侯錦秋，王櫻霖，孫海航，韓繼先，姜睿智，郝健男

（1.沈陽興華航空電器有限責任公司，遼寧沈陽，110144；2.空軍裝備部駐沈陽地區(qū)第三軍事代表室，遼寧沈陽，110144）

1 引言

彈性材料的品種繁多，用途廣泛，加工精細，性能獨特。銅基彈性合金由于其具有優(yōu)良的導電、導熱性能和良好的機械性能，在各種導電彈性元件中得到廣泛應用［1］。按彈性性能強弱，銅基彈性合金可分為：高彈性銅合金、中等彈性銅合金、低彈性銅合金、復合彈性銅合金。

電連接器的彈性材料是連接器保證其插拔力和保持力穩(wěn)定的關鍵材料［2］，目前常采用高彈性銅合金。高彈性銅合金可進行熱處理強化，典型合金為鈹青銅。鈹青銅是一種典型的沉淀析出強化型高導電高彈性合金，由鈹青銅制造的彈性元件的彈性滯后及彈性不完整性較小，是綜合性能優(yōu)良的重要彈性銅合金材料［3］。

本文介紹了常用鈹青銅合金的分類、牌號、化學成分、性能等基本知識，對比了國內外鈹青銅的發(fā)展現狀，討論了鈹青銅在電連接器上的應用前景及局限性。

2 鈹青銅合金的研究概況

2.1 鈹青銅分類

鈹青銅合金經固溶和時效熱處理后，具有高的強度、硬度和彈性極限，彈性滯后性小，穩(wěn)定性好，并且具有耐疲勞、耐腐蝕、耐磨、耐低溫、無磁性、高導電導熱性、沖擊時不產生火花等一系列優(yōu)良的綜合性能，被譽為“有色彈性材料之王”［4］。

鈹青銅材料按性能分類，基本上分為高強高彈性鈹青銅合金（含鈹量1.6%～2.1%）和高導電銅合金（含鈹量為0.2%～0.7%）［5］；按材料成型方式分為加工合金和鑄造合金［6］。鈹青銅加工用合金一般是通過壓力加工將其制成板、帶、管、棒、絲等，主要用于制作各類彈性元件，如開關、簧片、接觸件等；鈹青銅鑄造合金具有高的強度、硬度，主要用于航空航天、電子和機械制造工業(yè)，如飛機的各種軸套、鉆機鉆頭等。

2.2 牌號及化學成分

本文主要探討高強高彈性鈹青銅合金，國內常用的高強度高彈性鈹青銅牌號為TBe2，屬于壓力加工鈹青銅，其化學成分及相近的國外牌號見表1。對比三種牌號的化學成分，差別在于美國、日本牌號中含有Co元素，我國牌號中的Ni成分含量較多。

表1 國內外牌號及化學成分對比

從合金元素對材料性能影響的角度分析，Ni和Co起著同樣的作用，這兩種元素主要是抑制鈹青銅合金時效時產生過時效現象，同時還能增加合金的強度［7］。日本牌號中還含有Si元素且含量低于一定的值，當合金中同時含有Co和Si時，在達到一定比列后可形成CoSi、Co2Si等化合物，提高合金的強度。且硅含量應低于一定值，這將防止出現因含量較高時將與鈹形成又硬、又脆的共晶體，導致材料的韌性大幅度下降的現象［8］。

隨著TBe2的廣泛應用，我們發(fā)現，該材料由于其較強的軟化性和粘附性，在加工過程中更易與刀具表面發(fā)生粘結現象，粘結物的產生影響切削過程中刀具的散熱和加工，縮短刀具的使用壽命［9］。近年來，為了改善鈹青銅的切削加工性能，各國提出在合金中加入Pb元素。鉛元素的在銅合金中的溶解度大，銅合金在熔體凝固時，鉛會沉淀而形成彌散的鉛顆粒。鉛較脆而不硬，在切削時彌散的鉛顆粒易于斷裂而使切屑斷裂，從而起到碎裂屑、減少粘結和焊合，以提高切削速度，顯著提高合金的切削性能。

