本刊记者 张小红｜文

中南大学副校长周科朝曾说，将铜、铁这两种古老的金属结合在一起，有望焕发新的生机并将产生新的广泛的应用，铜铁合金材料将带来一代材料应用的技术革命。“铜铁合金”将如何颠覆材料应用现状甚至引发技术革命？为什么这种新材料值得关注？带着诸多疑问，近日，记者采访了相关单位。

国家大力发展新基建，对很多新材料而言，是十分难得的机遇。近几年备受关注的一种新材料——铜铁合金，自带优势明显、应用前景广阔，且我国在该领域的相关技术在国际上已处于领先地位，使其未来发展被普遍看好。中南大学副校长周科朝曾说，将铜、铁这两种古老的金属结合在一起，有望焕发新的生机并将产生新的广泛的应用，铜铁合金材料将带来一代材料应用的技术革命。

“铜铁合金”将如何颠覆材料应用现状甚至引发技术革命？国内有哪些单位、企业已投身于此？他们做出了哪些贡献？当前时代背景、社会及生产环境对发展“铜铁合金”新材料有什么利弊？为什么这种新材料值得关注？带着诸多疑问，近日，记者采访了相关单位。

不同铁含量铜铁合金金相组织

抓住时代机遇 “铜铁合金”引发关注

业内连续举办的两次专业研讨会议，使“铜铁合金”逐渐进入大众视线。特别是两次会议的宣传标题，“铜铁合金，大有作为”“铜铁合金，扬帆起航”，醒目又贴切，不仅点明了会议宗旨，也很好地诠释出了当前市场对“铜铁合金”新材料的关注与期待。

从工信部的相关举措和行业协会对该新材料技术研发的肯定中，我们能感受到这份关注。

2020年，工信部委托中国有色金属工业协会开展扩大铜高端材料消费策略研究，经多次研讨，选择以铜铁合金和铜水管为切入点，打造典型示范应用，挖掘铜合金消费潜力。同年，工信部还对新材料应用开展了首批次应用保险补偿机制工作，以此拓展产品新应用领域，工信部提出倡议和鼓励：“希望通过研讨会的契机，上下游扩大合作，共同提升铜铁合金材料发展水平，为我国有色金属工业建设做出贡献。”

2020年中国铜加工产业年度大会上，在总结中国铜加工产业发展新势头时，中国有色金属工业协会党委书记葛红林表示，铜加工行业科技成果不断涌现，产业化进程加快，铜铁合金技术研发已经走在了世界前列。这些肯定的话语给与会的相关企业带来了更大的信心与决心。

关注来自国家，更来自企业。据中国有色金属加工工业协会介绍，目前在“铜铁合金”新材料研发和生产领域比较活跃的企业、科研机构主要有陕西斯瑞新材料股份有限公司（以下简称“陕西斯瑞”）、宁波金田铜业（集团）股份有限公司（以下简称“宁波金田铜业”）、中色奥博特铜铝业有限公司（以下简称“中色奥博特”）、中铜华中铜业有限公司、中南大学、大连理工大学等。

这些企业和科研机构不仅发挥各自所长，组成专门的攻关团队，在不同的细分领域深耕钻研，实现突破，填补了多项行业空白，而且，他们之间还积极开展联合科技攻关和知识产权分析、研判、申报及保护等工作，定期举行针对铜铁合金制备技术、应用场景等的交流研讨会，针对相关规格产品的工程研究，企业也及时提供专有的档期和最先进的装备进行工程化实验，确保攻关成功。

将关注变成行动 行业取得多项突破

以当前对铜铁合金新材料产品的研究成果看，国内企业各有所长、各有所获。

陕西斯瑞专门成立了由董事长王文斌为带头人共计12人的铜铁合金研发团队，在铜铁合金的原料选材、成分配比、熔炼特性、凝固特性、塑性变形等方面进行了深入的研究，突破了铜铁合金工业化生产的技术瓶颈。具体地说，陕西斯瑞在铜铁中间合金的制备、高铁含量铜铁合金半连续铸造坯锭的产业化生产方面取得了实质性突破，已经能够批量地供应各种规格和各种铁含量的铜铁中间合金、铜铁合金大规格坯锭等。

