Trendi in problemi raziskav in razvoja naprednih materialov iz bakrovih zlitin
Baker in bakrove zlitine so vrsta ključnih materialov s pomembno uporabo. Zaradi svoje odlične toplotne prevodnosti, električne prevodnosti, duktilnosti, odpornosti proti koroziji in drugih lastnosti je baker nujen material v nekaterih aplikacijah letalstva, orožja in opreme. V zadnjih dveh letih je predelovalna industrija očitno občutila rast povpraševanja po bakrovih zlitinah. Novi uporabniki nenehno razvijajo aplikacije za proizvodnjo dodatkov bakrovih zlitin. Tudi materiali so se premaknili iz zgodnjega litega kositrnega brona, ki ga je enostavno oblikovati, na čisti baker in različne vrste bakra z visoko trdnostjo in visoko prevodnostjo. Glede na raziskovalno poročilo bo svetovni proizvodni trg bakrenih aditivov od leta 2019 do leta 2027 rasel s skupno letno stopnjo rasti 51 %. Čeprav je pri tiskanju bakrovih zlitin še vedno veliko težav s procesi in materiali, je mogoče predvideti, da bo imel baker mesto v aditivni proizvodnji kovin. Status uporabe materialov iz bakrovih zlitin doma in v tujini. S hitrim napredkom visokotehnoloških industrij se novi materiali razvijajo v smeri ultravisoke zmogljivosti, visoke čistosti in visoke iteracije. Predlagana je integracija, funkcionalnost, miniaturizacija, zanesljivost itd. povezanih izdelkov. Višje zahteve. Kot jedrni prevodniški materiali se napredni baker in bakrove zlitine široko uporabljajo v svinčenih okvirjih zelo velikih integriranih vezij v elektronski informacijski industriji, elektronskih protiukrepih, radarjih, visokozmogljivih mikrovalovnih ceveh za nacionalno obrambno opremo, prevodni materiali za visoko impulzna magnetna polja , nadzemne žice za železniški tranzit za visoke hitrosti ter velika frekvenčna modulacija in regulacija hitrosti, vodilne palice in končni obroči asinhronega vlečnega motorja, elektrode za uporovno varjenje, materiali za baterije, elastični materiali za polnjenje za nova energetska vozila, kristalizatorji strojev za kontinuirno litje in električni vakuum naprave za metalurško industrijo, stikalni kontaktni mostovi in razne komponente za elektrotehniko Žice itd. Trenutno je veliko znanih tujih proizvajalcev dodatkov vključilo bakrene materiale v svoje kataloge izdelkov. Bolj reprezentativno, EOS je leta 2020 objavil podatkovne liste za čisti Cu in CuCrZr, leta 2021 pa je lansiral različici obeh vrst materialov AMCM (Additive Manufacturing Customized Machine), hčerinsko podjetje EOS. SLM Solutions je zaporedoma predstavil podatke o izdelkih CuSn10 in CuCrZr. Leta 2019 je podjetje lansiralo izdelke CuNi2SiCr, ki združujejo trdnost ter električno in toplotno prevodnost. Uporabljajo se lahko v kalupih in na električnih področjih in so postali uspešnica v aditivni proizvodnji materialov iz bakrovih zlitin. Proizvajalci materialov TLS Technik, m4p, Sandvik, Makin in druga podjetja so napovedali lastno aditivno proizvodnjo izdelkov iz bakrovih zlitin. Trenutno so materiali iz bakra in bakrovih zlitin za aditivno proizvodnjo koncentrirani v čistem Cu, CuSn10, CuCrZr in CuNi2SiCr. Čeprav imajo CuNiSn, CuCr, CuCrNb, CuAlFeNi in drugi materiali tudi sorodne raziskave in aplikacije v proizvodnji aditivov, stopnja uporabe ni tako visoka kot prve štiri kategorije izdelkov. 