本团队基于电磁冶金领域二十余年的积累，掌握了铜合金领域最具挑战性的铜铬锆合金的非真空熔炼-长尺寸大卷重电磁连铸技术，开发出易偏析铜合金合金超细化与均质化连铸技术、高性能铜合金多模式定制磁场净化技术等一系列具有自主知识产权的核心技术。 一、项目分类 关键核心技术突破、显著效益成果转化 二、成果简介 本团队基于电磁冶金领域二十余年的积累，掌握了铜合金领域最具挑战性的铜铬锆合金的非真空熔炼-长尺寸大卷重电磁连铸技术，开发出易偏析铜合金合金超细化与均质化连铸技术、高性能铜合金多模式定制磁场净化技术等一系列具有自主知识产权的核心技术。相关技术应用于高强高导高弹铜合金领域如铜铬锆合金、铜镍锡合金、铜钛合金、铜碲合金及超高纯无氧铜的规模化制备等都取得较好的效果。 1）铜铬锆非真空熔炼-电磁连铸技术 由于铬、锆元素和氧的亲和力较大，所以合金元素的烧损是铜铬锆合金的熔炼必须解决的问题。本项目团队在铜合金熔炼，特别是铜铬锆合金的非真空熔炼方面，开展了近20年的研究，开发了一系列具有自主知识产权的非真空熔炼连铸技术、成分稳定控制技术、合金熔体洁净化技术等，获授权发明专利和实用新型专利近20项。本团队已在完成中试级表面光滑、内部致密无裂纹、成分均匀的全等轴晶铜铬锆棒线材，铸态宏观晶粒度经上海材料研究所测定为M-9.0级。此外，本团队从前期研究中，从塑形变形工艺和热处理工艺角度，提出采用多道次连续挤压及热处理工艺优化铜铬锆合金想性能的方法，并成功将铜铬锆棒材性能的抗拉强度提高到654MPa，断后延伸率为13.5%，且电导率还能保持在79.3%IACS；这远远高于2017年电车线用铜铬锆合金线材国家标准的性能要求：抗拉强度＞570MPa，塑性＞3%，电导率＞75%IACS。相关技术已与世界五百强新兴际华集团下属新兴发展集团有限公司达成1800万元专利转让。 2）高均质超细晶电磁连铸技术 传统连铸制备过程中多元铜合金如铜铬锆合金等常存在组织粗大、成分偏析等问题，这将会严重影响后续的材料加工过程，导致在后续的轧制，挤压等工艺过程中很容易产生轧制裂纹等缺陷。本团队开发的电磁场连铸过程易偏析合金超细化与均质化调控技术，能在连铸过程中，充分搅拌熔体，均匀化凝固前沿温度，实现易偏析合金的超细化与均质化。该技术已被应用于铜镍锡合金的连铸中，实现了该合金连铸制备的超细化和均质化，所制备全等轴晶铜镍锡合金铸态组织宏观晶粒度达到M-10.0级。目前该技术已实现中试级百米长度的连续电磁铸造，且已与宁波博威、上海中船重工711研究所、铜陵金威、温州元鼎等开展合作。进一步将该技术推广于铜碲、铜铁、铜钛的连铸，均取得了极为优异的细晶、表面光洁、成分均匀的连铸效果。 3）超高纯无氧铜电磁连铸技术 金属材料纯净度是提高其力学和电学等综合性能的关键因素，是制备高品质金属材料的关键环节。高端金属材料中夹杂物和气泡对材料性能影响巨大，许多高端金属材料的开发都取决于这类缺陷的控制水平。本团队参与开发的金属连铸多模式定制磁场净化技术，已成功应用于高纯高导无氧铜材料的制备，可将铜中氧含量中降低3ppm以下，达到目前世界无氧铜的最高标准——美国ASTM≤3ppm。与此同时，该高纯无氧铜的电导率高达100.1%IACS，目前已全面取代进口并用于我国兰州重离子加速器、散裂中子源大科学装置、美国Michigan大学FRIB装置等重大科学装置建设。该项技术已获得2015年度上海市技术发明一等奖，2015年度教育部自然科学二等奖，2015年度教育部技术进步二等奖等奖项。目前该技术已与福建紫金铜业、上海上大众鑫科技发展有限公司、宁波兴业、宁波金田等开展深入合作。