宁波金田铜业最大的贡献是率先突破了产业化坯料的中间合金和熔铸技术瓶颈，能够向用户提供需求产品，并率先投入“粉末冶金+压延加工”全新工艺技术的开发。具体地说，宁波金田铜业在部分区间铁含量的铜铁合金水平连铸、铜铁合金带材和线材的产业化制备技术、高铁含量铜铁合金板带粉末轧制技术等方面取得了突破，可以进行批量供货。

中色奥博特在部分区间铁含量的铜铁合金的箔材产业化制备技术方面取得了实质性突破，可以批量生产12μm级以下厚度的铜铁合金箔材，为合金在OLED、5G通信等领域的应用打下了坚实的基础。

与此同时，从2016年陆续开展科研工作以来，这些企业与国内外相关用户及潜在用户均进行了广泛的沟通和接触，为合金的产业化制备奠定了技术和市场基础。

科研机构则更多在理论研究方面发力，中南大学等在铜铁合金的中间合金制备技术、铜铁合金形变热处理技术、铜铁合金的微观组织结构和力学物理性能之间的关联关系等方面，进行了系统深入的研究，同时，在线径20μm以内的部分区间铁含量的铜铁合金超细丝的制备技术和铜铁合金超细粉末制备技术方面取得了实质性的突破；开展了相关合金电磁屏蔽和医学特性的研究工作，为合金在高保真、宽频电磁屏蔽、生物医学、电子通信和热管理系统等的应用奠定了基础。

“可以这样说，宁波金田铜业、陕西斯瑞是国内高铁含量铜铁合金材料产品开发的先行者，中南大学是基础研究的合作者。他们看好这种新材料的潜力与前景，达成共识要把它作为‘一项事业’来做，为此，于2020年年初成立了‘紧密合作推动体’，不惜资金和人力的投入，除了日常研究，还积极通过举办研讨会、参加展览会等方式，推广铜铁合金新材料。”采访时，中国有色金属加工工业协会副理事长、秘书长章吉林告诉记者。他还补充道：“企业和科研机构在铜铁合金新材料的研发、制造、市场推广等方面做了大量工作，在他们的努力下，无论是在理论研究方面，行业标准、专利申请方面，还是在熔炼技术、轧制成型技术、拉拔技术、制粉技术等方面，近年来均取得了明显的进步。”

参观宁波金田铜板带生产现场

宁波金田铜板带生产现场

铜铁合金具有独特“魅力”

高铁含量铜铁合金是以铜为基添加铁元素的铜合金体系，以一定比例构成的铜铁合金，兼备铜的高导电率、导热率和铁的高导磁率，是一种典型的结构功能一体化的复合材料。

铜铁合金的优势不胜枚举，从产品性能看，它具有优异的机械性能、导电导热性能和电磁屏蔽性能。如，经测试CuFe10的导电性能是现锡磷青铜的4倍、力学性能也高于现锡磷青铜，其具有广泛替代老体系铜合金的潜质。特别是它的宽频谱的高效电磁屏蔽性能，是其他铜合金无法比拟的。在全世界范围内，汽车、PC、电气电子机器、产业机械、机器人控制设备等高端装备因电磁场影响而产生的很多问题和故障，铜铁合金可以很容易解决。另有最新研究成果揭示，由于铜铁合金特殊的电化学特性，其还具有优异的抑菌和杀毒功能。

从生产成本看，铁在金属原料中是目前最易获得和最廉价的产品，在当前铜合金体系中高铁含量铜铁合金的原料成本是相对较低的。从生产环节看，铁的添加不会产生有害物质，回收利用时同样不存在有害物质。

基于上述性能优点，专家分析，铜铁合金产品具有巨大的应用前景。如铜铁板带可用于5G手机散热板、屏蔽罩、大尺寸OLED背板材料、大尺寸LED显示屏散热板（在日本已经应用）、电连接器接插件、无线充电线路板、空调冷凝管等；铜铁合金杆、棒、线、丝材可用于电磁屏蔽线、高保真音频线、无人机高速电机用电磁屏蔽电线、高压电缆线、机器人通讯控制线、射频线、编织电磁屏蔽网/带、海水养殖网箱、焊接丝材等；铜铁合金粉末可用于刹车片、吸波屏蔽涂料、3D打印，医用抗菌（如糖尿病伤口愈合）等；铜铁合金在三相异步电机、注塑模具、电火花加工、电烙铁头、电工触头等方面也具有潜在的应用前景。

