航天超微距连接器用铍铜合金丝的制备与应用.docxVIP

航天超微距连接器用铍铜合金丝的制备与应用 打开文本图片集 超微距高可靠性连接器是现代航天、航空电器中重要电子器件，接触件是连接器完成电连接功能的核心部件，是由高强高弹铍铜合金材料加工而成，目前此类材料主要依靠进口美国、日本。据统计，目前国内军用各种连接器市场规模大概100亿元，其中航天航空占了30%左右，市场空间大。本文主要探讨超微距连接器用铍铜合金丝材制备加工热处理过程的生产瓶颈问题，突破合金材料生产过程中熔体洁净化及锭坯缺陷控制、细晶均质化调控、超细合金丝材的连续化制备加工技术共性技术，实现高品质铍铜合金材料的稳定化和自主化生产，产品性能与国外同类产品性能相媲美，对于提高现有产品技术水平、打破进口依赖，提升航空航天用铜合金产品的自主保障能力具有重要的实际意义。 1.国内外研究现状和发展趋势 铍铜合金是一种时效析出强化的合金，经固溶时效处理后具有高的强度、硬度、弹性极限，并且稳定性好，具有耐蚀、耐磨、耐疲劳、耐低温、无磁性、导电导热性好、冲击时不会产生火花等一系列优点，被誉为“有色弹性材料之王”。可以广泛用于电子电器、通讯仪器、航空航天、石油化工、冶金矿山、汽车家电、机械制造等多种领域，已成为国民经济建设中不可缺少的重要工业材料。 由于铍铜合金中铍含量大于1.5%时，具有高的强度、硬度、弹性极限，弹滞后性小，耐蚀、耐磨、耐疲劳、耐低温、无磁性等优点，能广泛地应用于宇航中可靠连接器、航空航天中的高强弹簧垫片等领域。特别随着近十年我国航天航空事业的快速发展，圆形、矩形、超微距等各种形状尺寸的连接器在航天航空仪器仪表、电子设备中得到广泛的应用，如下图1所示。接触件是连接器完成电连接功能的核心部件，对合金材料的强度、导电、弹性极限、耐蚀、抗应力松弛等性能提出了严格的要求。目前，接触件一般由黄铜、磷青铜材料制成，但高可靠性、高稳定性的连接器必须用铍铜合金材料制成。由表1中几种合金材料的综合性能可知，铍铜合金材料相对于黄铜、磷青铜合金具有无可替代的优良综合性能。目前，航天航空领域的连接器接触件材料均使用铍铜合金。 图1 各种形状尺寸的连接器 表1 各种弹性铜合金材料综合性能表 我国按GJB598、GJB599等国军标生产用于航天、航空领域的高可靠军用电连接器，广泛选用进口C*****或国产铍铜QBe2铍铜丝、棒或带材，制作接触可靠性要求较髙的电连接器弹性接触件，通常是加工成形后进行时效硬化处理，获得所需的综合物理特性。弹性接触件按截面形状可分为圆形和方形两类。圆形插孔选用铍铜棒或丝材经自动或半自动机床车削加工而成。通常车制圆形插孔是釆用打孔、劈槽、收口（或收口后劈槽）， 使之具有弹性。劈槽有侧开槽、直开槽等型式。目前越来越多的电连接器正在用一次成形工艺代替过去单工序切削加工，采用一次成形加工插（孔），可在一台设备上加工成形，装夹次数少，加工精度和生产效率均相应提高。 但随着连接器向着高可靠性、高密度、小型化方向发展，对接触件及其材料提出更高的要求。目前我国航天、航空电连接器企业研制生产的超微矩形电连接器，如图2所示，俗称绞线式插针是该连接器的关键部件，其性能特点决定了超微矩形电连接器的可靠性。铍铜合金丝材作为绞线式插针的关键首选原材料，丝材尺寸和机械物理性能的稳定性直接决定着绞线式插针尺寸大小和使用稳定性和可靠性。贵州航天电器是中国绞股式插针连接器的主导研发单位及生产商，2021年的产值达到了23亿元，近几年以25%的速度在稳步增长，为中国的航天、航空工业发展作出了很大的贡献。 航空航天用超微距形电连接器在产品可靠性、重量等级上有严格的要求。因此，该在满足传输性能指标要求的情况下，接触件重量轻、尺寸小、体积小是航空航天用超微距矩形电连接器重要的发展方向。这就要求所用到的高强度铜合金弹性材料具有优异的机械性能，并保持良好的导电性。目前国产导体材料尚不能满足航空航天级接触件的要求，芯线导体材料大量依赖进口，致使该材料的制备和应用研究基础薄弱，材料的应用性评价缺乏。 随着航空航天器中电子元件数量和质量要求的不断提高，向这些电子元件传输电力和信号的连接器也向着高可靠性、轻质、耐腐蚀的方向发展，且需求量日益增加。这些性能特点决定了该类元器件在制备工艺及材料选择方面具有较高的要求。多年来，我国在该领域研究和生产力量薄弱，致使目前國内尚无该产品的自主生产能力，连接器接触件材料都大量进口美国和日本，由此引发的高成本和供给不确定情况十分严峻。 2. 铍铜丝材制备的难点及采取的措施 ① 高性能铍铜合金成分优化设计 拟选择高强高弹型Cu-Be系合金为研究对象。Be元素的含量将直接决定合金的综合性能。选择的Be含量为1.5-2.2wt%。铍铜中除了B