1、概述
高强高导铜铬锆合金因其强度高、电导率高的特性，被广泛应用于电子、电力、航母及舰船、交通、机械、航空航天、国防等工业领域，如电气化铁路接触导线（电车线）、集成电路的引线框架、各类点焊、滚焊机的电极、高端连接器材料、触头材料、电枢、电动工具的换相器、大型高速涡轮发电机的转子导条及端环、高速列车异步牵引电动机转子、大推力火箭发动机内衬、电厂锅炉内喷射式点火喷孔、气割机喷嘴、航母及舰船和航天器导电部件、军事装备的通讯导电电缆等 [1-2] 。
2、高强高导铜铬锆合金的市场现状
铜铬锆合金具有高的强度和优异的导电、导热性能，被广泛用于高强、高导领域，如铜铬锆合金每年在自动化要求高的电阻焊电极、汽车及轮船在其生存的焊接工序中等方面的需求量惊人。 以吉利汽车和奇瑞汽车公司为例，每辆汽车的白车（车身骨架）焊点达3000～5000 个，必须采用自动电阻焊点焊焊接，其每年消耗的铜铬锆电阻焊电极达到2500t 。
而全国的小汽车、货车、商务车、面包、客车等汽车生产厂商多达数十家，每年需求数万吨，铜铬锆合金电阻焊电极的市场价格约为10万元/t 。因此，光电阻焊电极领域每年就有数十亿的市场。另外，铜铬锆合金用于强磁体用导电铜材、连铸结晶器铜材、塑料模具等，其每年市场总和将高达数十亿甚至数百亿元。因此，铜铬锆合金在民用领域的市场需求极为广阔 [3] 。
2.1 电阻焊电极材料
我国电阻焊电极产品市场主要分布在华南、中南、华北等地区。 其中，华南地区占据我国市场的70% 。 随着航空航天、电子、汽车、家用电器等工业的发展，电阻焊受到广泛的重视。 同时，对电阻焊的质量也提出了更高的要求。 铜铬锆合金电极的使用寿命长、对被焊接材料不产生污染、焊接质量好、成本低、提高生产率。
20 世纪 70 年代，我国成功研制出性能优异的新型铜铬锆合金电极材料。通过不断地生产与应用，该材料已成为我国目前电阻焊行业应用广泛的一种新型铜铬锆合金电极材料。 该材料不仅用于不锈钢或耐热钢的焊接，还用于低碳钢的焊接，同时比普通铬铝镁青铜材料的使用寿命高3倍以上， 并且焊接质量优于铬铝镁青铜。因而，目前市场上铬铝镁青铜逐渐被新型铜铬锆合金取代作为电阻焊电极材料。
2.2 模具材料
相比于铍铜合金模具材料，新型铜铬锆合金材料具有优异的导电导热性、耐磨抗爆性、硬度等综合性能，价格便宜、生产环境好，并且在模具行业已替代铍铜合金，如水暖模具、鞋底模具、接插件模具、光洁度高的塑胶模具等。
在全世界制造业飞速发展的环境下，我国模具产业得到快速发展，国内模具产业不仅规模大，产品种类不断丰富、档次不断提升，已成为全世界模具制造大国。 当前，我国高水平的大型、精密、复杂、长寿命模具占比高达 40% 以上，例如长度超过3m 的大型级进模具、 B 级车整车模具，加工精度达到0.5μm的精密模具； 2000～2500 次 /min 以上的高速冲床上使用的精密级进模具； 精度达到了微米级的塑料模具，能有效满足高速发展的 IT 产业的要求。 同时，我国能生产轮胎活络模具最大规格单套质量120 t 、直径 4 m 。 当前模具制造业稳定发展，特别是优质高效的精密模具的市场需求量将不断增加，预计在我国“十三五”期间，模具制造业的产值将突破2600 亿元。
2.3 集成电路等引线框架材料
