Maintenant que nous avons terminé la classification des alliages de cuivre, parlons de la tendance de développement des alliages de cuivre :
1. Purification élevée : L'objectif principal d'une purification élevée est d'améliorer autant que possible la conductivité électrique et thermique du matériau. La teneur en cuivre du cuivre industriel varie de 99,9 % à 99,95 %, puis à 99,99 % (4N) ou même plus, comme le cuivre ultra pur contenant 99,9999 % (6N), et les exigences en matière de teneur en impuretés sont également plus strictes. Par exemple, la teneur en oxygène (O) est réduite de 0.01%~0.{{20}}5% à 0,001%~0,006%, et enfin à 0,0002%~0,0003%. Minimisez l'impact des impuretés sur la conductivité électrique et thermique. Les applications typiques incluent le cuivre de haute pureté pour les fils de connexion de transmission réseau, le cuivre sans oxygène de haute pureté pour les dispositifs à vide électriques, le cuivre monocristallin et le cuivre ultra-pur pour le guidage de précision et la transmission de signaux haute fidélité et les supraconducteurs, etc.
Par rapport au cuivre polycristallin, la résistance à la traction du cuivre monocristallin est réduite de 24,71 %, l'allongement est augmenté de 2,39 fois, le retrait transversal est augmenté de 4,14 fois, la résistivité est réduite de 31,7 %, inférieure à 1,72×10-8Ω·m, la teneur en oxygène est inférieure à 5×10-6, la teneur en hydrogène est inférieure à 0...5×10-6 et la densité est supérieure à 8,92t/m3.
L’autre aspect du développement des matériaux en alliage de cuivre vers une purification élevée est que la matrice en alliage de cuivre doit être hautement purifiée dans les alliages de cuivre microalliés pour garantir que le matériau a des performances globales plus élevées.
2. Microalliage : Le but du microalliage est de sacrifier la plus petite conductivité électrique et thermique possible en échange d'autres propriétés, comme une augmentation significative de la résistance. Par exemple, l'ajout d'environ 0,1 % de fer (Fe), de magnésium (Mg), de tellure (Te), de silicium (Si), d'argent (Ag), de titane (Ti), de chrome (Cr) ou de zirconium (Zr), d'éléments de terres rares, etc. peut améliorer sa résistance, sa dureté, sa température de ramollissement ou son usinabilité. Le cuivre microallié est l'un des sujets brûlants du développement actuel des matériaux en alliage de cuivre. Le cuivre résistant à l'oxygène et les alliages de cuivre à haute résistance et à haute conductivité sont les principaux cuivres microalliés.
Le concept du cuivre à base d'oxygène est que par rapport au cuivre sans oxygène, sa teneur en cuivre est supérieure à 99,9 % (équivalent au cuivre pur ordinaire), mais sa teneur en oxygène est contrôlée à 0,005 % ~ 0,02 % et la conductivité peut être supérieure à 100 % IACS. En effet, la bonne quantité d'oxygène joue un certain rôle d'oxydation et de chimie sur les éléments d'impureté entre les cristaux, purifiant la matrice dans une certaine mesure. La principale caractéristique de la production de cuivre à base d'oxygène est le faible coût de ses matières premières. Des déchets de cuivre de faible qualité sont utilisés pour produire des matériaux de cuivre à base d'oxygène à haute conductivité électrique et thermique.
Les alliages de cuivre à haute résistance et à haute conductivité sont appréciés par les spécialistes des sciences des matériaux et des technologies du monde entier en raison de leurs bonnes performances globales. Il s'agit du type d'alliage de cuivre qui connaît la croissance la plus rapide ces dernières années. Les éléments ajoutés par microalliage sont principalement : P, Fe, Cr, Zr, Ni, Si, Ag, Sn, Al, etc. Les systèmes d'alliages représentatifs sont principalement le système Cu-P, le système Cu-Fe-P, le système Cu-Ni-Si, le Cu-Cr, le système Cu-Cr-Zr, le Cu-Ag, le Cu-Ag–Cr, le système Cu-Ag-Zr, le système Cu-Sn, etc., ainsi que divers systèmes d'alliages de terres rares. La somme des teneurs des autres composants de l'alliage peut être d'au moins 0.01%~0,1%, et le maximum n'est généralement pas supérieur à 3%. Leur caractéristique commune est que le matériau a une résistance élevée et une conductivité élevée.
