刘军1,2,3,5，曹祎程1,2，米绪军4，解浩峰1,2，米振莉5，彭丽军1,2
（1.中国有研科技集团有限公司 有色金属材料制备加工国家重点实验室，北京 100088；2. 有研工程技术研究院有限公司，北京 101407；3. 北京有色金属研究总院，北京 100088；4. 华南理工大学材料科学与工程学院，广东 广州 510640；5. 北京科技大学 高校轧制与智能制造国家工程研究中心，北京 100083）
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引用格式：
①刘军，曹祎程，米绪军，解浩峰，米振莉，彭丽军. 高性能Cu-Ni-Si系合金研究现状及发展趋势[J]. 铜业工程,2024(3):152-162.
②LIU Jun, CAO Yicheng, MI Xujun, XIE Haofeng, MI Zhenli, PENG Lijun. Research status and development trend of high-performance Cu-Ni-Si alloys [J]. Copper Engineering, 2024(3):152-162.
doi: 10.3969/j.issn.1009-3842.2024.03.014
先进铜基材料具有广阔的市场及良好的发展前景。相比于Cu-Be，Cu-Fe-P，Cu-Cr等合金而言，Cu-Ni-Si系合金具有高强度、较高的导电率、良好的抗高温软化、抗应力松弛性能及低廉的价格等优点，广泛应用于机械制造、航空航天、交通运输、电子和电气工程等工业领域。本文首先介绍了Cu-Ni-Si系合金的发展现状，并从产品性能及产业化方面论述了国内外存在的差异。该合金发展趋势主要是朝着先进高强高导弹性铜合金方向发展，核心挑战是在提升强度的同时保持甚至提高导电性能，并且由于服役环境的复杂化及服役时间的延长，对于材料服役性能的可靠稳定性也提出了更为严苛的要求。最后从成分设计、加工及形变热处理工艺、时效析出行为、服役性能等方面综述了Cu-Ni-Si系合金的研究现状，并针对目前该材料存在的不足，展望了高强度高导电铜合金的未来发展趋势。
先进铜基材料应用广泛，在市场中拥有良好发展前景。铜具有优异的性能，包括高导电性、高导热性、优异的耐腐蚀性、可电镀性和良好的机械性能。因此，铜及铜合金在机械制造、航空航天、交通运输、电子和电气工程等工业领域已经占据重要地位，如图1所示。近年来，随着电子和电气工业的快速发展，高端元器件对铜合金综合性能提出了更加苛刻的要求。以集成电路引线框架为例，一方面，集成电路水平的提高导致端子数量增加，这对铜合金的导电率和导热率提出了更高的要求；另一方面，引线框架的厚度需要进一步减小，这对铜合金的强度提出了更高的要求。
图1 铜合金的应用
图2 日本JX公司开发的Corson合金牌号及其性能
图3 Ni/Si含量与合金性能的关系：（a）Ni/Si质量比对性能的影响；（b）Ni和Si含量对性能的影响
图5 Cu-Ni-Si系合金强度和导电率性能
图6 二级时效温度对Cu-3.2Ni-0.75Si-0.3Zn合金性能的影响：（a）显微硬度；（b）导电率
图7 Cu-Ni-Si合金在400~750 ℃下退火的相变图
3）与材料基因工程技术结合。材料基因工程是一个新兴的跨学科领域，它结合了材料科学、信息学、计算科学和生物科学的概念和技术。可通过材料基因工程技术，利用高通量实验、大数据技术、机器学习等手段构建Cu-Ni-Si合金成分、工艺、力学/电学性能和应用性能数据库，形成以性能需求为牵引，开展合金成分和工艺设计的新模式，加快高性能Cu-Ni-Si合金材料的发展。
通信作者：米振莉，教授，博士生导师，北京科技大学工程技术研究院副院长，高效轧制与智能制造国家工程研究中心副主任。中国金属学会金属材料深度加工分会副主任委员、秘书长，中国汽车工程学会理事，北京市第十三届妇女代表。主要研究方向是金属材料的轧制工艺、先进汽车用钢开发、钢材深加工关键技术、智能制造技术在材料研发中的应用等。在新一代汽车用钢研发方面，与国内大中型钢铁企业合作，开发了汽车用钢系列产品，促进新钢种研发与常规钢种性能优化协同发展。在汽车用钢深加工方面，主持国家“十三五”重点研发课题“高强汽车用钢先进成形技术”，实现汽车用钢由品种研发向零部件应用技术的延伸发展。在智能制造技术应用方面，牵头与企业开展关于“特殊钢棒线材的数字化仿真平台”的研发工作，承担“十四五”重点研发项目中“近终形流程汽车钢跨尺度一体化集成计算平台”的任务，并在北京市材料基因工程高精尖创新中心的轻量化汽车用钢团队承担重要的研究工作。主持并参与多项国家自然科学基金项目和国家科技攻关项目的研发工作，在研国家和企业项目10余项，在国内外重要学术期刊发表学术论文100多篇，参与编写专著2部，获得授权发明专利20余项，先后获得中国钢铁工业协会、河北省、邯郸市等科技进步奖4项。
《铜业工程》创刊于1984年，由江西铜业集团有限公司主管主办，是我国铜工业领域全面反映铜产业链技术进步和金属材料科技创新的双月刊。中国工程院外籍院士、加拿大工程院院士、加拿大皇家科学院院士徐政和为期刊特约主编。期刊为《有色金属领域高质量科技期刊分级目录（2023）》T3级别，同时被美国《化学文摘》、俄罗斯《文摘杂志》《中国核心期刊（遴选）数据库》《万方数据库》《维普中文科技期刊数据库》等国内外检索数据库平台收录。本刊主要刊登铜、铅锌、稀有金属、贵金属等有色金属在采选、冶金、加工、环保、分析测试等方面的最新科研成果及应用，以及有色金属领域产业数字化、“双碳”战略推进等研究论文和综述文章。
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