本刊記者 張小紅｜文

中南大學(xué)副校長周科朝曾說，將銅、鐵這兩種古老的金屬結(jié)合在一起，有望煥發(fā)新的生機并將產(chǎn)生新的廣泛的應(yīng)用，銅鐵合金材料將帶來一代材料應(yīng)用的技術(shù)革命?！般~鐵合金”將如何顛覆材料應(yīng)用現(xiàn)狀甚至引發(fā)技術(shù)革命？為什么這種新材料值得關(guān)注？帶著諸多疑問，近日，記者采訪了相關(guān)單位。

國家大力發(fā)展新基建，對很多新材料而言，是十分難得的機遇。近幾年備受關(guān)注的一種新材料——銅鐵合金，自帶優(yōu)勢明顯、應(yīng)用前景廣闊，且我國在該領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)在國際上已處于領(lǐng)先地位，使其未來發(fā)展被普遍看好。中南大學(xué)副校長周科朝曾說，將銅、鐵這兩種古老的金屬結(jié)合在一起，有望煥發(fā)新的生機并將產(chǎn)生新的廣泛的應(yīng)用，銅鐵合金材料將帶來一代材料應(yīng)用的技術(shù)革命。

“銅鐵合金”將如何顛覆材料應(yīng)用現(xiàn)狀甚至引發(fā)技術(shù)革命？國內(nèi)有哪些單位、企業(yè)已投身于此？他們做出了哪些貢獻？當(dāng)前時代背景、社會及生產(chǎn)環(huán)境對發(fā)展“銅鐵合金”新材料有什么利弊？為什么這種新材料值得關(guān)注？帶著諸多疑問，近日，記者采訪了相關(guān)單位。

不同鐵含量銅鐵合金金相組織

抓住時代機遇 “銅鐵合金”引發(fā)關(guān)注

業(yè)內(nèi)連續(xù)舉辦的兩次專業(yè)研討會議，使“銅鐵合金”逐漸進入大眾視線。特別是兩次會議的宣傳標(biāo)題，“銅鐵合金，大有作為”“銅鐵合金，揚帆起航”，醒目又貼切，不僅點明了會議宗旨，也很好地詮釋出了當(dāng)前市場對“銅鐵合金”新材料的關(guān)注與期待。

從工信部的相關(guān)舉措和行業(yè)協(xié)會對該新材料技術(shù)研發(fā)的肯定中，我們能感受到這份關(guān)注。

2020年，工信部委托中國有色金屬工業(yè)協(xié)會開展擴大銅高端材料消費策略研究，經(jīng)多次研討，選擇以銅鐵合金和銅水管為切入點，打造典型示范應(yīng)用，挖掘銅合金消費潛力。同年，工信部還對新材料應(yīng)用開展了首批次應(yīng)用保險補償機制工作，以此拓展產(chǎn)品新應(yīng)用領(lǐng)域，工信部提出倡議和鼓勵：“希望通過研討會的契機，上下游擴大合作，共同提升銅鐵合金材料發(fā)展水平，為我國有色金屬工業(yè)建設(shè)做出貢獻。”

2020年中國銅加工產(chǎn)業(yè)年度大會上，在總結(jié)中國銅加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展新勢頭時，中國有色金屬工業(yè)協(xié)會黨委書記葛紅林表示，銅加工行業(yè)科技成果不斷涌現(xiàn)，產(chǎn)業(yè)化進程加快，銅鐵合金技術(shù)研發(fā)已經(jīng)走在了世界前列。這些肯定的話語給與會的相關(guān)企業(yè)帶來了更大的信心與決心。