1. V primerjavi z bakrovimi zlitinami je prednost čistega bakra njegova električna in toplotna prevodnost, ker bodo različne bakrove zlitine po dodajanju elementov bakru neizogibno izgubile električno in toplotno prevodnost. Ker ima čisti baker nizko stopnjo absorpcije pri običajni valovni dolžini 1064 nm, tako imenovani valovni dolžini rdeče svetlobe, in je težko doseči zgostitev, je bilo tiskanje čistega bakra vedno problem. Trenutna rešitev je uporaba laserjev s kratkimi valovnimi dolžinami, kot je TRUMPF-ova 515nm zelena laserska oprema, druga pa je povečanje moči, kot je EOS-ova oprema AMCM, opremljena z 1Kw laserjem za tiskanje čistega bakra. Ne glede na vrsto opreme, ki se uporablja za tiskanje, če želite pridobiti čiste bakrene dele z visoko gostoto ali visoko električno in toplotno prevodnostjo, mora prah surovine ohranjati visoko čistost, hkrati pa imeti lastnosti prahu, ki olajšajo doseganje zgostitve , kot sta razumna porazdelitev velikosti delcev in pretok. Ima lastnosti dobre obstojnosti in visoke nasipne gostote.
Kar zadeva pripravo čistega bakrovega prahu, je cilj ohranjanje visoke čistosti materialov ob ohranjanju visoke sferičnosti. 2. CuSn10 CuSn10 je vrsta litega kositrnega brona, ki ga je enostavno oblikovati. Mnogi modeli ali obrti, ki vključujejo bakrene materiale, za tiskanje uporabljajo material CuSn10.
Zlitina CuSn10 ima visoko trdnost in vzdržljivost. Ima odlično odpornost proti obrabi in koroziji ter se lahko uporablja za izdelavo delov, odpornih proti obrabi, kot so rezila in zobniki. Vendar njegova električna in toplotna prevodnost nista visoki, zato se CuSn10 na splošno ne uporablja za zahteve glede električne ali toplotne prevodnosti. CuSn10 je običajen izdelek med trenutnimi materiali iz bakrovih zlitin za aditivno proizvodnjo. 3. Raketni motor CuCrZr je tipičen scenarij uporabe bakrove zlitine. Zahteve glede materialov za obloge motorja in pripadajoče dele so izjemno visoke. Po eni strani je temperatura zgorevanja v zgorevalni komori izjemno visoka (več kot 3000 stopinj). Po drugi strani pa visoka temperatura, visok tlak in plin z visoko hitrostjo povzročijo močno erozijo na materialih. CuCr zlitina je tipična z izločanjem utrjena bakrova zlitina. Dodatek elementa Zr lahko spodbudi obarjanje Cr faze in izboljša porazdelitev oborjenih faz. Hkrati lahko spojina bakra in cirkonija, ki jo tvorita Zr in Cu, igra vlogo krepitve padavin. Zato ima mehanika zlitine CuCrZr odlično zmogljivost in se lahko uporablja pri izdelavi delov raketnih motorjev. V zadnjih letih so domače vesoljske enote izvedle veliko raziskovalnega in razvojnega dela na aditivni proizvodnji delov potisne komore raketnih motorjev, CuCrZr pa je trenutni izbirni material.