铜铁球形粉微观形貌

铜铁片状粉微观形貌

铜铁合金丝

铜铁合金粉

陕西斯瑞精加工生产车间

从实验室到工业化生产的“一步之遥”走了数十年

在过去近百年的研究开发过程中，虽然人们发现了铜铁合金具有多种优异性能且应用前景广阔，但由于铜与铁的兼容性差，液态的铜和铁有互不相溶的分离现象，铜铁合金被称为金属材料中的“油”和“水”，因此，一直未能生产出具有真正使用价值的铜铁合金。然而，世界各地的学者并未停止对铜铁合金研究的脚步。

世界上对铜铁合金研究最多的是在日本，已有超过30年的研究经验，主要集中在合金的制备技术和市场应用方面，如新能源汽车配件，活塞头、电子控制箱电磁屏蔽材料，刹车盘等；新型医疗机器制造，屏蔽箱体、屏蔽室、卫生服等；新一代电子通信领域，通信基站的屏蔽材，热扩散材料、连接器等；以及各类航空航天用电磁屏蔽线，船舶螺旋桨修理用焊条，散热模具，放电加工线材等领域。但一直以来，铜铁合金的工业化生产并未真正实现。

国内对铜铁合金的研究起步较晚，最初主要集中在大学院校，如大连铁道学院对Cu-20%Fe原位复合材料的研究，重庆理工大学对高强高导Cu-Fe合金的研究进展，上海理工大学对不同成分铜铁合金组织与性能变化研究，浙江大学对铜铁合金均匀化热处理的研究，中南大学对铜铁合金制造、组织性能演变的研究等等，大多停留在实验室阶段。

直到有了企业的积极参与后，铜铁合金的命运才发生真正的改变。

陕西斯瑞自2016年开始调研铜铁合金，到2018年采用真空自耗电弧熔炼工艺成功制备出CuFe50合金，实现了铜铁合金的工业化生产；到2019年，实现非真空下引半连续铸造CuFe5合金圆锭、扁锭，随后轧制出0.1mm、0.2mm的CuFe5合金板带；再到2020年，与中色奥博特合作，成功制备出20μm、16μm、12μm的CuFe5合金箔材。目前，在铜铁合金的理论研究、生产制备方面，陕西斯瑞都走在了世界前列，它也成功让铜铁合金材料成为国内为数不多可以领跑全球的一种新材料。而且，陕西斯瑞生产的各种铜铁合金杆、棒、线、粉、板带、异型零件等相关产品已出口日本、韩国市场。

宁波金田铜业对国外高铁含量铜铁合金的研究进行跟踪至今已有10余年，从2016年初开始和日本的研究专家进行交流合作，近年来持续加强技术研发投入，成立了专门的研发团队开展试验研究工作，推进技术创新及成果转化。他们主要关注铜铁中间合金熔铸技术的预研和能满足生产用铸坯技术的预研。2018年，公司应国外用户的需求和合作邀请，开始进行产品研发。至2019年，宁波金田铜业先后成功开发并能小批量供应以下三种产品：高质量的铜铁50%的母合金产品；5%铁含量的0.2mm带材、0.07mm细线材和8×0.5mm管材；10%铁含量的2mm棒材。同年，公司还引进了乌克兰国家科学院院士团队，采用“粉末冶金+压延加工”的创新技术思路进行10%～40%铁含量的高质量产品研发，这属于行业首创。

中色奥博特充分发挥自身拥有的高精度铜合金箔材加工技术优势，本着以市场为导向、以科技创新为引领的思路，以留日回国的著名铜加工专家、中国有色矿业集团有限公司首席科学家佟庆平博士为首，组建了铜铁合金箔加工技术开发团队，并投入公司最优秀的技术力量，使得铜铁合金箔材的加工技术在短时间内取得了突破性进展。2020年，公司在完成批量生产厚度0.1mm以上的各种铜铁合金带材的基础上，仅用短短3个月时间，又在世界上首次成功生产出厚度分别为20μm、16μm、12μm的铜铁合金箔材（CuFe5），为铜铁合金的应用提供了更为广阔的空间。