關(guān)注來自國家，更來自企業(yè)。據(jù)中國有色金屬加工工業(yè)協(xié)會介紹，目前在“銅鐵合金”新材料研發(fā)和生產(chǎn)領(lǐng)域比較活躍的企業(yè)、科研機構(gòu)主要有陜西斯瑞新材料股份有限公司（以下簡稱“陜西斯瑞”）、寧波金田銅業(yè)（集團）股份有限公司（以下簡稱“寧波金田銅業(yè)”）、中色奧博特銅鋁業(yè)有限公司（以下簡稱“中色奧博特”）、中銅華中銅業(yè)有限公司、中南大學(xué)、大連理工大學(xué)等。

這些企業(yè)和科研機構(gòu)不僅發(fā)揮各自所長，組成專門的攻關(guān)團隊，在不同的細(xì)分領(lǐng)域深耕鉆研，實現(xiàn)突破，填補了多項行業(yè)空白，而且，他們之間還積極開展聯(lián)合科技攻關(guān)和知識產(chǎn)權(quán)分析、研判、申報及保護等工作，定期舉行針對銅鐵合金制備技術(shù)、應(yīng)用場景等的交流研討會，針對相關(guān)規(guī)格產(chǎn)品的工程研究，企業(yè)也及時提供專有的檔期和最先進的裝備進行工程化實驗，確保攻關(guān)成功。

將關(guān)注變成行動 行業(yè)取得多項突破

以當(dāng)前對銅鐵合金新材料產(chǎn)品的研究成果看，國內(nèi)企業(yè)各有所長、各有所獲。

陜西斯瑞專門成立了由董事長王文斌為帶頭人共計12人的銅鐵合金研發(fā)團隊，在銅鐵合金的原料選材、成分配比、熔煉特性、凝固特性、塑性變形等方面進行了深入的研究，突破了銅鐵合金工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)瓶頸。具體地說，陜西斯瑞在銅鐵中間合金的制備、高鐵含量銅鐵合金半連續(xù)鑄造坯錠的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)方面取得了實質(zhì)性突破，已經(jīng)能夠批量地供應(yīng)各種規(guī)格和各種鐵含量的銅鐵中間合金、銅鐵合金大規(guī)格坯錠等。

寧波金田銅業(yè)最大的貢獻是率先突破了產(chǎn)業(yè)化坯料的中間合金和熔鑄技術(shù)瓶頸，能夠向用戶提供需求產(chǎn)品，并率先投入“粉末冶金+壓延加工”全新工藝技術(shù)的開發(fā)。具體地說，寧波金田銅業(yè)在部分區(qū)間鐵含量的銅鐵合金水平連鑄、銅鐵合金帶材和線材的產(chǎn)業(yè)化制備技術(shù)、高鐵含量銅鐵合金板帶粉末軋制技術(shù)等方面取得了突破，可以進行批量供貨。

中色奧博特在部分區(qū)間鐵含量的銅鐵合金的箔材產(chǎn)業(yè)化制備技術(shù)方面取得了實質(zhì)性突破，可以批量生產(chǎn)12μm級以下厚度的銅鐵合金箔材，為合金在OLED、5G通信等領(lǐng)域的應(yīng)用打下了堅實的基礎(chǔ)。

與此同時，從2016年陸續(xù)開展科研工作以來，這些企業(yè)與國內(nèi)外相關(guān)用戶及潛在用戶均進行了廣泛的溝通和接觸，為合金的產(chǎn)業(yè)化制備奠定了技術(shù)和市場基礎(chǔ)。

科研機構(gòu)則更多在理論研究方面發(fā)力，中南大學(xué)等在銅鐵合金的中間合金制備技術(shù)、銅鐵合金形變熱處理技術(shù)、銅鐵合金的微觀組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)物理性能之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系等方面，進行了系統(tǒng)深入的研究，同時，在線徑20μm以內(nèi)的部分區(qū)間鐵含量的銅鐵合金超細(xì)絲的制備技術(shù)和銅鐵合金超細(xì)粉末制備技術(shù)方面取得了實質(zhì)性的突破；開展了相關(guān)合金電磁屏蔽和醫(yī)學(xué)特性的研究工作，為合金在高保真、寬頻電磁屏蔽、生物醫(yī)學(xué)、電子通信和熱管理系統(tǒng)等的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

