Bây giờ chúng ta đã hoàn thành việc phân loại hợp kim đồng, hãy cùng nói về xu hướng phát triển của hợp kim đồng:
1. Độ tinh khiết cao: Mục đích chính của độ tinh khiết cao là cải thiện tối đa khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt của vật liệu. Hàm lượng đồng trong đồng công nghiệp dao động từ 99,9% đến 99,95%, sau đó đến 99,99% (4N) hoặc thậm chí cao hơn, chẳng hạn như đồng siêu tinh khiết chứa 99,9999% (6N), và các yêu cầu về hàm lượng tạp chất cũng nghiêm ngặt hơn. Ví dụ, hàm lượng oxy (O) giảm từ 0.01% ~ 0.{{20}}5% xuống 0,001% ~ 0,006% và cuối cùng là 0,0002% ~ 0,0003%. Giảm thiểu tác động của tạp chất đến độ dẫn điện và dẫn nhiệt. Các ứng dụng tiêu biểu bao gồm đồng có độ tinh khiết cao dùng cho dây kết nối truyền dẫn mạng, đồng không oxy có độ tinh khiết cao dùng cho các thiết bị chân không điện, đồng đơn tinh thể và đồng siêu tinh khiết dùng cho dẫn hướng chính xác và truyền tín hiệu có độ trung thực cao và siêu dẫn, v.v.
So với đồng đa tinh thể, độ bền kéo của đồng đơn tinh thể giảm 24,71%, độ giãn dài tăng 2,39 lần, độ co ngót mặt cắt tăng 4,14 lần, điện trở suất giảm 31,7%, nhỏ hơn 1,72×10-8Ω·m, hàm lượng oxy nhỏ hơn 5×10-6, hàm lượng hydro nhỏ hơn 0...5×10-6 và mật độ lớn hơn 8,92t/m3.
Mặt khác của việc phát triển vật liệu hợp kim đồng theo hướng tinh khiết cao là nền hợp kim đồng phải được tinh khiết cao trong hợp kim đồng vi hợp kim để đảm bảo vật liệu có hiệu suất toàn diện cao hơn.
2. Hợp kim vi mô: Mục đích của hợp kim vi mô là hy sinh độ dẫn điện và dẫn nhiệt thấp nhất để đổi lấy các đặc tính khác, chẳng hạn như tăng đáng kể độ bền. Ví dụ, thêm khoảng 0,1% sắt (Fe), magiê (Mg), telua (Te), silic (Si), bạc (Ag), titan (Ti), crom (Cr) hoặc zirconi (Zr), các nguyên tố đất hiếm, v.v. có thể cải thiện độ bền, độ cứng, nhiệt độ làm mềm hoặc khả năng gia công. Đồng hợp kim vi mô là một trong những chủ đề nóng trong quá trình phát triển vật liệu hợp kim đồng hiện nay. Đồng bền oxy và hợp kim đồng có độ bền cao và độ dẫn điện cao là đồng hợp kim vi mô chính.
Khái niệm đồng gốc oxy là so với đồng không có oxy, hàm lượng đồng của nó cao hơn 99,9%, tương đương với đồng nguyên chất thông thường, nhưng hàm lượng oxy của nó được kiểm soát ở mức 0.005%~0,02% và độ dẫn điện có thể cao hơn 100%IACS. Điều này là do lượng oxy thích hợp đóng vai trò oxy hóa và hóa học nhất định đối với các nguyên tố tạp chất giữa các tinh thể, làm sạch ma trận ở một mức độ nhất định. Đặc điểm lớn nhất của sản xuất đồng gốc oxy là chi phí nguyên liệu thấp. Vật liệu phế thải đồng cấp thấp được sử dụng để sản xuất vật liệu đồng gốc oxy có độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao.
Hợp kim đồng có độ bền cao và độ dẫn điện cao đã được các nhà khoa học và công nghệ vật liệu trên toàn thế giới ưa chuộng vì hiệu suất toàn diện tốt của chúng. Chúng là loại hợp kim đồng phát triển nhanh nhất trong những năm gần đây. Các nguyên tố được bổ sung bằng phương pháp hợp kim hóa vi mô chủ yếu là: P, Fe, Cr, Zr, Ni, Si, Ag, Sn, Al, v.v. Các hệ hợp kim tiêu biểu chủ yếu là Cu-P, hệ thống Cu-Fe-P, hệ thống Cu-Ni-Si, Cu-Cr, hệ thống Cu-Cr-Zr, Cu-Ag, Cu-Ag–Cr, hệ thống Cu-Ag-Zr, hệ thống Cu-Sn, v.v., cũng như nhiều hệ hợp kim đất hiếm khác nhau. Tổng hàm lượng các thành phần khác trong hợp kim có thể đạt ít nhất 0.01%~0,1% và tối đa thường không quá 3%. Đặc điểm chung của chúng là vật liệu có độ bền cao và độ dẫn điện cao.