l 项目团队 常州大学“功能纳米结构金属（中-俄）联合实验室”对剧烈塑性变形制备纳米结构材料、工艺与装备等进行了系统的理论与实验研究。项目组与国际剧烈塑性变形领域专家建立了良好合作关系，包括国际组织NanoSPD发起者和现任主席、俄罗斯Ufa State Aviation Technical University的Valiev教授和物理系主任Igor教授，维也纳大学纳米结构材料物理所Zehetbauer教授，斯洛伐克Technical Uni

该项目利用快速凝固技术可以使合金固溶度极大的扩展和实现晶粒细化的 特点，通过优化的合金化设计可以制备出同时具有高强度和高导电性的铜合金薄 带，为一种非常理想的高强高导铜合金的制备方法。尤其是采用双辊快速凝固技 术制备较厚的薄带具有非常巨大的应用前景。在合金化和制备技术方面有较大的 创新，已经申请两项国家发明专利。获 2001 年河南省教育厅科技成果一等奖， 2001 年河南省科技进步二等奖 。

本团队基于传统的“半连续熔炼铸造-塑性变形-热处理”工艺流程进行了工艺优化，研发了高强耐磨锡白铜合金材料，其具有高 强、高韧、耐磨、耐热、耐蚀等优异综合性能。与粉末冶金和真 空熔炼工艺相比，优化后的工艺具有流程短、制造成本低、易于实现大规模工业化生产等特点，攻克了熔炼铸造过程中易成分偏析、热变形过程中材易开裂、热处理过程工艺敏感等技术难题，制备出的材料抗拉强度大于1100MPa、屈服强度大于1000MPa，伸长率大于 5%，处于国际先进水平。该材料还具有优异的弹性和耐 腐蚀性能，弹性模量大于 140GPa，在高温稳定性方面明显优于铍青铜合金，且克服了铍青铜的毒性，是铍青铜的理想替代材料。 

Al2O3/Cu复合材料是在铜基体中引入了细小弥散分布的增强相Al2O3粒子的一种铜基复合材料。由于化学稳定性和热稳定性好的Al2O3颗粒的存在，使该复合材料在保持铜基体优越的导电、导热性能的同时具有高的室温和高温强度和硬度。

Al2O3/Cu 复合材料是在铜基体中引入了细小弥散分布的增强相 Al2O3 粒子 的一种铜基复合材料。由于化学稳定性和热稳定性好的 Al2O3 颗粒的存在，使该 复合材料在保持铜基体优越的导电、导热性能的同时具有高的室温和高温强度和 硬度。在电阻焊电极、集成电路引线框架、微波管结构和导电材料、高速列车架 空导线、热核实验反应堆、连铸机结晶器等方面具有广阔的应用前景。 所开发 出的 Al2O3/Cu 复合材料新型合成工艺在保证传统工艺内氧化、还原彻底性和烧 结致密性的前提下简化了工艺过程降低了生产成

Cu-Ni-Sn系合金性能虽好，但由于Sn元素熔点低，其极易发生偏析而影响合金的最终性能。特别是由于Sn元素的偏析行为，Cu-Ni-Sn系合金在热轧和冷轧过程中容易产生裂纹，这严重制约了该合金的开发与应用。目前，国内仅有个别公司可以对Cu-Ni-Sn系合金进行小批量生产。 中南大学深冷成形及高性能有色金属材料加工研究团队开发了深冷轧制技术，通过深冷温度抑制Sn元素的偏析行为以及深冷环境下变形提高材料的变形均匀性，有效解决Cu-Ni-Sn合金等难加工金属材料的变形裂纹问题。与此同时，通过深冷轧制处理，可以实现铜合金力学性能提升20~30%。