“可以這樣說，寧波金田銅業(yè)、陜西斯瑞是國內(nèi)高鐵含量銅鐵合金材料產(chǎn)品開發(fā)的先行者，中南大學(xué)是基礎(chǔ)研究的合作者。他們看好這種新材料的潛力與前景，達成共識要把它作為‘一項事業(yè)’來做，為此，于2020年年初成立了‘緊密合作推動體’，不惜資金和人力的投入，除了日常研究，還積極通過舉辦研討會、參加展覽會等方式，推廣銅鐵合金新材料。”采訪時，中國有色金屬加工工業(yè)協(xié)會副理事長、秘書長章吉林告訴記者。他還補充道：“企業(yè)和科研機構(gòu)在銅鐵合金新材料的研發(fā)、制造、市場推廣等方面做了大量工作，在他們的努力下，無論是在理論研究方面，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、專利申請方面，還是在熔煉技術(shù)、軋制成型技術(shù)、拉拔技術(shù)、制粉技術(shù)等方面，近年來均取得了明顯的進步?！?/p>

參觀寧波金田銅板帶生產(chǎn)現(xiàn)場

寧波金田銅板帶生產(chǎn)現(xiàn)場

銅鐵合金具有獨特“魅力”

高鐵含量銅鐵合金是以銅為基添加鐵元素的銅合金體系，以一定比例構(gòu)成的銅鐵合金，兼?zhèn)溷~的高導(dǎo)電率、導(dǎo)熱率和鐵的高導(dǎo)磁率，是一種典型的結(jié)構(gòu)功能一體化的復(fù)合材料。

銅鐵合金的優(yōu)勢不勝枚舉，從產(chǎn)品性能看，它具有優(yōu)異的機械性能、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能和電磁屏蔽性能。如，經(jīng)測試CuFe10的導(dǎo)電性能是現(xiàn)錫磷青銅的4倍、力學(xué)性能也高于現(xiàn)錫磷青銅，其具有廣泛替代老體系銅合金的潛質(zhì)。特別是它的寬頻譜的高效電磁屏蔽性能，是其他銅合金無法比擬的。在全世界范圍內(nèi)，汽車、PC、電氣電子機器、產(chǎn)業(yè)機械、機器人控制設(shè)備等高端裝備因電磁場影響而產(chǎn)生的很多問題和故障，銅鐵合金可以很容易解決。另有最新研究成果揭示，由于銅鐵合金特殊的電化學(xué)特性，其還具有優(yōu)異的抑菌和殺毒功能。

從生產(chǎn)成本看，鐵在金屬原料中是目前最易獲得和最廉價的產(chǎn)品，在當(dāng)前銅合金體系中高鐵含量銅鐵合金的原料成本是相對較低的。從生產(chǎn)環(huán)節(jié)看，鐵的添加不會產(chǎn)生有害物質(zhì)，回收利用時同樣不存在有害物質(zhì)。

基于上述性能優(yōu)點，專家分析，銅鐵合金產(chǎn)品具有巨大的應(yīng)用前景。如銅鐵板帶可用于5G手機散熱板、屏蔽罩、大尺寸OLED背板材料、大尺寸LED顯示屏散熱板（在日本已經(jīng)應(yīng)用）、電連接器接插件、無線充電線路板、空調(diào)冷凝管等；銅鐵合金桿、棒、線、絲材可用于電磁屏蔽線、高保真音頻線、無人機高速電機用電磁屏蔽電線、高壓電纜線、機器人通訊控制線、射頻線、編織電磁屏蔽網(wǎng)/帶、海水養(yǎng)殖網(wǎng)箱、焊接絲材等；銅鐵合金粉末可用于剎車片、吸波屏蔽涂料、3D打印，醫(yī)用抗菌（如糖尿病傷口愈合）等；銅鐵合金在三相異步電機、注塑模具、電火花加工、電烙鐵頭、電工觸頭等方面也具有潛在的應(yīng)用前景。

