4月24日，在由上海有色网信息科技股份有限公司（SMM）、上海有色网金属交易中心和山东爱思信息科技有限公司主办，江西铜业股份有限公司、鹰潭陆港控股有限公司主赞，山东恒邦冶炼股份有限公司特邀协办，新煌集团、中条山有色金属集团有限公司协办的CCIE-2025SMM（第二十届）铜业大会暨铜产业博览会——铜基新材料高质量发展论坛，北京科技大学教授、博士生导师 常永勤分享了耐高温高强高导铜合金的制造及应用。
行业问题与现状
高强高导铜合金应用领域
高强高导铜合金：铜合金具备高强度的同时，保持高的导电、导热性能。
主要应用于电子通信、航空、航天、新能源汽车、高速轨道交通、电力等领域。
行业问题与当前现状
痛点：目前商用高强高导铜合金的使用温度提高时，其强度和断裂韧性等性能会显著下降，且发生严重高温蠕变变形，无法满足服役要求。
核聚变装置、连铸结晶器、集成电路引线框架、新能源汽车连接器、高铁接触线、火箭燃烧室内衬等领域的快速发展，急需提升高强高导铜合金的耐高温性能，成为“卡脖子”难题。
A.无满足设计要求的材料可用
铜合金性能要求：高强度、高热导率、较好延伸率、优良热稳定性、高抗中子辐照性能、低氚滞留特性......
痛点：服役温度升高时，已有铜合金强度、断裂韧性等性能显著下降，且发生严重高温蠕变变形，其高温性能无法满足部件设计需求。
B. 已有产品亟需替代升级
亟需研发出高温下具有高强度、高热导、高温稳定性、抗蠕变等优异性能的铜合金。
痛点：随着新能源汽车技术的发展，车用连接器使用电流逐渐升高，高的电流会使得连接器材料发热，导致工作温度升高，导致铜合金强度和断裂韧性等性能会显著下降，且发生严重高温蠕变变形，无法满足服役要求。
2025年国内汽车连接器对铜合金需求量将达29.1万吨，2021-2025年复合年增长率为21.9%。其中，新能源汽车连接器2025年对铜合金需求量预计达24.7万吨。
需求：在高温下具有高导电率以及抗高温老化能力，急需提升其耐高温性能。
保证高温稳定工作，确保连接可靠安全，延长连接器使用寿命，提高工作效率、降低成本。
熔炼法制备耐高温高强高导铜合金
耐高温高强高导铜合金潜在客户
研发的耐高温高强高导铜合金解决了聚变堆偏滤器对高性能热沉材料的迫切需求。在连铸结晶器、火箭燃烧室内衬、新能源汽车连接器、集成电路引线框架、电阻焊电极等领域也有广阔的应用前景，市场空间十分广泛。
核心技术：1. 合适的真空熔炼参数精准调控元素的挥发与烧损；2. 与成分相匹配的热机工艺技术控制微观组织及性能；3. 独特的“多冒口”模具设计明显提高产品率。
成分优化设计优势
目标：高温下具有高强度、高电/热导、适当塑性的铜合金
挑战：强度和电导/热导互相制约
提高铜合金高温性能，成分设计尤为重要，同时匹配与之对应的热机工艺⇒阻止位错移动+阻止晶界移动→高温组织稳定→高温性能稳定
►创新点1
合金化元素功能多：铜中高温固溶度较高、低温固溶度低；可形成大量高熔点析出相弥散均匀分布在铜基体中； 降低层错能（促进孪晶形成）——强度、热导、塑性。
►创新点2
考虑元素间耦合作用：同时引入V和Ti，形成高温稳定Laves相，提高高温性能（单独添加V、Ti对电导影响非常大）；明显降低对电导影响(溶质原子39.4%，析出相1.6%）——强度、热导。
►创新点3
添加稀土形成氧化物：考虑稀土与其他元素的多元耦合作用，起到强化+韧化+净化的综合作用。——热导、强度。
►创新点4
精确调控第二相：纳米第二相具有双模态分布，与基体形成共格或半共格结构，以阻止晶内位错移动；晶界处形成均匀分布的Laves相阻碍晶界移动——强度、塑性、热导。
►创新点5
高密度低Σ值晶界：引入大量低Σ值（Σ是重位点阵）晶界提高可加工性——塑性。
获得高温下铜合金强度和热导率等关键性能的协同提升。
2.1 耐高温高强高导铜合金-CuCrZrTiV
►高温性能全面提升：CuCrZrTiV的使用温度比C18150提高100℃以上；450℃下CuCrZrTiV使用寿命是C18150的9倍以上。
►成功解决了铜合金的中温脆性问题
►合金表现出优异的抗辐照性能：~3 dpa铜离子辐照后，合金内仅存在两种辐照缺陷：平均尺寸分别为5 nm的层错四面体和3.5 nm的位错环。
1. 450℃/50MPa蠕变速率：2.89*10-10S-1，2. 450℃抗拉强度为371 MPa，延伸率14.6%，3. 热导率大于300 W/m·K，4. 热稳定性明显高于IG-CuCrZr。
其还对抗蠕变高强高导铜合金-CuCrZrHf和超高导电铜合金-CuHfSc进行了阐述。
已掌握耐高温高强高导铜合金核心关键技术
主要产品：耐高温高强高导铜合金
已完成50 kg产品的规模化制造验证，产品已在全托克马克装置和连铸结晶器上验证。
粉末冶金法制备耐高温高强高导铜合金
3.1 超高强Cu-W系合金
室温抗拉强度≥795 MPa；450°C抗拉强度≥289 MPa；软化温度＞1050 °C，接近纯铜的熔点；700 °C退火400 h后硬度无明显变化。
创新——获得高性能钨弥散强化铜合金，其室温拉伸强度高达795 MPa，是目前文献中报道的最高值，同时该合金具有出色的高温稳定性。
3.2 超耐高温Ta系合金
GlidCop-Al15的软化温度为850℃；CuTaZrY比其提高了至少200℃。
铜合金高温结构稳定性来源于基体中尺寸呈现双峰分布的壳-核结构纳米析出相晶界上分布的大尺寸析出相钉扎晶界，晶粒内分布的小尺寸纳米颗粒钉扎位错。
结论
1.采用优化的成分设计和合适的热机处理研发出了强韧性协同提升的CuCrZrTiV合金。其450°C高温拉伸强度高达395 MPa，明显优于IG-CuCrZr合金；软化温度为600°C，再结晶温度推迟约200℃；明显高于IG-CuCrZr合金的再结晶温度和软化温度。热稳定性优于IG-CuCrZr；同时解决了铜合金的中温脆性问题。
2.CuCrZrHf具有较好的高温稳定性，同时兼顾电导性能，抗蠕变性能优异。
3. CuHfSc合金的室温抗拉强度高达623 MPa，电导率为95%IACS。
4. 研发的Cu-W系合金的强度高达795 Mpa，远高于目前已经报道的粉末冶金铜合金；同时研究良好的延展性和电导率，其高温性能也明显优于目前已经报道的粉末冶金铜合金。
5. CuTaZrY合金具有超强的耐高温性能，是已报道铜合金中软化温度最高的，软化温度大于1050℃，比GlidCop-Al15提高200 °C，同时具有高的抗拉强度和高的热导率。