集成电路和半导体分立器件的生产制造需要大量引线框架铜带。 随着世界科技信息的快速发展和进步，大规模及超大规模的集成电路是未来发展的方向，对引线框架铜合金材料提出了更高更优的性能要求，如强度要达到550~ 600MPa 、导电率达到75%~80% IACS 。 而要实现上述性能要求，此类高性能铜合金中的 Cu-Cr-Zr 系合金是最理想的铜合金
材料。 据有关数据显示， 2015 年国内集成电路产量达800亿块，满足国内市场61% 的需求。 按平均每 1亿块集成电路约需铜合金材料100～220t计算，2016 年铜合金需求量达到 12×104 ～130×104t ，预计“十三五”期间需求量仍将高速增长，其产值将超过1600亿元。
2.4 高速电气化铁路用接触线材料
随着我国铁路建设规模的不断增加，其中电气化铁路的比重不断增加，从而将大幅度增加我国接触网导线材料的消耗量。另外，我国电气化铁路正向高速重载方向发展，对接触导线的力学性能及导电性能均提出了更高的要求 [4] 。高速铁路用架空导线不同一般的架空输送电线，它要在长期承受较大悬挂张力条件下经受电弓滑板损耗向机车供电。 除正常
的损耗外，还常常受到非正常的机械冲击和事故大电流的影响。 高速摩擦产生的火花或大电流会使架空导线的局部产生瞬时高温，高温必然会产生架空导线金属的软化，在大张力下，架空导线有可能被拉断而造成事故。 架空导线的波动传播速度决定了机车的最高运行速度。 根据电气化列车实际的运行经验，当列车的运行速度在波动传播速度的 70% 以下
时，可以达到稳定的受流状态。电力机车受电弓沿架空导线高速滑动时，引起界面出现上下振动的横波，其波动传播速度与架空导线的架线张力和线密度（单位长度的质量）有关。 要提高架空导线的波动传播速度，一个重要的方面就是加大架空导线的架线张力，以保证架空导线与受电弓接触时不晃动。而要获得大张力，就要求架空导线有足够的强度。 因此，电气化铁路架空导线，特别是应用于中高速的架空导线，应具有良好的导电性，足够的强度、耐磨性和高温抗软化性能。
Cu-Cr-Zr 系合金以及多元微合金化铜合金架空导线的抗拉强度和导电率分别为550 MPa 和78%IACS 左右，具有优异的导电性，足够的强度、耐磨性和高温抗软化性能。 该铜合金系特别适用于中高速铁路架空导线材料，由于它的导电率较高，能耗低，运营成本低，随着我国高速铁路的发展，其市场前景非常广阔。因此，这一领域的研究与产业化将是
我国电气化铁道用架空导线发展的必然趋势。
2.5 铜铬锆结晶器材料
近年来随着钢铁及有色金属加工企业的不断发展，对结晶器的导热及耐热等性能要求更高，传统T2和 TP2 材料制成的结晶器已无法完全满足要求。 而铜铬锆合金是一种高强高导合金，它具有优良的导电、导热性能。 同时，在相对较高的温度环境下仍然具有较高的机械强度。由于其生产制造工艺成熟，因此是一种非常理想的结晶器替代材料。 目前年需求量在4500 t 左右，今后随着上述行业的进一步发展其需求量会不断增加。
2.6 高炉铜冷却壁材料
高炉冷却壁是高炉内衬的重要水冷件， 安装在高炉的炉身、炉腰、炉腹、炉缸等部位，不但承受高温，还承受炉料的磨损、熔渣的侵蚀和煤气流的冲刷，必须具备良好的热强度、耐热冲击、抗急冷急热性等综合性能。根据制造材质，高炉冷却壁有铸铁冷却壁、钢冷却壁和铜冷却壁。在上述3种材质冷却壁中，铜冷却壁冷却强度最大，能满足高炉最大热负荷的需要 [5] 。
目前，传统的灰铸铁材质的高炉冷却壁正在逐步被淘汰，现多为球墨铸铁材质。随着高炉强化熔炼水平的提高，球墨铸铁冷却壁越来越难以满足要求。
