Partage technique : Fabrication et applications des alliages de cuivre à haute température, haute résistance et haute conductivité [[Conférence SMM sur le cuivre]]

**Traduction française **:

Le 24 avril, lors du **CCIE-2025 SMM (20e) Congrès et Exposition de l'Industrie du Cuivre – Forum sur le Développement de Haute Qualité des Nouveaux Matériaux à Base de Cuivre**, co-organisé par **SMM Information & Technology Co., Ltd. (SMM)**, **SMM Metal Exchange Center** et **Shandong AIS Information Technology Co., Ltd.**, avec **Jiangxi Copper Corporation** et **Yingtan Port Holding Co., Ltd.** comme principaux sponsors, **Shandong Humon Smelting Co., Ltd.** comme co-organisateur spécial, et **Xinhuang Group** et **Zhongtiaoshan Nonferrous Metals Group Co., Ltd.** comme co-organisateurs, le **Prof. Chang Yongqin, directeur de thèse à l'Université des Sciences et Technologies de Pékin**, a partagé ses connaissances sur la fabrication et les applications des alliages de cuivre résistant aux hautes températures, à haute résistance et à haute conductivité.

**Défis et État Actuel de l'Industrie**
**Applications des Alliages de Cuivre à Haute Résistance et Haute Conductivité**
Les alliages de cuivre à haute résistance et haute conductivité combinent une grande résistance avec une excellente conductivité électrique/thermique. Ils sont principalement utilisés dans l'électronique, l'aviation, l'aérospatial, les véhicules électriques neufs (NEV), le train à grande vitesse, la transmission d'énergie et d'autres domaines.

**Défis et État Actuel de l'Industrie**
**Points Douloureux**: Les alliages de cuivre à haute résistance et haute conductivité existants sur le marché subissent des baisses importantes de résistance, de ténacité à la rupture et une déformation importante par fluage à haute température lorsque les températures de fonctionnement augmentent, ne répondant pas aux exigences de service.

**Besoins Critiques**: Les progrès rapides dans les dispositifs de fusion nucléaire, les lingotières de coulée continue, les cadres de plomb pour circuits intégrés (IC), les connecteurs pour NEV, les fils de contact pour train à grande vitesse et les revêtements de chambre de combustion de fusée nécessitent de manière urgente une amélioration des performances à haute température de ces alliages, posant un défi de «goulot d'étranglement».

**A. Aucun Matériau Ne Répond Aux Exigences de Conception**
**Exigences de Performance**: Haute résistance, conductivité thermique, allongement, stabilité thermique, résistance à l'irradiation neutronique et faible rétention de tritium.
**Point Douloureux**: Les températures de service élevées provoquent des réductions drastiques de la résistance, de la ténacité à la rupture et une déformation importante par fluage, ne répondant pas aux besoins de conception des composants.

**B. Les Produits Existants Nécessitent Des Améliorations**
**Besoins en R&D**: Développement d'alliages de cuivre à haute résistance, conductivité thermique, stabilité et résistance au fluage à température élevée.
**Point Douloureux**: Les courants croissants dans les connecteurs pour NEV augmentent le chauffage des matériaux et les températures de fonctionnement, entraînant une dégradation des performances de l'alliage et une déformation par fluage, qui ne peuvent pas répondre aux demandes de service.

**Demande Prévue**: La demande intérieure en alliages de cuivre pour connecteurs pour NEV devrait atteindre **291 000 tonnes métalliques** d'ici 2025, avec un TCAC de 21,9 % de 2021 à 2025. Les connecteurs pour NEV à eux seuls nécessiteront **247 000 tonnes métalliques** d'alliages de cuivre d'ici 2025.

**Exigences**: Une haute conductivité électrique et des performances anti-âge à haute température sont cruciales pour assurer un fonctionnement fiable, la sécurité, une durée de vie prolongée, l'efficacité et la réduction des coûts.

**Procédé de Fusion pour les Alliages de Cuivre Résistant aux Hautes Températures, à Haute Résistance et Haute Conductivité**
**Clients Potentiels**: Divertisseurs de réacteurs de fusion, lingotières de coulée continue, revêtements de chambre de combustion de fusée, connecteurs pour NEV, cadres de plomb pour IC et électrodes de soudage par résistance.

**Percées en R&D**: L'alliage développé répond au besoin urgent de matériaux de dissipateur thermique haute performance dans les réacteurs de fusion et offre de vastes applications dans des industries telles que les lingotières, les revêtements de fusée et les NEV, avec un important potentiel de marché.

**Technologies de Base**:
1. Contrôle précis de la volatilisation/perte des éléments via des paramètres optimisés de fusion sous vide.
2. Traitement thermomécanique adapté à la composition pour le contrôle de la microstructure/des performances.
3. Conception innovante de moule «à multiples colonnes de montée» pour améliorer le rendement.