銅鐵球形粉微觀形貌

銅鐵片狀粉微觀形貌

銅鐵合金絲

銅鐵合金粉

陜西斯瑞精加工生產(chǎn)車間

從實驗室到工業(yè)化生產(chǎn)的“一步之遙”走了數(shù)十年

在過去近百年的研究開發(fā)過程中，雖然人們發(fā)現(xiàn)了銅鐵合金具有多種優(yōu)異性能且應(yīng)用前景廣闊，但由于銅與鐵的兼容性差，液態(tài)的銅和鐵有互不相溶的分離現(xiàn)象，銅鐵合金被稱為金屬材料中的“油”和“水”，因此，一直未能生產(chǎn)出具有真正使用價值的銅鐵合金。然而，世界各地的學(xué)者并未停止對銅鐵合金研究的腳步。

世界上對銅鐵合金研究最多的是在日本，已有超過30年的研究經(jīng)驗，主要集中在合金的制備技術(shù)和市場應(yīng)用方面，如新能源汽車配件，活塞頭、電子控制箱電磁屏蔽材料，剎車盤等；新型醫(yī)療機器制造，屏蔽箱體、屏蔽室、衛(wèi)生服等；新一代電子通信領(lǐng)域，通信基站的屏蔽材，熱擴散材料、連接器等；以及各類航空航天用電磁屏蔽線，船舶螺旋槳修理用焊條，散熱模具，放電加工線材等領(lǐng)域。但一直以來，銅鐵合金的工業(yè)化生產(chǎn)并未真正實現(xiàn)。

國內(nèi)對銅鐵合金的研究起步較晚，最初主要集中在大學(xué)院校，如大連鐵道學(xué)院對Cu-20%Fe原位復(fù)合材料的研究，重慶理工大學(xué)對高強高導(dǎo)Cu-Fe合金的研究進展，上海理工大學(xué)對不同成分銅鐵合金組織與性能變化研究，浙江大學(xué)對銅鐵合金均勻化熱處理的研究，中南大學(xué)對銅鐵合金制造、組織性能演變的研究等等，大多停留在實驗室階段。

直到有了企業(yè)的積極參與后，銅鐵合金的命運才發(fā)生真正的改變。

陜西斯瑞自2016年開始調(diào)研銅鐵合金，到2018年采用真空自耗電弧熔煉工藝成功制備出CuFe50合金，實現(xiàn)了銅鐵合金的工業(yè)化生產(chǎn)；到2019年，實現(xiàn)非真空下引半連續(xù)鑄造CuFe5合金圓錠、扁錠，隨后軋制出0.1mm、0.2mm的CuFe5合金板帶；再到2020年，與中色奧博特合作，成功制備出20μm、16μm、12μm的CuFe5合金箔材。目前，在銅鐵合金的理論研究、生產(chǎn)制備方面，陜西斯瑞都走在了世界前列，它也成功讓銅鐵合金材料成為國內(nèi)為數(shù)不多可以領(lǐng)跑全球的一種新材料。而且，陜西斯瑞生產(chǎn)的各種銅鐵合金桿、棒、線、粉、板帶、異型零件等相關(guān)產(chǎn)品已出口日本、韓國市場。

