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2021第十六届中国国际铜产业链峰会报道

2021第十六届中国国际铜产业链峰会暨新基建铜基材料应用论坛将于2021年4月21-23日在上海召开!

2021第十六届中国国际铜产业链峰会报道

【铜峰会】最全干货来袭!专家论述制定接触件铜材选用标准体系的可行性研讨

来源:SMM

【铜峰会:最全干货来袭!专家论述制定接触件铜材选用标准体系的可行性研讨】在由江西铜业股份有限公司、上海期货交易所、SMM共同举办的十六届中国国际铜产业链峰会上,原上海航天电器研究院航天连接器专家,深圳连接器行业协会高级顾问杨奋为为大家介绍了制定接触件铜材选用标准体系的可行性研讨。

在由江西铜业股份有限公司、上海期货交易所、SMM共同举办的十六届中国国际铜产业链峰会上,原上海航天电器研究院航天连接器专家,深圳连接器行业协会高级顾问杨奋为为大家介绍了制定接触件铜材选用标准体系的可行性研讨。

1 问题的提出

2019年我应邀出席中国铜加工产业年度大会,作题为“接触件铜材应用的基础技术研究”主题报告。我在报告引言中指出:   “作为一名上世纪六、七十年曾致力于导弹、火箭等航天金属材料国产化研究的老专家。每当亲临电连接器企业生产现场,看到许多关键零件材料都依赖进口十分拗心。我认为关键基础材料和芯片一样也是国家核心技术,是一个国家强大具有实力的象征。强国必须从关键基础材料抓起,它是一项耗资巨大、见效慢,但意义不亚于飞船、商飞、高铁的国家系统工程。”

报告获得与会许多铜加工企业领导和同行的热烈响应和共鸣。博威、海亮、春雷、金田、斯瑞、兴业盛泰、兴敖达、金江等企业先后邀请我赴现场参观学习。增强了我对接触件铜材研发和应用现状的感性认识。

由于我国连接器产品过去以仿制为主,照搬照抄国外产品标准规范,缺乏对电连接器接触件铜材应用基础研究,面对众多进口材料,我国具有自主知识产权、能等效替代进口的材料创新研究非常薄弱。导致用国产铜材制作的连接器往往是“形似质差”。

连接器是连接新基建项目电子、电气系统的基础元件,广泛选用大电流功率连接器和小电流信号连接器。对其关键导电零件接触件铜材质量要求越来越高。

连接器小型化,使制作接触件所选铜带越来越薄、丝材越来越细。目前国产铜材实际生产严重滞后于标准规定,往往是“有标准、无产品”。

铜加工企业尚难提供现行行业标准中规定的各牌号的所有规格、状态和性能。

国产和进口接触件銅材的主要差距:

手机用SIM/接地弹片选用高性能铜合金箔带C5240HQ/GMX96/BF158/C1990HP/C17200最小厚度仅0.0015-0.012mm、厚度偏差+/-5%,目前全球仅少数几家供货商能提供稳定的精密超薄材料。      

5G手机中的背板连接器高度仅0.7mm、板厚0.06mm,扁平狭窄的空间、复杂弯曲形状。在保持铜材高强度、高弹性同时,必须具有优良的工艺成形性能。

国外创新型企业正向设计,在设计过程中考虑用户使用可靠性,通过定性可靠设计或定量可靠性设计保证设计高可靠性。制造过程的工艺设计、物料检测、供应链管理都是基于可靠设计或可靠性设计转换而来,形成由一个源点(用户需求)到终点(用户使用)的完整链条。

而我国跟踪型企业逆向设计,模仿对标产品实现功能性能就进入制造过程。没有从用户需求到可靠设计这一过程,不清楚设计可靠性要求。尤其是与跟踪对标产品相比,原材料、元器件供应链发生变化,企业不知模仿产品设计可靠度是否能达到原设计水平。仅靠抓产品制造过程质量检验,难以弥补可靠性设计先天不足。       

接触件是连接器导电的关键核心零件,我国对接触件铜材应用基础研究十分薄弱。跟踪型企业仿制对标产品,照搬照抄国外连接器接触件铜材的牌号、规格、状态等要求,却始终不理解接触件铜材选用的科学依据。

没有先进的管理理念和科学管理,将制约高科技发展。随着我国高科技发展,不仅需针对5G基建、特高压、大数据、城际高铁、新能源汽车、人工智能、工业互联网等新基建项目制定相应产品标准,还需根据行业管理需要制定一批包括材料在内的基础管理标准。

令人鼓舞的是去年博威合金、兴业盛泰、斯瑞、金田、金江等铜加工企业,瞄准高端应用领域连接器紧缺的接触件铜材,和中南大学、江西理工大学等高校合作,向国家有色金属标准化委员会提出了“高強高导新型铜合金带箔”、“高強高导新型铜合金棒线”、“铜铁合金精炼铸锭”、“射频线簧连接器用细铍铜丝”和“铜及铜合金弹性弯曲试验方法”等行业标准项目建议书。为夯实接触件铜材应用基础研究,实现替代进口目标漫出了坚实的一步!

