Медно титановый сплав

Когда слышишь 'медно-титановый сплав', первое что приходит - дорого и сложно. Но на практике это единственный вариант когда нужна теплопроводность меди и прочность титана одновременно. Многие ошибочно думают что это просто смесь двух металлов - на самом деле там целая наука с фазовыми переходами.

Что скрывается за термином

В наших экспериментах с медно-титановым сплавом главной проблемой всегда была хрупкость. Помню как в 2019 пробовали делать контакты для мощных силовых разъёмов - после термообработки появлялись микротрещины. Пришлось пересматривать весь цикл отжига.

Интересно что оптимальным оказался нестандартный режим: нагрев до 780°C с выдержкой 2 часа, потом медленное охлаждение до 450°C со скоростью 15°C/час. Но это для состава CuTi3 - с другими марками пришлось бы подбирать заново.

Кстати, многие забывают про коэффициент теплового расширения. У нас был случай когда сплав прекрасно работал в вакууме, но в нормальных условиях соединение разрушалось из-за несовпадения ТКР с медной основой.

Практические применения

Сейчас основной заказчик - электротехническая промышленность. Делаем контактные группы для выключателей которые должны выдерживать 10000 операций без заметного износа. Медно-титановый сплав здесь незаменим - обычная медь слишком мягкая, бронза не дает нужной электропроводности.

Особенно сложно было с прецизионными пружинами для реле. Требовалась стабильность характеристик при температурах до 300°C. После десятка проб остановились на CuTi4 с добавкой 0.3% Cr - правда пришлось полностью менять технологию прокатки.

На сайте ООО 'Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии' правильно указано что они работают с титано-медью - это как раз наш профиль. Сам покупал у них заготовки для экспериментов с покрытиями.

Технологические тонкости

Вакуумная плавка - только так получается избежать окисления титана. Но даже здесь есть нюансы: если перегреть выше 1350°C - титан начинает активно растворяться в меди, структура становится неоднородной.

Прокатка - отдельная история. Из-за высокой прочности приходится делать промежуточные отжиги после каждого прохода с обжатием не более 15%. Иначе лента просто рвется в клети.

Последнее время экспериментируем с комбинированной обработкой: холодная деформация + старение при 450°C. Прочность повышается на 15-20% но электропроводность падает. Нужно искать баланс.

Типичные ошибки при работе со сплавом

Самая частая - неправильный выбор марки. CuTi2 и CuTi5 хоть и относятся к медно-титановым сплавам, но ведут себя по-разному. Первый лучше для пайки, второй - для работы под нагрузкой.

Недавно был показательный случай: заказчик требовал твердость не менее 180 HV но при этом устойчивость к коррозии в морской воде. Пришлось объяснять что эти требования противоречивы - либо добавлять легирующие элементы что снизит проводимость, либо мириться с меньшей коррозионной стойкостью.

Еще одна проблема - сварка. Обычной аргонодуговой сваркой получаются хрупкие швы. Приходится использовать лазерную сварку с предварительным подогревом до 200°C.

Перспективы развития

Сейчас тестируем медно-титановый сплав с наноструктурированием - после специальной термомеханической обработки получаем зерно 0.5-1 мкм. Прочность возрастает в 1.5 раза но пока нестабильно - партия к партии разброс большой.

Интересное направление - композиты на основе меди с титановыми волокнами. Но здесь проблема с адгезией на границе фаз - без специальных покрытий титан не смачивается медью.

Если говорить о компании ООО 'Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии', то они как раз развивают направление медно-алюминиевых композитов - логично было бы следующий шаг сделать в сторону многокомпонентных сплавов с титаном.

Личные наблюдения

За 8 лет работы с медно-титановым сплавом понял главное - нельзя слепо следовать ГОСТам. Каждая плавка требует индивидуального подхода особенно по режимам термички. Даже от партии титана-сырца многое зависит.

Сейчас например пробуем добавлять микродозы редкоземельных элементов - церий или лантан по 0.01-0.03%. Структура становится мельче но пока неясно как это влияет на долговечность.

На практике часто приходится идти на компромиссы. Идеальный сплав где и прочность и проводимость на максимуме - недостижим. Но для конкретных применений можно подобрать оптимальный состав если понимать физику процессов.