铸钢冷却壁，由于材质与冷却水管材质相近，与球墨铸铁冷却壁相比，具有伸长率高、抗拉强度大、熔点高、抗热冲击性强及整体导热性能好等优点，但由于钢液温度高，在浇注、凝固过程中，冷却水管很容易发生变形和熔化穿透。 这一难题一直没有得到有效解决，使铸钢冷却壁工业规模化生产应用受到一定的影响。
铜冷却壁自开发至今20余年，已经在40余座高炉上使用，这说明此项新技术在生产中得到了充分的考验，已经被大家所认同。在高炉上试用成功使人们对铜冷却壁有了新的认识，在高炉上的使用也从开始时的一段逐步扩大到3段、 5段，甚至更多，从炉身下部扩大到炉腹、炉腰。 根据有关资料介绍，不莱梅钢铁厂2号高炉3550m3），在大修时使用了8段铜冷却壁，除了炉腹、炉腰、炉身各两段外，炉缸还用了两段。 其中部分铜冷却壁为上一代使用过的旧铜冷却壁，磨损仅1mm ，经清洗后，可重新使用。这些情况说明了铜冷却壁已进入普遍推广阶段，使用范围也在扩大，它可以用到第2代炉役上，是一种长寿的冷却设备。铜冷却壁不仅具有伸长率高、抗拉强度大、熔点高、抗热冲击性强及整体导热性能好等性能优势，而且在实际应用过程中，可以显著降低炼铁成本，呈现出极强的应用后劲。 其中，铜铬锆冷却壁力学性能、导热性能等综合性能最好，随着铜冷
却壁的国产化进程的加快，成本的不断降低和技术的不断成熟，铜铬锆冷却壁在我国的使用，特别是在大型高炉上的使用将会不断增加。
3、结束语
高强高导铜铬锆合金材料是一类具有综合性能优良的结构材料和功能材料。 该铜合金材料具有高强度高导电导热性能，在集成电路引线框架、高速铁路接触导线、电子通讯导电元件、大功率接触器触头及电阻焊电极等领域被广泛使用，尤其在高速铁路架空导线和远程输电接触材料方面拥有巨大的市场需求量。通过上述市场分析，同时考虑铜铬锆合金的
其他应用领域，以及随着今后我国的高铁技术出口以及全世界高铁建设热潮的到来，其市场容量至少在10000 亿元以上。 据测算，高强高导、环保、铜铬锆合金等特殊铜合金材料的年均消费量增长率将保持在 16% 以上。目前，我国在开发高强高导铜铬锆合金领域，初步形成了完整的自主知识产权体系，开发高强高导铜铬锆合金材料，具有非常广阔的应用前景，其经济效益和社会效益将非常显著。
参考文献
[1 ]慕思国 . 高强高导 Cu-Cr-Zr 系合金制备新工艺及理论研究［ D ］ .长沙：中南大学， 2008.
[2] 叶权华，刘平，刘勇，等 . 高强高导 Cu-Cr-Zr 系合金的研究现状［ J ］ . 河南科技大学学报， 2005 ， 26 （ 5 ）： 1-4.
[3] 尹志民，张生龙 . 高强高导铜合金研究热点及发展趋势［ J ］ . 矿冶工程， 2002 ， 22 （ 2 ）： 1.
[4] 黄崇祺 . 轮轨高速电气化铁路接触网用接触线的研究［ J ］ . 中国铁道科学， 2001 ， 22 （ 1 ）： 1-5.
[5] Li W S ， Wang Z P ， Lu Y ， et al.Preparation mechanical propertiesand wear behaviors of novel aluminum bronze for dies ［ J ］ . Trans.Nonferrous Met.Soc.China ， 2006 ， 16 （ 5 ）： 607-612.
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