典型的易切削鈹青銅如美國的C17300和國內的TBe1.9-0.4，兩種牌號合金的化學成分對比見表2，二者化學成分相同。GB／T5231-2012中指出國內牌號TBe1.9-0.4引用了美國牌號C17300，二者無差別。

表2 易切削鈹青銅化學成分對比

2.3 發(fā)展現狀

目前，世界上兩大先進的鈹銅生產廠家為美國BrushWellman和日本NGK公司，我國鈹銅產業(yè)起步相對較晚，在工業(yè)技術水平上仍與國外存在一定的差距［10］。究其原因主要是生產規(guī)模小、生產線技術與裝備落后、自動化程度低等。

我國鈹銅產業(yè)與國外同行相比，工藝及裝備上的主要差距如下［11］：

1）熔煉方式

國外通產采用非真空感應熔煉爐，氮氣脫氣，埋管底澆鑄。鑄錠氣孔、夾渣等缺陷少，鑄錠質量穩(wěn)定；國內采用真空熔煉，轉包傾斜式澆鑄，容易造成吸氣氧化。鑄錠存在氣孔、夾渣較多，鑄錠質量不穩(wěn)定。

2）熱軋方式

國外采用熱軋機的軋制力較大，采用的鑄錠大，道次加工率大，加工道次少，能很好地保證終軋溫度。熱軋后的材料公差好；國內的熱軋機的軋制力相對小，鑄錠小，道次加工率小，加工道次多，溫降快，軋制溫度不能保證。熱軋后的材料公差范圍較大。

3）熱處理

國外熱處理時采用罩式光亮退火爐和氣墊式淬火爐，有氣體保護，材料表面光亮，熱處理后機械性能穩(wěn)定；國內熱處理時采用推桿式電阻爐、箱式爐和連續(xù)淬火爐，無氣體保護，熱處理后的材料機械性能不穩(wěn)定。

近年來，我國鈹銅制造產業(yè)在科技研發(fā)方面取得顯著的進步，許多科技成果已為工業(yè)生產所應用。多家大型銅合金生產制造商在現有的壓力加工工藝和裝備進行改進和改造，提高了材料的精度、外觀質量和機械穩(wěn)定性能等［12］。在新產品研發(fā)方面逐漸出現了替代國外鈹青銅牌號C17200和C17300等的國內材料，并投放市場進行應用。

3 鈹青銅在電連接器上的應用前景

電連接器是連接電子、電氣整機系統(tǒng)廣泛使用的基礎器件，它的可分離性是區(qū)別于其它元件的特性和本質。電連接器中關鍵的部位為接觸件，電連接器的連接都必須是通過接觸件的插合接觸來完成電信號的正常傳輸，若失去了接觸件的可靠性，連接器將失去其電連接的作用［13］。

在接觸件的選材時應以性能為主要依據，綜合考慮材料的彈性極限、彈性模量、強度、延伸率、疲勞強度等多方面進行綜合考慮。接觸件在設計時，為了防止剛性插針插拔時彎曲損失，同時保證插孔插合時接觸可靠，防止塑性變形和應力松弛，通常選用高強高彈性鈹青銅合金TBe2材料。筆者認為，隨著鈹青銅材料的發(fā)展，易切削鈹青銅TBe1.9-0.4將逐步替代TBe2，并得到廣泛應用。

不過，鈹青銅合金的生產成本較高，且Be元素有毒，對于易切削鈹青銅來說，合金中還加入了Pb元素，這將對材料的生產條件要求極為嚴苛，生產時產生的Be、Pb塵埃對作業(yè)人員的健康有致命的不可治愈的危害，對環(huán)境污染非常嚴重［14］，且其生產成本較高，這將在一定程度上制約了其在民用電連接器產品上的應用。

4 結語

鈹青銅合金在軍工電連接器上已得到廣泛的應用，未來易切削鈹青銅是否會廣泛的應用將成為我們研究的關鍵問題。同時，鈹青銅的應用范圍仍存在一定的局限性，出于環(huán)保和成本的考慮，對于民用電連接器接觸件材料的選擇，選出替代鈹青銅的材料，也將成為我們未來的研究方向。