2 标准和标准体系概述

2.1 标准定义

GB/T20000.1-2014标准化工作指南对标准的定义是:标准是对重复性事物和概念所做的统一规定,它是以科学技术和实践经验的结合成果为基础,经有关方面协商一致,由主管机构批准,以特定形式发布作为共同遵守的准则和依据。

国际标准化组织(ISO)统一规定:标准是由一个公认的机构制定和批准的文件,它对活动或活动结果规定了规则、导则或特殊值,供共同和反复使用,以实现在预定领域内最佳秩序的效果。

材料标准是行业最基础的共性技术。回忆上世纪六十年代我参与红旗防空导弹弹体金属材料国产化攻关。ЭИ654不锈钢是制造贮箱集油器的关键材料,是前苏联对我国高度保密的材料。ЭИ654不锈钢棒技术条件中没有化学成分,附注为“需要者来函索取”。

当时我参予了该项材料和沈阳金属研究所、大连钢厂和齐齐哈尔钢厂的联合攻关,都是手工分析纪录,条件十分艰苦。通过多轮试制积累了上千个样品分析数据,终于在1965年制定出国产GX-2替代材料的技术条件,其成分为1Cr19Ni11Si4AlTi奥氏体-铁素体双相不锈钢。

现在智能制造为数据分析利用提供了独天特厚条件。接触化铜材产业链上下游企业(铜加工-接触件-连接器-整机)智能制造过程产生海量数据,经产业跨界人才系统数据采集分析,由感知到认知,通过系统数据评价形成公认的知识,报请主管机构批准就能成为行业标准。令人欣慰的是博威合金等骨干企业已开展数据应用研究。

行业标准规范的形成

2.2 标准体系

 1) 定义   标准体系是由若干相互依从、相互作用的标准组成的具有特定标准化功能的有机整体。

(1) 标准是标准体系基本单元   标准体系不是简单的标准叠加,相互间具有纵向和横向关系。纵向是整体与部分从属关系,横向是协调和配套关系。

(2) 标准体系可按不同目的和范围建立 可分为国家、部门或企业等不同层次标准体系,也可按装备或专业类型建立,还可按型号或下属分系统乃至某项设备研制具体需要建立,指导其研制过程中成套地贯彻实施相应标准。

3 制定接触件铜材选用标准体系必要性分析

标准是反映需求的,某些方面落后不一定是技术的,而可能是管理的。新基建项目实施给我国接触件铜材研发和应用带来巨大发展机遇和空间同时,市场经济驱动下的无序竞争也可能造成资源浪费和标准混乱。

目前接触件铜材标准化管理存在的主要问题有:

1)接触件铜材研发和应用脱节

许多铜材企标不能满足接触件对材料性能实际需求。

2)接触件铜材行业标准缺失

相同用途和成分的接触件铜材,铜加工生产企业材料牌号命名不同,造成用户选用不便和混乱。

3)接触件铜材企业标准水平参差不齐

相同用途和成分的接触件铜材,铜加工生产企业执行不同企业标准。有的企标不能满足用户要求,只得附加协议。不利于质量控制和用户选用釆购。

我国接触件铜材应用基础研究非常薄弱。连接器行业连接器现行标准中接触件工作直径、镀层、分离力和保持力等主要参数都借鉴国外标准。接触件选用的铜材标准溯源也都来自国外。

为满足连接器生产企业对高端应用领域连接器接触件铜材的质量需求,实现替代进口目标。急需引入国外先进管理理念,通过体制改革強化标准化工作,理顺接触件铜材研发和应用各环节关系。

涉及连接器和接触件铜材产业链上下游企业都应纳入标准化管理范畴,建立我国接触件铜材选用标准体系。通过制定“接触件铜材选用总规范”,严格执行合格鉴定规程,强化产业链应用基础研究流程管理。 铜加工和连接器企业合作制定为研发连接器配套的“接触件铜材选用详细规范”。     

通过运行机制改革,将产业链上的材料研究、生产与应用等单位组成创新联盟,从整体的特性、功能、目标出发,紧密结合应用去研制设计接触件铜材产业链系统各组成部分的参数和性能,以求得最佳组合。

形成由一个源点(用户需求)到终点(用户使用)的完整链条,从基础源头使中国人自己明白接触件铜材选用的科学依据。独立自主地开发出能和国外著名品牌抗衡的接触件铜材,逐步实现高端应用领域连接器接触件铜材替代进口目标。   

4 制定接触件铜材选用标准体系可行性研讨

为研讨制定“接触件铜材选用标准体系的可行性,年前我撰写了“接触件铜材选用指南”征求意见稿。征求意见稿阐述了我对制定“接触件铜材选用标准体系”中铜材分类、选用准则、组织机构、选用流程、合格鉴定和实施步骤等内容的意见和建议。