铝铜合金广泛应用于航空航天、舰船、车辆等工业领域，目前国内外针对铝铜合金焊接及增材专用材料主要为ER2319，铝铜合金熔焊时焊缝金属不仅易产生热裂纹，而且焊缝的强度低、塑性差，影响了铝铜合金作为焊接结构件的推广应用；铝铜合金沉积态组织不均匀性，晶粒组织较粗大，增材试样性能较低。针对铝铜合金焊接接头及增材件性能较低，缺乏高性能的专用材料这一问题开展研究，开发一种高性能的铝铜合金焊接和增材用焊丝，通过对铸锭、焊丝及其增材试样组织进行观察分析，系统研究Ti和Zr的含量对铝铜合金微观组织结构、力学性能影响，探索增材制造过程中的组织演变机制；深入研究非均质形核核心的形貌、大小、分布以及其晶体结构和晶格常数，揭示Ti、Zr元素复合作用细化铝铜合金组织机理，丰富和发展铝合金细化理论，为高性能铝铜合金焊接增材专用材料的研发提供一条新的思路，推动铝铜合金在工业领域更广泛的应用。

根据强化手段的不同, 高强化铜合金可分为两类: 沉淀强化铜合金和弥散强化铜合金。沉淀强化铜合金是利用过饱和固溶体的脱溶沉淀, 通过时效热处理, 达到强化效果。但沉淀析出相在高温下会聚集长大或重新固溶于基体中, 随着强化相的消失, 沉淀强化作用也随之消失, 从而限制了这类铜合金的使用温度和应用范围。目前被大量使用的铬锆铜合金就属于这一类, 其表现为导电、导热性损失较大，软化温度低(仅为500℃) 等。因此,铬锆铜合金在做点焊电极材料使用时经常出现变形、粘附、使用寿命不长及熔敷现象, 频繁的整修和更换电极严重影响了工作效率的提高。弥散强化铜合金则是通过在金属基体中引入高度分散的热稳定性强的第二相质点，阻碍位错运动，以达到提高强度的目的。而Al2O3粒子硬度高, 热力学和化学稳定性高，熔点高，在接近铜基体熔点的温度下也不会明显粗化，可以有效提高合金的高温强度和硬度。因此，Al2O3弥散强化铜合金可以用在电阻焊电极、集成电路引线框架、微波管结构导电材料、高速列车架空导线、热核实验反应堆、连铸结晶器等方面。本研究开发的Al2O3弥散强化铜合金在保证传统工艺内氧化、还原彻底性和烧结致密性的前提下简化了工艺过程降低了生产成本。 主要性能指标 1.抗拉强度σb：420～560MPa； 2.延伸率：12～20%； 3.导电率：78～85%IACS； 4.软化温度：900℃； 5.导热率：320～340W/ m·K； 6.电阻焊电极使用寿命为传统Cr-Zr-Cu合金的3倍以上

以废杂黄铜直接材料化生产高精度易切削黄铜材为目标，发明了废杂黄铜熔炼制备易切削黄铜用除铁精炼剂，实现了保锌除杂和黄铜制品成分精确控制；成功研发了双联体并联熔炼炉及机械捣料搅拌等熔铸成套装备，日均产量提升 45%，单位能耗下降 12.5%，设备自动化程度高、热能利用效果好；集成创新了铜线和铜棒连续自动化生产技术，并建成了生产线，提出了黄铜合金塑性变形的微区调整和控制技术，提升了铜合金产品的力学性能，实现了高精密近终形异型材的直接制备。该项目集成创新了废杂铜精细化预处理工艺和设备配置，大幅提升了废杂铜的处理工效，保障了产品质量和性能的稳定，并建成了 10 万吨年产能的生产线。