“铜铁合金”的未来

对于铜铁合金的未来发展，记者在采访时感受到，大家的想法基本一致，铜铁合金新材料前景广阔，现已拥有世界领先的技术，但在应用领域还需要下大力气研发、推广。当前我国正面临解决基础材料“卡脖子”问题，打通国内产业供应链，构建以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进发展格局的新形势，对于铜铁合金新材料的研究开发及产业化应用，将是千载难逢的机遇。

中南大学材料学院院长李周告诉记者，当前，我国铜铁合金的产业化制备技术，特别是铜铁中间合金、铜铁合金板带箔材、铜铁合金棒线和超细丝材的制备加工处于国际领先水平，对其相关机理的研究走在前列，相关知识产权的申报工作已经取得显著进展。但是，目前针对该合金的应用研究主要是日本和韩国的企业，国内高校和生产企业在材料的服役性能研究和合金推广应用方面还存在很大差距，需要下大力气。他认为高校和研究院所能针对铜铁合金的短流程制备技术、特殊的物理特性和抑菌性能等方面开展系统和深入的研究；同时，基于铜铁合金特殊的综合性能，开展不同场景下的应用研究。

陕西斯瑞董事长王文斌表示，当前环境对铜铁合金发展是一个非常好的机遇，因为国家在不断地提出国产化，说明还有很多材料在依赖进口，“跟跑”国外，而铜铁合金是那为数不多可以“领跑”的一种新材料，正因如此，今后需要投入更大的人力物力去研究，去保持这一领先。他认为铜铁合金未来的发展方向主要是应用研究，如新基建领域、新一代通讯电子领域、各类航空航天用电磁屏蔽领域的应用等。对于陕西斯瑞而言，未来他们将在生产制造、市场研究、标准化建设等方面着力，投入更先进的制造设备和制备工艺，实现铜铁合金高纯度、高一致性、高均匀性以及低成本制造。目前企业已获得6项铜铁合金专利，并向国标委提交了铜铁合金铸锭、铜铁合金板带、铜铁合金棒线行业标准文件，今后在知识产权保护方面还将不断加强研究。

宁波金田铜业公司高级副总裁郑敦认为，高铁含量铜铁合金材料是一个新体系，国外特别是日本从可见的报道中发现就有20多家研究机构在从事相关研究，特别是在电磁屏蔽性、传导散热性、焊接性、抑菌性等研究领域拥有众多成果，而我国在这方面几乎空白。现在我们在材料产业化领域的突破只是万里长征的第一个里程碑，对其研究和应用还需要大量的工作和投入，“大家肩负重要的历史使命。” 郑敦向记者透露，他们计划在宁波金田铜业、陕西斯瑞，中南大学等“紧密合作推动体”的基础上，吸引更多的应用企业、生产企业、研究单位等加盟，重点在屏蔽、引线框架、焊接材料等的应用上理清需求，制定目标计划，分工合作提升研发效率。他同时建议媒体通过对该材料专业而富有深度的报道，引起国内广泛的应用领域专业人士对该材料的兴趣，进而促成“用、产、研、学、政”更广泛的研发联盟和政府政策、项目（资金）等的支持，为推动我国科学技术进步做出应有的贡献。

在业内连续举办的两次专业研讨会上，很多下游企业也表示出对铜铁合金新材料的期待。苏州岩谷金属有限公司总经理小野田健表示十分关注铜铁合金新材料的进展，希望其能尽快在新能源、电池等领域得到应用。西安飞机工业（集团）亨通航空电子有限公司经理余小葵希望能尽快使铜铁合金新材料应用于大电流电缆、特种车辆生产等领域，并早日实现国产化替代。湖南大学副教授黄智文讲述了土木工程上电涡流调向阻尼器、超高层超大跨度桥梁上对铜铁合金新材料的需求应用。深圳市斯莱特实业有限公司总经理刘智勇提出尝试将铜铁合金材料应用于光机电一体微型马达中，替代原先的SPCC材料（冲压+电镀）的想法。

陕西斯瑞、金田铜业、中南大学曾在一次宣传时，贴出标语“放飞合作情怀，共创铜铁新材”，表达了三家单位携手迈向世界的决心。事实上，以铜铁合金新材料为契机，早日实现铜加工技术与世界同行从“并跑”到“领跑”的目标，不仅是三家单位的心愿，更是整个中国铜加工业的心愿！