2.1.1. 高温高导铜合金材料的应用要求兼顾强度和导电性
对于铜合金,强度和导电性能是此消彼长的一对矛盾体,一方面,掺杂合金元素有利于提高 铜合金的强度,另一方面,合金元素会使铜晶体结构产生缺陷,降低其导电能力。
结合实际应用场景,高强高导铜合金材料及制品的研发和生产需要满足强度高、导电性好、导热性好、耐磨、耐蚀、抗高温软化和抗应力松弛等性能要求,因此需要综合考虑材料成分设计、制造工艺路线、产品质量控制等多方面因素。目前,高强高导铜合金材料主流的生产工艺有真空感应熔炼工艺和气氛保护熔炼工艺两种。
2.1.2. 材料广泛应用于牵引电机、连接器等高端产品的生产
2.1.2.1. 城轨交通迅速发展,拉动牵引电机需求
高强高导铜合金材料是牵引电机端环和导条的优良使用材料。
牵引电机指铁路干线电力机车、工矿电力机车、电力传动内燃机车和各种电动车辆上用于牵引的电机,其端环和转子导条可实现电能和机械能的转换,要求制造用的铜合金材料具有高强度、高韧性、良好导电性、抗高温软化能力等性能。
城轨交通的迅速发展拉动牵引电机需求。
近年来,中国城轨交通不断发展,线路总长逐年增长。2021 年,中国内地已开通的城轨交通运营线路总长达 9,192.62 公里,四年期间复合增长率达 82.66%。
据《中长期铁路网规划(2016-2030 年)》,至 2025 年,我国铁路网规模将 达 17.5 万公里,覆盖范围进一步扩大。铁路建设迅速发展的背景下,预期包括牵引电机在 内的铁路设备装臵的需求将持续扩大。
2.1.2.2. 信息化和智能化水平提高,高端连接器市场需求增长
连接器中的接触件要求铜合金材料具备高强高导等优良性能。连接器又称接插件,用于两个 有源器件之间讯息和电流的传递。
接触件作为数据线连接器的基本构件之一,是连接器完成电连接功能的核心零件,要求合金材料具有良好导电性、低接触阻抗、高韧性、抗高温软化能力、抗腐蚀等性能。随着制造业信息化、智能化水平的逐步提高,连接器的性能要求不断提高,连接器市场规模不断扩大。
中国是全球最大的连接器市场,据中商研究院统计,2021 年,中国连接器市场规模达 1,815.13 亿元,占全球市场份额的31.4%,自 2017 年以来的年均复合增长率达8.94%。随着 5G、航空航天和新能源汽车的迅速发展,未来高端连接器的新能要求和需求将进一步增长。
2.2. 铜铬、铜钨:中高压电接触材料主流合金
2.2.1. 铜基材料是性能优良的主流中高压电接触材料
电接触材料是电器开关的核心组件和关键材料,负担接通、断开电路及负载电流的任务。
中高压电接触材料的应用电压环境大于1200V,要求材料具有低截流电流、高耐电压强度、高抗熔焊能力、高导电性、高导热性、低电侵蚀率等性质。
铜基材料是目前主流的中高压电接触材料,细分为应用于中压环境的铜铬材料和应用于高压环境的铜钨材料。目前,中高压电接触材料主流的生产工艺有真空熔铸法、真空自耗法、真空熔渗法和混分烧结法四种。
2.2.2. 发电量迅速增长,电接触材料需求增长空间巨大
中国是发电量增长迅速的用电大国。近年来,全球用电量不断增加,2021 年全球发电量 28,466.3 TWh,同比增长 5.87%。
中国作为经济发展迅速的用电大国,发电量增速高于全球平均水平,2021 年发电量 8,534.3 TWh,占全球发电量比重 29.98%,较 2020 年发电量同比增长 9.71%。