Compartición técnica: Fabricación y aplicaciones de aleaciones de cobre de alta resistencia, alta conductividad y alta temperatura [[Conferencia de Cobre SMM]]

**Traducción al español**:

El 24 de abril, durante el **Foro de Desarrollo de Alta Calidad para Nuevos Materiales a Base de Cobre de la 20ª Conferencia y Exposición de la Industria del Cobre CCIE-2025 SMM**, organizado conjuntamente por **SMM Information & Technology Co., Ltd. (SMM)**, **SMM Metal Exchange Center** y **Shandong AIS Information Technology Co., Ltd.**, con **Jiangxi Copper Corporation** y **Yingtan Port Holding Co., Ltd.** como patrocinadores principales, **Shandong Humon Smelting Co., Ltd.** como coorganizador especial y **Xinhuang Group** y **Zhongtiaoshan Nonferrous Metals Group Co., Ltd.** como coorganizadores, el **profesor Chang Yongqin, supervisor doctoral de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Beijing**, compartió sus conocimientos sobre la fabricación y aplicaciones de aleaciones de cobre resistentes a altas temperaturas, de alta resistencia y alta conductividad.

**Desafíos y Estado Actual de la Industria**
**Aplicaciones de Aleaciones de Cobre de Alta Resistencia y Alta Conductividad**
Las aleaciones de cobre de alta resistencia y alta conductividad combinan una alta resistencia con una excelente conductividad eléctrica/térmica. Se utilizan principalmente en electrónica, aviación, aeroespacial, vehículos eléctricos nuevos (NEV), trenes de alta velocidad, transmisión de energía y otros campos.

**Desafíos y Estado Actual de la Industria**
**Puntos débiles**: Las aleaciones de cobre de alta resistencia y alta conductividad comerciales existentes experimentan caídas significativas en resistencia, tenacidad a la fractura y deformación por fluencia a altas temperaturas, lo que no cumple con los requisitos de servicio.

**Necesidades críticas**: Los rápidos avances en dispositivos de fusión nuclear, cristalizadores de fundición continua, marcos de plomo de circuitos integrados (IC), conectores de NEV, cables de contacto de trenes de alta velocidad y revestimientos de cámaras de combustión de cohetes requieren urgentemente un mejor rendimiento a altas temperaturas de estas aleaciones, lo que plantea un desafío de "cuello de botella".

**A. Ningún material cumple con los requisitos de diseño**
**Requisitos de rendimiento**: Alta resistencia, conductividad térmica, elongación, estabilidad térmica, resistencia a la irradiación de neutrones y baja retención de tritio.
**Punto débil**: Las temperaturas de servicio elevadas provocan reducciones drásticas en la resistencia, la tenacidad a la fractura y una deformación por fluencia grave, lo que no cumple con las necesidades de diseño de los componentes.

**B. Los productos existentes requieren actualizaciones**
**Necesidades de I+D**: Desarrollo de aleaciones de cobre con alta resistencia, conductividad térmica, estabilidad y resistencia a la fluencia a altas temperaturas.
**Punto débil**: El aumento de las corrientes en los conectores de NEV aumenta el calentamiento del material y las temperaturas de funcionamiento, lo que lleva a un deterioro del rendimiento de la aleación y a una deformación por fluencia, que no puede cumplir con las demandas de servicio.

**Demanda proyectada**: Se espera que la demanda nacional de aleaciones de cobre para conectores de NEV alcance las **291.000 toneladas métricas** para 2025, con una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 21,9% entre 2021 y 2025. Solo los conectores de NEV requerirán **247.000 toneladas métricas** de aleaciones de cobre para 2025.

**Requisitos**: La alta conductividad eléctrica y el rendimiento antienvejecimiento a altas temperaturas son fundamentales para garantizar un funcionamiento confiable, seguridad, una vida útil prolongada, eficiencia y reducción de costos.

**Proceso de Fundición para Aleaciones de Cobre Resistentes a Altas Temperaturas, de Alta Resistencia y Alta Conductividad**
**Clientes potenciales**: Divertores de reactores de fusión, cristalizadores de fundición continua, revestimientos de combustión de cohetes, conectores de NEV, marcos de plomo de IC y electrodos de soldadura por resistencia.

**Avances en I+D**: La aleación desarrollada aborda la necesidad urgente de materiales de disipación de calor de alto rendimiento en reactores de fusión y ofrece amplias aplicaciones en industrias como los cristalizadores, revestimientos de cohetes y NEV, con un importante potencial de mercado.

**Tecnologías centrales**:
1. Control preciso de la volatilización/pérdida de elementos mediante parámetros optimizados de fundición al vacío.
2. Procesamiento termomecánico adaptado a la composición para el control de la microestructura/rendimiento.
3. Diseño innovador de moldes de "múltiples coladeras" para mejorar el rendimiento.

