 과학 및 기술 종사자들에게 선호되어 왔습니다. 이들은 최근 몇 년 동안 가장 빠르게 성장하는 구리 합금 유형입니다. 미세 합금화로 추가된 원소는 주로 P, Fe, Cr, Zr, Ni, Si, Ag, Sn, Al 등입니다. 대표적인 합금 시스템은 주로 Cu-P, Cu-Fe-P 시스템, Cu-Ni-Si 시스템, Cu-Cr, Cu-Cr-Zr 시스템, Cu-Ag, Cu-Ag–Cr, Cu-Ag-Zr 시스템, Cu-Sn 시스템 등이며 다양한 희토류 합금 시스템도 있습니다. 합금의 다른 성분 함량의 합은 적어도 0.01%~0.1%가 될 수 있으며 최대값은 일반적으로 3%를 넘지 않습니다. 이들의 공통적인 특징은 재료가 고강도와 고전도성을 가지고 있다는 것입니다.
3. 복합 다원소 합금: 구리 및 그 합금의 강도, 내식성, 내마모성 및 기타 특성을 더욱 개선하거나 특정 특수 응용 분야 요구 사항을 충족하기 위해 기존 청동 및 황동에 5원소 및 6원소와 같은 여러 구성 요소를 추가하여 높은 탄성, 높은 내마모성, 높은 내식성 및 쉬운 절단과 같은 다양한 기능을 달성합니다. 다원소(4개 이상의 구성 요소) 합금은 구리 합금 개발에서 또 다른 핫 토픽이 되었으며 새로운 복합 합금이 끝없는 흐름으로 등장하고 있습니다. 전형적인 합금에는 다원소 망간 황동, 실리콘-망간 황동, 붕소-주석 황동, 무연 쾌삭 구리 합금 등이 있습니다. 이들의 공통적인 특성은 고강도 및 인성이며 인장 강도는 일반적으로 600~70{{30}}MPa 이상에 도달할 수 있습니다. 예를 들어, 새로운 망간 황동 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%, 나머지 Zn)는 제어 튜브 강도가 6{{60}}0MPa 이상, 신장률이 2{{70}}% 이상, 경도 HB가 180 이상입니다. 알루미늄 황동 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 나머지)는 강도가 750MPa 이상에 도달하고 경도 HB는 220을 초과합니다. 새로운 알루미늄 청동 QAl9-5-1-1(Cu: 나머지, Al: 8.0%~10.0%, Ni: 4.0%~6.0%, Mn: 0.5%~1.5%, Fe: 0.5%~1.5%)는 강도가 650MPa이고 항복 강도는 400MPa에 도달하고 신장률은 14% 이상에 도달합니다. 이러한 소재는 자동차 동기화 기어 링, 고압 펌프 마찰 쌍 또는 전극 구리 웨지를 제조하는 데 사용되며 일반 황동이나 청동보다 수명이 1~수명 더 깁니다.
최근 몇 년 동안 사람들의 환경 의식이 향상됨에 따라 환경 보호는 세계 문명 발전의 주제가 되었습니다. 사람들은 납, 베릴륨, 카드뮴, 비소와 같은 유해 원소의 영향에 대해 더 많은 관심을 가지고 있습니다. 무연 쾌삭 황동, 베릴륨 무고탄성 구리 합금, 비소 무내식성 구리 합금과 같은 환경 친화적인 구리 합금 재료의 개발은 구리 합금 재료의 중요한 개발 방향 중 하나가 되었습니다.
4. 복합 재료: 구리 합금 재료를 만드는 데는 두 가지 주요 방법이 있습니다. 하나는 합금 원소를 도입하여 구리 매트릭스를 강화하여 합금을 형성하는 것이고, 다른 하나는 두 번째 강화 단계를 도입하여 복합 재료를 형성하는 것입니다. 예를 들어 분산 강화 무산소 구리는 전형적인 인공 복합 재료이며 일반적으로 사용되는 분산 입자에는 Al2O3, ZrO2, Y2O3, ThO2 등이 있습니다. 인공 복합 재료 방법은 구리에 두 번째 상 입자, 위스커 또는 섬유를 인공적으로 추가하여 구리 매트릭스를 강화하고 균일하게 분포되고 미세하며 열적으로 안정한 산화물 입자를 구리 매트릭스에 도입하여 구리를 강화하여 재료를 얻는 것을 말합니다. 두 번째 상 성분은 일반적으로 1% 미만이거나 심지어 0.01%까지 낮지만 재료에 대한 강화 효과는 매우 분명하며 특히 재료의 고온 강도를 크게 향상시킵니다. 예를 들어, Cu-2.5%TiB2(부피 분율)의 경우 전도도는 76%LACS이고 인장 강도는 675MPa입니다. Cu-0.5%Al2O3(질량 분율) 계열 합금의 경우 재료의 온실 강도는 500~800MPa에 도달할 수 있으며 전도도는 85%LACS 이상에 도달할 수 있으며 900도에서 수소 연소 후 재료의 강도는 여전히 200~400MPa에 도달합니다.
빠르게 발전하는 또 다른 유형은 현장 복합 재료(자기 복합 재료)입니다. 현장 복합 재료는 원소 간 또는 원소와 화합물 간의 발열 반응을 통해 구리 매트릭스에서 보강재가 생성되는 유형의 복합 재료를 말합니다. 이 유형의 복합 재료의 보강재는 계면 오염이 없고 매트릭스와의 계면 호환성이 좋습니다. 기존의 인공 외부 보강 복합 재료와 비교할 때 강도가 크게 향상되고 인성과 고온 성능이 우수합니다. 예를 들어, Cu-20%Nb(부피 분율) 복합 재료는 2000Pa에 가까운 매우 높은 인장 강도를 가지고 있습니다. Cu-18%(질량 분율)는 66.6%LACS의 전도도와 1450MPa의 인장 강도를 가지고 있습니다. Cu-Fe 및 Cu-Ta와 같은 다른 복합 재료도 높은 상온 강도와 고온 강도를 가지고 있으며 재료의 강도는 일반적으로 800~1500MPa에 도달할 수 있습니다.