**Avantages de l'Optimisation de la Composition**
**Objectif**: Atteindre une haute résistance, une conductivité électrique/thermique et une plasticité adéquate à température élevée.
**Défi**: Équilibrer la résistance et la conductivité électrique/thermique.
**Solution**: Conception de la composition et traitement thermomécanique pour entraver le mouvement des dislocations/des joints de grains, assurant une microstructure et des performances stables à haute température.

**Innovations**:
1. **Éléments d'alliage multifonctionnels**: Solubilité à haute température dans le cuivre, précipitation à basse température de phases à point de fusion élevé, réduction de l'énergie de défaut d'empilement (favorisant le maclage).
2. **Couplage d'éléments**: Les additions combinées de V et Ti forment des phases Laves stables, améliorant les performances à haute température tout en minimisant la perte de conductivité.
3. **Additions d'oxydes de terres rares**: Des interactions multicomposantes renforcent, durcissent et purifient l'alliage.
4. **Affinement de la deuxième phase**: Des nanoprécipités bimodaux forment des structures cohérentes/semi-cohérentes avec la matrice, bloquant les dislocations; des phases Laves uniformément distribuées aux joints de grains entravent le mouvement des grains.
5. **Joints de grains à faible Σ**: L'introduction de joints de grains à faible Σ (réseau de sites de coïncidence) améliore l'usinabilité et la plasticité.

**Amélioration synergique de la résistance à haute température et de la conductivité thermique obtenue.**

**2.1 Alliage de Cuivre Résistant aux Hautes Températures, à Haute Résistance et Haute Conductivité – CuCrZrTiV**
- **Performance à température élevée**: La température de service dépasse celle de C18150 de 100 °C; la durée de vie à 450 °C est 9 fois plus longue.
- **Fragilité à moyenne température résolue**.
- **Excellente résistance à l'irradiation**: Après irradiation par ions de Cu à 3 dpa, seuls des tétraèdres défectueux de 5 nm et des boucles de dislocations de 3,5 nm ont été observés.
- **Taux de fluage à 450 °C/50 MPa: 2,89×10⁻¹⁰ s⁻¹; résistance à la traction à 450 °C: 371 MPa (allongement de 14,6 %); conductivité thermique >300 W/m·K; stabilité thermique supérieure à celle de IG-CuCrZr.**

Autres alliages discutés: CuCrZrHf (anti-fluage) et CuHfSc (ultra-haute conductivité).

**Technologies de Base Maîtrisées**
**Produits Clés**: Alliages de cuivre résistant aux hautes températures, à haute résistance et haute conductivité.
**Validation**: Production et tests par lots de 50 kg terminés; déployés dans ITER et lingotières de coulée continue.

**Procédé de Métallurgie des Poudres pour les Alliages Résistant aux Hautes Températures**
**3.1 Alliage Cu-W Ultra-Résistant**
- Résistance à la traction à température ambiante ≥795 MPa; résistance à 450 °C ≥289 MPa; température de ramollissement >1050 °C (proche du point de fusion du cuivre); aucune dégradation de la dureté après recuit à 700 °C/400 h.
**Innovation**: Atteinte d'une résistance record (795 MPa) avec une excellente stabilité thermique.

**3.2 Alliage Ta-Série Ultra-Résistant à Haute Température**
- La température de ramollissement de CuTaZrY dépasse celle de GlidCop-Al15 de ≥200 °C.
**Mécanisme de Stabilité**: Des nanoprécipités bimodaux en coque-noyau fixent les joints de grains et les dislocations.

**Conclusions**
1. **Alliage CuCrZrTiV**: La résistance à la traction à 450 °C atteint 395 MPa (dépassant IG-CuCrZr), avec une température de ramollissement à 600 °C (200 °C plus élevée que IG-CuCrZr) et une fragilité à moyenne température résolue.
2. **Alliage CuCrZrHf**: Équilibre entre stabilité thermique, conductivité et résistance au fluage.
3. **Alliage CuHfSc**: Résistance à température ambiante de 623 MPa, conductivité de 95 % IACS.
4. **Alliage Cu-W**: Résistance de 795 MPa (la plus élevée rapportée) avec une ductilité et une conductivité supérieures à celles des alliages de cuivre PM existants.
5. **Alliage CuTaZrY**: Température de ramollissement la plus élevée rapportée (>1050 °C), 200 °C au-dessus de GlidCop-Al15, avec une haute résistance et une conductivité thermique.

**Consultez le Rapport Spécial du CCIE-2025 SMM (20e) Congrès et Exposition de l'Industrie du Cuivre**