寧波金田銅業(yè)對國外高鐵含量銅鐵合金的研究進行跟蹤至今已有10余年，從2016年初開始和日本的研究專家進行交流合作，近年來持續(xù)加強技術(shù)研發(fā)投入，成立了專門的研發(fā)團隊開展試驗研究工作，推進技術(shù)創(chuàng)新及成果轉(zhuǎn)化。他們主要關(guān)注銅鐵中間合金熔鑄技術(shù)的預(yù)研和能滿足生產(chǎn)用鑄坯技術(shù)的預(yù)研。2018年，公司應(yīng)國外用戶的需求和合作邀請，開始進行產(chǎn)品研發(fā)。至2019年，寧波金田銅業(yè)先后成功開發(fā)并能小批量供應(yīng)以下三種產(chǎn)品：高質(zhì)量的銅鐵50%的母合金產(chǎn)品；5%鐵含量的0.2mm帶材、0.07mm細(xì)線材和8×0.5mm管材；10%鐵含量的2mm棒材。同年，公司還引進了烏克蘭國家科學(xué)院院士團隊，采用“粉末冶金+壓延加工”的創(chuàng)新技術(shù)思路進行10%～40%鐵含量的高質(zhì)量產(chǎn)品研發(fā)，這屬于行業(yè)首創(chuàng)。

中色奧博特充分發(fā)揮自身擁有的高精度銅合金箔材加工技術(shù)優(yōu)勢，本著以市場為導(dǎo)向、以科技創(chuàng)新為引領(lǐng)的思路，以留日回國的著名銅加工專家、中國有色礦業(yè)集團有限公司首席科學(xué)家佟慶平博士為首，組建了銅鐵合金箔加工技術(shù)開發(fā)團隊，并投入公司最優(yōu)秀的技術(shù)力量，使得銅鐵合金箔材的加工技術(shù)在短時間內(nèi)取得了突破性進展。2020年，公司在完成批量生產(chǎn)厚度0.1mm以上的各種銅鐵合金帶材的基礎(chǔ)上，僅用短短3個月時間，又在世界上首次成功生產(chǎn)出厚度分別為20μm、16μm、12μm的銅鐵合金箔材（CuFe5），為銅鐵合金的應(yīng)用提供了更為廣闊的空間。

“銅鐵合金”的未來

對于銅鐵合金的未來發(fā)展，記者在采訪時感受到，大家的想法基本一致，銅鐵合金新材料前景廣闊，現(xiàn)已擁有世界領(lǐng)先的技術(shù)，但在應(yīng)用領(lǐng)域還需要下大力氣研發(fā)、推廣。當(dāng)前我國正面臨解決基礎(chǔ)材料“卡脖子”問題，打通國內(nèi)產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈，構(gòu)建以國內(nèi)大循環(huán)為主體、國內(nèi)國際雙循環(huán)相互促進發(fā)展格局的新形勢，對于銅鐵合金新材料的研究開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，將是千載難逢的機遇。

中南大學(xué)材料學(xué)院院長李周告訴記者，當(dāng)前，我國銅鐵合金的產(chǎn)業(yè)化制備技術(shù)，特別是銅鐵中間合金、銅鐵合金板帶箔材、銅鐵合金棒線和超細(xì)絲材的制備加工處于國際領(lǐng)先水平，對其相關(guān)機理的研究走在前列，相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)的申報工作已經(jīng)取得顯著進展。但是，目前針對該合金的應(yīng)用研究主要是日本和韓國的企業(yè)，國內(nèi)高校和生產(chǎn)企業(yè)在材料的服役性能研究和合金推廣應(yīng)用方面還存在很大差距，需要下大力氣。他認(rèn)為高校和研究院所能針對銅鐵合金的短流程制備技術(shù)、特殊的物理特性和抑菌性能等方面開展系統(tǒng)和深入的研究；同時，基于銅鐵合金特殊的綜合性能，開展不同場景下的應(yīng)用研究。