Omeniti velja, da se materiali Rockets Copper zlitine za dele motorja še vedno posodabljajo in ponavljajo. CuZr, CuCr, CuAgZr, CuCrNb in drugi materiali so bili uporabljeni v raziskavah, zlasti GRcop-42 (Cu-4Cr-2Nb v %), pričakuje se nadgradnja zgorevalne komore raketnega motorja materialov na novo raven. 4. CuNi2SiCrSLM Solutions je leta 2019 lansiral material iz bakrove zlitine CuNi2SiCr. Ta material je toplotno obdelana kaljiva zlitina z visoko trdnostjo in uravnoteženo kombinacijo električne prevodnosti in toplotne prevodnosti. Hkrati zlitina vključuje komponente niklja in silicija ter ima visoko odpornost proti koroziji in obrabi. CuNi2SiCr sam po sebi ni nova komponenta. Ta material ustreza ameriškemu standardu zlitine C18000. SLM Solutions je prevzel vodilno vlogo pri uporabi tega materiala za aditivno proizvodnjo ter opravil identifikacijo materiala in preverjanje parametrov, s čimer je družini bakrovih zlitin za aditivno proizvodnjo dodal pomembnega člana. . Trdnost CuNi2SiCr po toplotni obdelavi je znatno višja kot pri CuCrZr in drugih materialih. Hkrati lahko ohrani določeno toplotno prevodnost in električno prevodnost. Že zdaj lahko izpolnjuje nekatere zahteve za proizvodnjo kalupov in zahteve za prevodne dele, zato bo imel pomembne aplikacije v kalupih in električnih področjih. Trendi raziskav in razvoja ter težave, s katerimi se srečujejo napredni materiali iz bakrovih zlitin v moji državi (1) Tehnološki trendi raziskav in razvoja V zadnjih letih je splošna raven visoko zmogljivih bakrovih zlitin in tehnologija njihove priprave v moji državi močno napredovala, vrste visoko zmogljivih bakrovih zlitin pa izdelkov z neodvisnimi pravicami intelektualne lastnine še naprej narašča. , je nameščena raven obdelave materiala iz bakrovih zlitin blizu mednarodne napredne ravni. Trend razvoja raziskav in razvoja ter industrializacije naprednih materialov iz bakrovih zlitin ima naslednje značilnosti. (1) Od zahtev za posamezno zmogljivost do zahtev za večnamenske funkcije. Na primer, materiali na osnovi bakra z visoko toplotno prevodnostjo in visokimi elektromagnetnimi zaščitnimi lastnostmi bi morali zadostiti povpraševanju po prevodniških materialih v poljih z visoko natančnostjo, kot so sistemi pulznega močnega magnetnega polja in elektromagnetni oddajniki, pospešeni z delci; kontaktni vodi železniškega omrežja za visoke hitrosti s hitrostjo 380 km/h Poleg visoke električne prevodnosti mora imeti tudi večjo trdnost, odpornost proti obrabi in odpornost proti utrujenosti; bakrove zlitine za zelo velika integrirana vezja morajo imeti visoko trdnost in visoko prevodnost, toplotno odpornost, odpornost na upogibanje, enostavno jedkanje in druge lastnosti. (2) Materiali za obdelavo bakra se razvijajo v smeri tanke, tanke, dolge in visoke natančnosti. Povpraševanje po izdelkih, kot so ultra fine žice, ultra tanki trakovi, tankostenske cevi, ekstra dolge cevi, ekstra dolgi trakovi, navojne cevi, cevi posebne oblike, palice posebne oblike, trakovi posebne oblike itd. še naprej narašča. Na primer, svinčeni okvir odraža multi-pin in visoko gostoto, trend razvoja ultra-tankega in miniaturizacije. (3) Visoko čiščenje bakra. Vsebnost bakra v industrijskem bakru se je povečala z 99,9 % na 99,95 % in nato na 99,99 % ali celo višje, da bi povečali električno in toplotno prevodnost materiala. Izjemno čist baker, ki vsebuje 99.999 9% bakra, bo zmanjšal vpliv nečistoč na električno in toplotno prevodnost. (4) Kompozitni material. Posamezna metoda utrjevanja materiala ima omejen potencial in uporaba kompozitnih metod za nadaljnje izboljšanje celovite učinkovitosti