**Ventajas de la optimización de la composición**
**Objetivo**: Lograr alta resistencia, conductividad eléctrica/térmica y plasticidad adecuada a altas temperaturas.
**Desafío**: Equilibrar la resistencia y la conductividad eléctrica/térmica.
**Solución**: Diseño de la composición y procesamiento termomecánico para impedir el movimiento de dislocaciones/límites de grano, garantizando una microestructura y un rendimiento estables a altas temperaturas.

**Innovaciones**:
1. **Elementos de aleación multifuncionales**: Alta solubilidad a altas temperaturas en cobre, precipitación a bajas temperaturas de fases de alto punto de fusión, energía de falla de apilamiento reducida (promoviendo el maclado).
2. **Acoplamiento de elementos**: Las adiciones combinadas de V y Ti forman fases Laves estables, mejorando el rendimiento a altas temperaturas y minimizando la pérdida de conductividad.
3. **Adiciones de óxidos de tierras raras**: Las interacciones multicomponente fortalecen, endurecen y purifican la aleación.
4. **Refinamiento de la segunda fase**: Las nanoprecipitaciones bimodales forman estructuras coherentes/semicoherentes con la matriz, bloqueando las dislocaciones; las fases Laves uniformemente distribuidas en los límites de grano impiden el movimiento de los granos.
5. **Límites de grano de baja Σ**: La introducción de límites de baja Σ (red de sitios coincidentes) mejora la maquinabilidad y la plasticidad.

**Se logra una mejora sinérgica de la resistencia a altas temperaturas y la conductividad térmica.**

**2.1 Aleación de Cobre Resistente a Altas Temperaturas, de Alta Resistencia y Alta Conductividad – CuCrZrTiV**
- **Rendimiento a altas temperaturas**: La temperatura de servicio supera a la de C18150 en 100 °C; la vida útil a 450 °C es 9 veces más larga.
- **Fragilidad a temperaturas medias resuelta**.
- **Excelente resistencia a la irradiación**: Después de la irradiación con iones de Cu de 3 dpa, solo se observaron tetraedros defectuosos de 5 nm y bucles de dislocación de 3,5 nm.
- **Tasa de fluencia a 450 °C/50 MPa: 2,89×10⁻¹⁰ s⁻¹; resistencia a la tracción a 450 °C: 371 MPa (14,6% de elongación); conductividad térmica >300 W/m·K; estabilidad térmica superior a la de IG-CuCrZr.**

Se discutieron aleaciones adicionales: CuCrZrHf (anti-fluencia) y CuHfSc (ultra-alta conductividad).

**Tecnologías centrales dominadas**
**Productos clave**: Aleaciones de cobre resistentes a altas temperaturas, de alta resistencia y alta conductividad.
**Validación**: Producción y prueba de lotes de 50 kg completadas; desplegadas en ITER y cristalizadores de fundición continua.

**Proceso de Metalurgia de Polvos para Aleaciones Resistentes a Altas Temperaturas**
**3.1 Aleación Cu-W de Ultra-Alta Resistencia**
- Resistencia a la tracción a temperatura ambiente ≥795 MPa; resistencia a 450 °C ≥289 MPa; temperatura de ablandamiento >1050 °C (cerca del punto de fusión del cobre); sin degradación de la dureza después de recocido a 700 °C/400 h.
**Innovación**: Se logró una resistencia récord (795 MPa) con una excelente estabilidad térmica.

**3.2 Aleación Ta-Series de Ultra-Alta Temperatura**
- La temperatura de ablandamiento de CuTaZrY supera en ≥200 °C a la de GlidCop-Al15 (línea de base).
**Mecanismo de estabilidad**: Las nanoprecipitaciones bimodales de envoltura-núcleo fijan los límites de grano y las dislocaciones.

**Conclusiones**
1. **Aleación CuCrZrTiV**: La resistencia a la tracción a 450 °C alcanza los 395 MPa (superando a IG-CuCrZr), con una temperatura de ablandamiento de 600 °C (200 °C más alta que la de IG-CuCrZr) y fragilidad a temperaturas medias resuelta.
2. **Aleación CuCrZrHf**: Equilibra la estabilidad térmica, la conductividad y la resistencia a la fluencia.
3. **Aleación CuHfSc**: Resistencia a temperatura ambiente de 623 MPa, conductividad del 95% IACS.
4. **Aleación Cu-W**: Resistencia de 795 MPa (la más alta reportada) con ductilidad y conductividad superiores a las de las aleaciones de cobre PM existentes.
5. **Aleación CuTaZrY**: La temperatura de ablandamiento más alta reportada (>1050 °C), 200 °C por encima de GlidCop-Al15, con alta resistencia y conductividad térmica.

**Consulte el Informe Especial de la 20ª Conferencia y Exposición de la Industria del Cobre CCIE-2025 SMM**