陜西斯瑞董事長王文斌表示，當(dāng)前環(huán)境對銅鐵合金發(fā)展是一個非常好的機遇，因為國家在不斷地提出國產(chǎn)化，說明還有很多材料在依賴進口，“跟跑”國外，而銅鐵合金是那為數(shù)不多可以“領(lǐng)跑”的一種新材料，正因如此，今后需要投入更大的人力物力去研究，去保持這一領(lǐng)先。他認(rèn)為銅鐵合金未來的發(fā)展方向主要是應(yīng)用研究，如新基建領(lǐng)域、新一代通訊電子領(lǐng)域、各類航空航天用電磁屏蔽領(lǐng)域的應(yīng)用等。對于陜西斯瑞而言，未來他們將在生產(chǎn)制造、市場研究、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)等方面著力，投入更先進的制造設(shè)備和制備工藝，實現(xiàn)銅鐵合金高純度、高一致性、高均勻性以及低成本制造。目前企業(yè)已獲得6項銅鐵合金專利，并向國標(biāo)委提交了銅鐵合金鑄錠、銅鐵合金板帶、銅鐵合金棒線行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)文件，今后在知識產(chǎn)權(quán)保護方面還將不斷加強研究。

寧波金田銅業(yè)公司高級副總裁鄭敦認(rèn)為，高鐵含量銅鐵合金材料是一個新體系，國外特別是日本從可見的報道中發(fā)現(xiàn)就有20多家研究機構(gòu)在從事相關(guān)研究，特別是在電磁屏蔽性、傳導(dǎo)散熱性、焊接性、抑菌性等研究領(lǐng)域擁有眾多成果，而我國在這方面幾乎空白?，F(xiàn)在我們在材料產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域的突破只是萬里長征的第一個里程碑，對其研究和應(yīng)用還需要大量的工作和投入，“大家肩負(fù)重要的歷史使命?！?鄭敦向記者透露，他們計劃在寧波金田銅業(yè)、陜西斯瑞，中南大學(xué)等“緊密合作推動體”的基礎(chǔ)上，吸引更多的應(yīng)用企業(yè)、生產(chǎn)企業(yè)、研究單位等加盟，重點在屏蔽、引線框架、焊接材料等的應(yīng)用上理清需求，制定目標(biāo)計劃，分工合作提升研發(fā)效率。他同時建議媒體通過對該材料專業(yè)而富有深度的報道，引起國內(nèi)廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)I(yè)人士對該材料的興趣，進而促成“用、產(chǎn)、研、學(xué)、政”更廣泛的研發(fā)聯(lián)盟和政府政策、項目（資金）等的支持，為推動我國科學(xué)技術(shù)進步做出應(yīng)有的貢獻。

在業(yè)內(nèi)連續(xù)舉辦的兩次專業(yè)研討會上，很多下游企業(yè)也表示出對銅鐵合金新材料的期待。蘇州巖谷金屬有限公司總經(jīng)理小野田健表示十分關(guān)注銅鐵合金新材料的進展，希望其能盡快在新能源、電池等領(lǐng)域得到應(yīng)用。西安飛機工業(yè)（集團）亨通航空電子有限公司經(jīng)理余小葵希望能盡快使銅鐵合金新材料應(yīng)用于大電流電纜、特種車輛生產(chǎn)等領(lǐng)域，并早日實現(xiàn)國產(chǎn)化替代。湖南大學(xué)副教授黃智文講述了土木工程上電渦流調(diào)向阻尼器、超高層超大跨度橋梁上對銅鐵合金新材料的需求應(yīng)用。深圳市斯萊特實業(yè)有限公司總經(jīng)理劉智勇提出嘗試將銅鐵合金材料應(yīng)用于光機電一體微型馬達中，替代原先的SPCC材料（沖壓+電鍍）的想法。

陜西斯瑞、金田銅業(yè)、中南大學(xué)曾在一次宣傳時，貼出標(biāo)語“放飛合作情懷，共創(chuàng)銅鐵新材”，表達了三家單位攜手邁向世界的決心。事實上，以銅鐵合金新材料為契機，早日實現(xiàn)銅加工技術(shù)與世界同行從“并跑”到“領(lǐng)跑”的目標(biāo)，不僅是三家單位的心愿，更是整個中國銅加工業(yè)的心愿！