在由SMM、重庆市江津区人民政府、上期所共同共同主办的2023 SMM第十二届金属产业年会-SMM铜业论坛上，有研工程技术研究院有限公司研究所副所长/博士彭丽军对弹性铜合金材料研究现状及发展趋势进行了解析。
弹性铜合金介绍
1.弹性铜合金
弹性铜合金：弹性模量温度系数或频率温度系数很小的铜合金
►弹性模量：材料抵抗弹性变形的能力，弹性模量越大，弹性变形俞困难；
►弹性极限：材料发生可逆的弹性变形的上限应力值，弹性极限越高，弹性性能越好。
2022年中国的铜加工材产量为2025 万吨，约占全球的65 %，连续十九年产量全球第一。
弹性铜合金占铜带材产量约60 %，其中中低端弹性铜合金约占90%。
（相关数据来自于中国有色金属加工协会）
产品同质化严重，产能过剩，恶劣竞争，部分高端产品（Cu -Ni -Sn 、Cu -Ti ）几乎全部依赖进口；
产品开发以仿制为主，基础研究和自主创新能力不足，追求规模和速度，缺乏创新意识；
上下游的协同创新意识不足，产学研用的合作机制尚未建立。
弹性铜合金研究现状及发展趋势
2.1弹性铜合金-铜铍系
低成本、高强度、高导电率、高抗应力松弛满足小型化、高可靠性、多功能发展要求
美国MaterionMaterion MaterionMaterion 和日本NGK 金属公司是铍青铜合金两个生产厂家，已成功开发了多种高铍青铜合金牌号。目前，我国重要型号设备零部件均采用进口铍青铜合金。
国内能大规模生产铍青铜合金的企业只有少数几家，合金在微观组织形态(组织尺寸及均匀性、晶界不连续析出程度、脆性β相的分布状态)和综合性能(耐疲劳性能、抗应力松弛、弹性稳定性及弹性滞后)方面与国外同等产品相比仍然存在一定差距，造成零部件插孔单孔插拔力比较分散，尺寸稳定性差及使用寿命低等问题。
铍青铜在高于150 ℃环境下使用时，其强度、弹性急剧下降，应力松弛率可高达20 %以上，导致弹性性能急剧降低，甚至工作失效。
铍青铜合金的生产工艺复杂，组织性能对热处理敏感，工艺操作上的差异很容易造成晶粒大小不均匀、强化相析出不均匀，导致合金在服役过程中插拔力不足，降低材料的使用寿命短。
2.2弹性铜合金-锡磷青铜
国内企业主要有：安徽鑫科、宁波兴业等20 余家，市场生产总量约26 万吨，2022 年进口1.0 1.0万吨（原田、古河等企业，细晶C5191 、C5240 等）。
存在问题：产品同质化严重，竞争激烈；生产成本高，工艺流程长，需要进行长时间均匀化退火
发展趋势：提高产品的质量档次，制备出超细晶(＜5μm) 材料；降低Sn 元素含量，添加其它合金元素，综合性能与传统青铜材料相当；如兴业-XYK6XYK6 ，博威-BW33520 、金田-JT401 等。
2.3弹性铜合金-铜镍硅系
铜镍硅系合金是典型时效强化型合金，通过析出纳米级析出相，获得优良的综合性能。
♦缺少自主研发的合金牌号及产品。
♦C70250 合金基本达到国外水平，C70350 合金生产关键技术尚未完全突破，性能的稳定性较差，与国外差距较大。
发展趋势：超高强度、高导电、平衡性。
存在的瓶颈：在C70350 合金主成分的基础上对其它微量合金元素、工艺制度、晶粒尺寸、析出相尺寸及其含量上均进行知识产权保护，突破难度巨大，限制我国Cu -Ni -Co -Si 系合金的产业化生产。
2.4弹性铜合金-铜镍锰系
不连续析出组织的结构由片层状的NiMn NiMn 相和贫溶质原子基体组成，连续析出过程弥散析出面心四方结构的NiMn NiMn 相。
2.5弹性铜合金-铜镍锡系
Cu -Ni -Sn 合金是一类可以替代高弹性铍青铜的新型铜基弹性材料，具有优异的中温抗应力松弛性能，在海水或酸性、油气环境下的耐蚀性能以及高负载条件下的耐磨性能均优于铍青铜、铝青铜等。
2.6弹性铜合金-钛青铜
钛青铜合金拥有高强度、高弹性、高温抗应力松弛和优异的弯曲成型性能，但导电性能略低。
Cu-Ti合金导电性能提升的研究思路：添加与Ti元素形成第二相或者促进第二相析出的合金元素，协同提升合金的强度和导电性能。
Mg元素能协同提升合金的硬度和导电率⇒两种合金的亚稳析出相是β´-Cu4Ti；Mg元素添加后，亚稳析出相的更细小，密度更高。
建议与展望
弹性铜合金材料体系基本建立，黄铜、青铜、白铜带材基本替代进口；中高端铜镍硅和铍青铜合金综合性能与国外还存在一定差距，部分依赖进口；铜镍锡、钛青铜等高端材料基本依赖进口；
由于国际形势复杂性，国外对高端弹性铜合金材料已开始限量，甚至停止供应，严重影响国内电子通讯、智能终端等市场发展，亟需国产化替代；
以前都是国外首先开发，国内跟进仿制替代，国内研发新的铜带推荐客户测试应用几乎是不可能的。但目前形势已有很大的改观，更高性能的铜合金板带加快引进到高端弹性元件应用体系中会得到客户的支持和配合，是全面推进国产替代的好时机。
国产化替代和新产品研发和使用过程中存在的问题及建议：
由于国外在产品主成分和工艺都进行严格的知识保护，很难进行突破，在产品国产化替代过程中存在很大的隐患；
由于新产品的研发到通过验证和使用，时间较长，一般2-3年，需要投入大量人力和物力，产品定型后，存在后期仿制的隐患。
►建议：
加强弹性铜合金材料的基础研究，重点解决不同应用场景下强度-导电、强度-弯曲成型、强度-应力松弛、强度-疲劳性能等矛盾问题；
以市场需求为导向，以高端产品为靶心，建立产-学-研-用协同创新机制，打通国产弹性铜合金材料应用“最后一公里”屏障，推动铜合金加工材高质量发展和应用。