3. Hợp kim đa thành phần phức hợp: Để cải thiện hơn nữa độ bền, khả năng chống ăn mòn, khả năng chống mài mòn và các tính chất khác của đồng và hợp kim của nó, hoặc để đáp ứng một số yêu cầu ứng dụng đặc biệt, nhiều thành phần như năm thành phần và sáu thành phần được thêm vào đồng thau và đồng thau hiện có để đạt được các chức năng khác nhau như độ đàn hồi cao, khả năng chống mài mòn cao, khả năng chống ăn mòn cao và dễ cắt. Hợp kim đa thành phần (bốn thành phần trở lên) đã trở thành một chủ đề nóng khác trong quá trình phát triển hợp kim đồng và các hợp kim phức hợp mới đang xuất hiện trong một dòng bất tận. Các hợp kim tiêu biểu bao gồm đồng thau mangan đa thành phần, đồng thau silicon-mangan, đồng thau boron-thiếc, hợp kim đồng cắt tự do không chì, v.v. Đặc điểm chung của chúng là độ bền và độ dẻo dai cao, và độ bền kéo thường có thể đạt tới 600~70{{30}}MPa trở lên. Ví dụ, đồng thau mangan mới HMn59-2-1-0.5 (Cu: 58%~59%, Mn: 1,8%~2,2%, Al: 1,4%~1,7%, Fe: 0.36%~0.65%, Si: 0.6%~0.9%, Sn: 0.1%~0.4%, Pb: 0.3%~0.6%, phần còn lại là Zn) có độ bền ống điều khiển trên 6{{60}}0MPa, độ giãn dài trên 2{{70}}% và độ cứng HB trên 180. Đồng thau nhôm HAl64-5-4-2 (Cu: 63,5%~65,5%, Al: 4,5%~6,0%, Mn: 3,0%~5,0%, Fe: 2,0%~3,0%, Pb: 0,2%~1,0%, Zn còn lại), độ bền của nó đạt hơn 750MPa, độ cứng HB vượt quá 220. Đồng thau nhôm mới QAl9-5-1-1 (Cu: phần còn lại, Al: 8,0%~10,0%, Ni: 4,0%~6,0%, Mn: 0,5%~1,5%, Fe: 0,5%~1,5%), độ bền của nó là 650MPa, giới hạn chảy đạt 400MPa, độ giãn dài đạt hơn 14%. Những vật liệu này được dùng để sản xuất vành răng đồng bộ ô tô, cặp ma sát bơm áp suất cao hoặc miếng chêm đồng điện cực, và tuổi thọ của chúng cao hơn từ một đến nhiều lần so với đồng thau hoặc đồng đỏ thông thường.
Trong những năm gần đây, với sự nâng cao nhận thức của mọi người về môi trường, bảo vệ môi trường đã trở thành chủ đề phát triển của nền văn minh thế giới. Mọi người quan tâm nhiều hơn đến ảnh hưởng của các nguyên tố có hại như chì, berili, cadmium và asen. Sự phát triển của các vật liệu hợp kim đồng thân thiện với môi trường như đồng thau cắt tự do không chì, hợp kim đồng đàn hồi cao không berili và hợp kim đồng chống ăn mòn không asen đã trở thành một trong những hướng phát triển quan trọng của vật liệu hợp kim đồng.
4. Vật liệu composite: Có hai cách chính để chế tạo vật liệu hợp kim đồng: một là đưa các nguyên tố hợp kim vào để tăng cường ma trận đồng tạo thành hợp kim; cách khác là đưa pha tăng cường thứ hai vào để tạo thành vật liệu composite. Ví dụ, đồng không oxy tăng cường phân tán là vật liệu composite nhân tạo điển hình và các hạt phân tán thường được sử dụng bao gồm Al2O3, ZrO2, Y2O3, ThO2, v.v. Phương pháp vật liệu composite nhân tạo là phương pháp thêm các hạt pha thứ hai, râu hoặc sợi vào đồng một cách nhân tạo để tăng cường ma trận đồng và đưa các hạt oxit phân bố đồng đều, mịn và ổn định nhiệt vào ma trận đồng để tăng cường đồng để thu được vật liệu. Thành phần pha thứ hai thường dưới 1% hoặc thậm chí thấp hơn đến 0.01%, nhưng hiệu ứng tăng cường đối với vật liệu là rất rõ ràng, đặc biệt là cải thiện đáng kể độ bền nhiệt độ cao của vật liệu. Ví dụ, Cu-2.5%TiB2 (phần thể tích), độ dẫn điện là 76% LACS và độ bền kéo là 675MPa; Hợp kim sê-ri Cu-0.5%Al2O3 (phần khối lượng), cường độ hiệu ứng nhà kính của vật liệu có thể đạt tới 500~800MPa, độ dẫn điện có thể đạt tới hơn 85% LACS và cường độ của vật liệu sau khi đốt cháy hydro ở 900 độ vẫn đạt tới 200~400MPa.
Một loại khác đang phát triển nhanh chóng là vật liệu composite tại chỗ (vật liệu composite tự sinh). Vật liệu composite tại chỗ là loại vật liệu composite trong đó cốt liệu được tạo ra trong ma trận đồng thông qua phản ứng tỏa nhiệt giữa các nguyên tố hoặc giữa các nguyên tố và hợp chất. Các cốt liệu trong loại vật liệu composite này không bị nhiễm bẩn giao diện và có khả năng tương thích giao diện tốt với ma trận. So với vật liệu composite gia cường bên ngoài nhân tạo truyền thống, độ bền của chúng được cải thiện đáng kể, đồng thời vẫn duy trì độ dẻo dai tốt và hiệu suất nhiệt độ cao tốt. Ví dụ, vật liệu composite Cu-20%Nb (phần thể tích) có độ bền kéo cực cao, gần 2000Pa; Cu-18% (phần khối lượng) có độ dẫn điện là 66,6%LACS và độ bền kéo là 1450MPa. Các vật liệu composite khác như Cu-Fe và Cu-Ta cũng có độ bền nhiệt độ phòng cao và độ bền nhiệt độ cao, và độ bền của vật liệu thường có thể đạt tới 800~1500MPa.