下面就上述“接触件铜材选用标准体系”中的“铜材分类”、“选用流程”、实施步骤”和“最佳解决方案”等内容进行可行性研讨。  

4.1 铜材分类

1)按设计结构分

2)按性能分

3)按质量等级分

例如簧爪插孔接触件,沖压簧爪零件的铜带厚度偏差对接触正压力作用成三次方影响。不同质量等级铜带厚度偏差将直接影响簧爪插孔分离力的质量一致性。

4.2 选用流程

4.3 实施步骤

建议可分二步走;

第一步:行业层面制定“接触件铜材选用详细规范”

中国有色金属标准化委员会牵头,联合中电元协接插件分会和深圳、广东等地区连接器行业协会,以实现高端应用领域连接器关键材料替代进口目标,组织材料研制、连接器生产企业、技术服务商和最终使用单位,在国家层面科研单位和高等院校基础共性技术支持下,以细化分工、争创国内领先水平的连接器行业品牌标准为合作共赢奋斗目标,选择符合条件的上下游产业链企业先行先试。

详细规范是跨界行业标准。因为接触件铜带(丝)的厚度(直径)偏差、表面粗糙度、屈服强度和显微组织(晶粒度)等性能,直接影响接触件的插拔力、接触电阻等性能的一致性。详细规范除规定铜材各项技术性能要求外 ,还应规定不同质量等级铜材加工成的接触件合格鉴定技术要求、试验项目和试验方法等。

经多次试验考核和数据积累分析,详细规范中应对“宇航级”、“军品级”和“工业级”等不同质量等级的接触件铜材试验项目,分别规定不同的判定合格指标。

5G通讯、城际高铁、新能源汽车等新基建项目主机厂为科研成果提供市场(品牌标准),在其旗下细分领域与其配套的连接器生产企业联合承担接触件铜材加工企业,为市场提供科研成果(知识产权、专利)。开展横向跨界的行业层面接触件铜材应用基础研究,并制定“××行业××接触件铜材选用详细规范”。经多年探索初见成效后进入国家层面制定“接触件铜材选用总规范”。

第二步:国家层面制定“接触件铜材选用总规范”

以国家紧缺的连接器接触件铜材需求为导向,在国家政策和资金扶持下,由国家主管部委工信部组织领导连接器行业上下游重点骨干企事业联合开展国家层面接触件铜材应用基础研究。有色院等科研机构和中南大学、北邮、哈工大等高等院校负责系统分析,工信部广州电子五所负责系统评价,工信部电子四院负责系统标准,最终将合作开展的关键接触件铜材应用基础研究成果,以“接触件铜材选用总规范”国家标准发布执行。为我国在有关国际标准中有一席之地和话语权创造条件。

4.4 最佳解决方案   

铜材是制作连接器核心关键零件接触件的量大、面广基础材料。许多高端应用领域连接器接触件铜材和我国无法生产的特薄带箔、特细丝线都依赖进口 。 

从战略发展分析,最佳实施方案是接触件铜材产业链上下游企业转型升级、強強联合,创建集材料和接触件研究生产为一体的新型企业或生产基地 。既承担接触件铜材研制、生产和供应,又负责接触件铜材选用标准体系的制订和推广应用。

制定接触件铜材选用标准体系是一项耗资巨大、见效慢的国家基础系统工程。由于目前体制朿缚和跨界人才短缺,时机尚未成熟,推进难度还很大。

特别是由于接触件铜材产业链上下游企业知识产权保护、专利和保密等原因,要实现接触件铜材研制和应用企业间战略合作,还存在许多瓶颈和短板。

建议铜加工行业协会和中电元协接触件分会能否联合创建“接触件铜材应用基础研究联盟”,组织专家对制定我国“接触件铜材选用标准体系”可行性进行论证。

5 结束浯

在迎接建党一百周年的日子里,我国“问天一号”探测器将在火星着陆,空间站核心舱将择机发射。作为一名曾致力于航天金属材料国产化和电连接器检验的老专家,我深为这些扬国威、振民心的辉煌业绩鼓舞。但同时深感到我国的科技实力和发达国家相比,还存在30~50年的差距。

欧美等发达国家的发展经验告诫我们:高端应用领域需求是牵引整个国家基础工业发展的原动力,也牵动了整个国家基础标准的研究和制定。

上世纪30-40年代美国工业基础不十分雄厚时期,美国宇航标准为宇航事业发展做出巨大贡献。几十年来美国基础工业水平得到迅速提高,大量宇航标准中高科技被民用工业引用,促进了基础工业飞速发展,也使许多民用产品水平达到了宇航产品要求。民用科技发展又促进宇航技术发展,形成高科技发展良性循环。

思路决定出路!制定接触件铜材选用标准体系,这是实现高端应用领域连接器接触件铜材替代进口目标必须跨越的一道坎!也是一条振兴民族经济、提升综合国力的长征路!

愿接触件铜材产业链上下游企业有识之士能借国家对5G基建、特高压、大数据、城际高铁、新能源汽车、人工智能、工业互联网等新基建项目支持和利好政策,率先团结起来攻坚克难,为早日创建联盟,实现接触件铜材产业链企业间的数据共享和战略合作开好头、起好步!为新基建铜材应用基础研究作出新贡献!


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