bakrenih materialov je postala žarišče raziskav. Na primer, dodajanje delcev druge faze, laskov ali vlaken bakrovim zlitinam za kompozitno ojačitev bakrene matrike in razvoj novih večnamenskih kompozitnih materialov na osnovi bakra je zelo pomembno za teorijo oblikovanja visoko zmogljivih bakrovih zlitin in praktične aplikacije v visokozmogljivih bakrovih zlitinah. tehnološka področja. vrednost. (2) Težave, s katerimi se soočam Čeprav je moja država največji proizvajalec materialov iz bakrovih zlitin na svetu, še vedno ni močna država v materialih iz bakrovih zlitin. moja država je še vedno močno odvisna od uvoza visoko zmogljivih bakrovih zlitin, ki so nujno potrebne na številnih visokotehnoloških področjih, kot so vesoljska industrija, elektronske informacije, pomorski inženiring in vrhunska oprema. Obstaja veliko podjetij za proizvodnjo bakrovih zlitin, nizka industrijska koncentracija, šibka konkurenčnost izdelkov in skromni dobički industrije. , ki ne more podpreti razvoja visokotehnoloških industrij. Glavna vprašanja, povezana z industrijo materialov iz bakrovih zlitin, so naslednja. (1) Obstaja nekaj vrst in razredov visoko zmogljivih materialov iz bakrovih zlitin. Celovita zmogljivost nekaterih visokozmogljivih bakrovih zlitin je na splošno nižja od podobnih uvoženih izdelkov. Na primer, stopnje Cu-Ni-Si in Cu-Cr-Zr svinčenih trakov za okvirje, ki so neodvisno razviti in proizvedeni, so izjemno nizke. nekaj. (2) Stabilno proizvodno zmogljivost velikih in visokokakovostnih izdelkov iz bakrovih zlitin je treba nujno izboljšati. Na primer, še vedno so potrebni preboji v stabilnosti delovanja, kakovosti površine in celovitih končnih izdelkih visoko natančnih elastičnih trakov iz bakrove zlitine. (3) Proces predelave visoko zmogljivih bakrovih zlitin povzroča veliko onesnaževanje okolja in resno tratenje virov; visoko učinkovita tehnologija kratkega postopka priprave še ni zrela, zato je treba izboljšati kakovost in učinkovitost izdelka. (4) Pomanjkanje neodvisne proizvodne tehnologije za nekatere vrhunske proizvodne opreme omejuje razvoj novih izdelkov. Na primer, večina visoko natančne opreme za proizvodnjo folije je odvisna od uvoza. (5) Nekateri vrhunski materiali iz bakrovih zlitin nimajo neodvisnih pravic intelektualne lastnine ter javnih raziskovalnih in razvojnih platform, izgradnja podatkovnih baz glede lastnosti materiala, proizvodne tehnologije, standardov in specifikacij pa zaostaja. (6) Veliko homogenizirano tehnologijo priprave bakra brez kisika ultra visoke čistosti z ultra nizko vsebnostjo kisika je treba še izboljšati, tehnologijo priprave visoko natančnega, velikega premera in dolgotrajnega korozijsko- odporen beli baker je treba dodatno prebiti. Nazadnje, v primerjavi z izdelki, kot so titan, aluminij in visokotemperaturne zlitine, aditivna proizvodnja bakra in bakrovih zlitin še ni zrela. EOS je od leta 2019 uvedel koncept, podoben stopnji pripravljenosti na tehnologijo (TRL) za materialne izdelke. Trenutno sta dve vrsti bakrenih materialov označeni kot raven 3, kar je raven preverjanja, medtem ko so izdelki, kot sta IN718 in AlSi10Mg, na splošno ravni {{ 86}}. Na tej stopnji je aditivna proizvodnja postopoma prešla iz preverjanja modela v proizvodnjo izdelkov. Materiali za aditivno proizvodnjo bodo vstopili v fazo izbire oziroma oblikovanja materialov na podlagi aplikacij. Posodobljena ponovitev materialov iz bakra in bakrovih zlitin je bolj očitna. Predvideti je, da se bo z nenehnim napredkom procesov in materialov uporaba bakrenih materialov v aditivni proizvodnji dvignila na novo raven. (Lastnik materiala na spletu)