3. Alliage multi-éléments complexe : afin d'améliorer encore la résistance, la résistance à la corrosion, la résistance à l'usure et d'autres propriétés du cuivre et de ses alliages, ou pour répondre à certaines exigences d'application spéciales, plusieurs composants tels que cinq et six éléments sont ajoutés au bronze et au laiton existants pour obtenir différentes fonctions telles qu'une élasticité élevée, une résistance élevée à l'usure, une résistance élevée à la corrosion et une coupe facile. L'alliage multi-éléments (quatre composants ou plus) est devenu un autre sujet brûlant dans le développement des alliages de cuivre, et de nouveaux alliages complexes émergent en flux infini. Les alliages typiques comprennent le laiton au manganèse multi-éléments, le laiton au silicium-manganèse, le laiton au bore-étain, les alliages de cuivre de décolletage sans plomb, etc. Leurs caractéristiques communes sont une résistance et une ténacité élevées, et la résistance à la traction peut généralement atteindre 600~70{{{30}}MPa ou plus. Français Par exemple, le nouveau laiton au manganèse 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 %, Zn restant) a une résistance du tube témoin de plus de 6{{60}}0MPa, un allongement de plus de 2{{70}}% et une dureté HB de plus de 180. Laiton d'aluminium 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 restant), sa résistance atteint plus de 750 MPa, la dureté HB dépasse 220. Nouveau bronze d'aluminium QAl9-5-1-1 (Cu : reste, Al : 8,0 %~10,0 %, Ni : 4,0 %~6,0 %, Mn : 0,5 %~1,5 %, Fe : 0,5 %~1,5 %), sa résistance est de 650 MPa, la limite d'élasticité atteint 400 MPa, l'allongement atteint plus de 14 %. Ces matériaux sont utilisés pour fabriquer des bagues de synchronisation automobiles, des paires de friction de pompes haute pression ou des cales d'électrodes en cuivre, et leur durée de vie est une à plusieurs fois supérieure à celle du laiton ou du bronze ordinaire.
Ces dernières années, avec l'amélioration de la sensibilisation des citoyens à l'environnement, la protection de l'environnement est devenue le thème du développement de la civilisation mondiale. Les gens sont de plus en plus préoccupés par l'influence des éléments nocifs tels que le plomb, le béryllium, le cadmium et l'arsenic. Le développement de matériaux en alliage de cuivre respectueux de l'environnement tels que le laiton de décolletage sans plomb, l'alliage de cuivre hautement élastique sans béryllium et l'alliage de cuivre résistant à la corrosion sans arsenic est devenu l'une des principales orientations de développement des matériaux en alliage de cuivre.
4. Matériaux composites : Il existe deux méthodes principales pour fabriquer des matériaux en alliage de cuivre : l'une consiste à introduire des éléments d'alliage pour renforcer la matrice de cuivre afin de former un alliage ; l'autre consiste à introduire une seconde phase de renforcement pour former un matériau composite. Par exemple, le cuivre sans oxygène renforcé par dispersion est un matériau composite artificiel typique, et les particules dispersées couramment utilisées comprennent Al2O3, ZrO2, Y2O3, ThO2, etc. La méthode des matériaux composites artificiels consiste à ajouter artificiellement des particules de seconde phase, des moustaches ou des fibres au cuivre pour renforcer la matrice de cuivre, et à introduire des particules d'oxyde uniformément réparties, fines et thermiquement stables dans la matrice de cuivre pour renforcer le cuivre afin d'obtenir un matériau. Le composant de seconde phase est généralement inférieur à 1 %, voire inférieur à 0,01 %, mais l'effet de renforcement sur le matériau est très évident, améliorant notamment considérablement la résistance à haute température du matériau. Par exemple, Cu-2.5%TiB2 (fraction volumique), la conductivité est de 76%LACS et la résistance à la traction est de 675MPa ; les alliages de la série Cu-0.5%Al2O3 (fraction massique), la résistance à l'effet de serre du matériau peut atteindre 500~800MPa, la conductivité peut atteindre plus de 85%LACS et la résistance du matériau après combustion à l'hydrogène à 900 degrés atteint toujours 200~400MPa.
Un autre type de matériaux composites in situ (matériaux composites autogènes) en plein développement est celui des matériaux composites in situ. Les matériaux composites in situ désignent un type de matériau composite dans lequel des renforts sont générés dans la matrice de cuivre par des réactions exothermiques entre des éléments ou entre des éléments et des composés. Les renforts de ce type de matériau composite ne présentent aucune contamination d'interface et ont une bonne compatibilité d'interface avec la matrice. Par rapport aux matériaux composites à renfort externe artificiel traditionnels, leur résistance est grandement améliorée, tout en conservant une bonne ténacité et de bonnes performances à haute température. Par exemple, les matériaux composites Cu-20%Nb (fraction volumique) ont une résistance à la traction extrêmement élevée, proche de 2000 Pa ; Cu-18% (fraction massique) a une conductivité de 66,6%LACS et une résistance à la traction de 1450 MPa. D'autres matériaux composites tels que Cu-Fe et Cu-Ta ont également une résistance élevée à température ambiante et à haute température, et la résistance des matériaux peut généralement atteindre 800 à 1500 MPa.
