摘要：在现代工业和科技领域，对材料性能的要求越来越高，高强高导铜合金备受关注。Cu-Ag 合金虽有潜力，但也存在不足。元素掺杂能否成为提升其性能的 “魔法钥匙”？本文将深入剖析不同元素掺杂对 Cu-Ag 合金组织与性能的影响，为高性能合金设计提供新思路，一起来探索吧

导读

在现代工业和科技领域，对材料性能的要求越来越高，高强高导铜合金备受关注。Cu-Ag 合金虽有潜力，但也存在不足。元素掺杂能否成为提升其性能的 “魔法钥匙”？本文将深入剖析不同元素掺杂对 Cu-Ag 合金组织与性能的影响，为高性能合金设计提供新思路，一起来探索吧！

在当今工业、国民经济和科技领域，铜合金的身影无处不在，但技术的飞速发展对其性能提出了越来越高的要求 。就拿列车轨道接触导线来说，它不仅需要具备不低于 600MPa 的抗拉强度、不低于 180（HV）的硬度，还要保证电导率在 46.4MS/m 以上。集成电路中的引线框架铜合金材料，其性能标准也在持续攀升 。而在高磁场环境下的脉冲或水冷磁体领域，对铜合金磁体导体材料的性能要求更是严苛，当磁感应强度达到 100T 时，脉冲磁体产生的强大麦克斯韦力约为 4GPa，这就要求线圈的抗拉强度理论值不低于 4GPa。

为了满足这些特殊需求，高强高导铜合金成为研究热点。Cu-Ag 合金凭借自身优势，在众多铜合金中脱颖而出，但它也存在强度受 Ag 含量影响、成本较高等问题 。为了优化 Cu-Ag 合金性能，降低成本，近年来，向 Cu-Ag 合金中引入少量掺杂元素制备性能更优越的 Cu-Ag 系三元合金，成为材料研究领域的热门方向。

【内容来源】

《元素掺杂对高强高导 Cu-Ag 合金组织与性能影响进展》一文由杨霄、张林、王恩刚撰写。杨霄来自东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室和东北大学冶金学院，张林和王恩刚就职于东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室。文章发表于《#特种铸造及有色合金 》2025 年第 45 卷第 3 期。文章综述了添加 Fe、Cr、Zr、Nb 和 Sc 等元素对 Cu-Ag 合金组织和性能的影响，总结了不同合金体系的组织特点，以及添加元素作用下强度、硬度和电导率等性能的变化，并展望了 Cu-Ag 合金的发展前景。

【研究亮点】

全面梳理了多种元素掺杂对 Cu-Ag 合金组织与性能的影响，揭示了不同元素作用的内在机理；提出在保证导电性能的前提下提高合金强度的关键要点，为高性能 Cu-Ag 合金的设计和工艺优化提供了系统的理论参考；对未来研究方向的展望具有前瞻性，为后续科研工作指明了方向。

【研究方法】

文章通过广泛收集和整理大量的文献资料，对 Cu-Ag 合金及掺杂后的合金体系进行研究。作者从众多研究成果中筛选出有效信息，综合分析不同合金体系的组织特点、强化机制，以及添加元素后合金强度、硬度、电导率等性能的变化规律，从而总结出元素掺杂对 Cu-Ag 合金组织与性能影响的一般性结论。

【内容解读】

Cu-Ag 合金作为高强高导材料的优势和潜力

高强高导铜合金旨在解决普通铜合金强度低的问题。弥散强化是提高铜合金强度的常见方法，但采用添加氧化物颗粒的方式制备工序复杂，且氧化物颗粒延展性差 。Cu-Ag 合金采用传统铸造法制备，生产效率高。其以 Ag 作为第二相，具有相同滑移系，相界面对电子散射影响小，电导率高，且易于熔化铸造，塑性、韧性优良，应变硬化能力强 。不过，Ag 含量过高会增加成本，且影响增强效果；含量过低又限制力学性能提升，因此研究多围绕低 Ag 含量合金展开，并添加第 3 组元优化性能。

Cu-Ag 合金组织特点及强化机制

Cu-Ag 合金是典型的二元共晶合金，共晶温度为 779℃。当 Ag 含量在 3.00% - 7.96% 时，实际非平衡凝固组织除 α-Cu 相外，还有共晶体 。Ag 元素可通过固溶、共晶相或时效析出增强合金强度与硬度。Cu-Ag 合金常见强化机制包括固溶强化、析出强化、形变强化和细晶强化 。不同模型对其强度贡献进行了分析，且时效析出相的间距对合金强度十分重要，连续性析出相对基体强化作用更强。

掺杂元素对 Cu-Ag 系合金组织与性能影响

在 Cu 基体中形成金属增强相的掺杂元素，如 Fe、Cr、Nb 等，可提高合金强度，部分还能细化组织，但对电导率有不同影响。Cu-Ag-Fe 合金中，Fe 可细化组织、提高强度，但微量 Fe 会降低电导率 。Cu-Ag-Cr 合金中，Cr 增强固溶强化，促进 Ag 相析出转变，细化晶粒，提高合金力学性能，但固溶 Cr 原子会降低电导率 。Cu-Ag-Nb 合金中，Nb 对强度增幅大、对电导率影响小，但熔炼难度增加。

在 Cu 基体中生成金属间化合物颗粒的掺杂元素，如 Zr，可生成细小金属间化合物颗粒，促进连续性 Ag 析出相形成，抑制非连续性析出相，提高合金强度，且合金导电性较好。

稀土类掺杂元素，如 Sc、La、Ce 等，在 Cu 基合金中起净化、除杂和细化晶粒作用。Sc 抑制非连续性 Ag 相析出，促进连续性析出，提高合金强度和电导率 。La 促进初生 Ag 相生成，细化晶粒 。Ce 细化晶粒，提升合金软化温度和热强性 。混合稀土元素在低拉伸比提高合金强度，高拉伸比因应力集中降低强度。

图1Cu-26Ag和Cu-26Ag-0.1Fe复合材料在形变量ε为4.3下的TEM形貌图

图2450 ℃×2 h时效处理的Cu-6Ag和Cu-6Ag-0.4Cr合金的电子背散射衍射表征

图3非掺杂试样和掺杂试样（0.15%Sc）的DSC结果

图4连续性Ag析出相的形核和生长示意图

【总结与展望】

随着科技进步，高强高导铜合金在诸多领域中的需求日益增长，对其性能也提出了更高的要求。添加元素作为改善铜合金性能的有效手段，已成为当前研究的热点。特别是针对Cu-Ag合金体系，在提高强度的同时保持其优良的导电性能是合金设计与优化中的关键挑战。

系统总结了Cu-Ag二元合金及添加第三组元（如Fe、Cr、Zr、Nb、Sc、La和Ce等）的合金体系研究进展，分析了合金的组织特点和强化机制，以及添加各种元素影响Cu-Ag合金性能的内在机理。分析表明，这些添加元素可以通过形成金属强化相（如Fe、Cr、Nb）或化合物颗粒（Zr和稀土元素）来增强合金的强度和硬度。同时，一些元素（Zr、Sc、Cr）还能改变Ag的析出机制，通过促进Ag的连续性相的析出，进一步提升合金的力学性能。添加元素可在凝固过程中促进Cu枝晶形核，同时在再结晶过程中发挥晶界钉扎作用，从而细化Cu晶粒，有助于提高合金强度。然而，添加元素会对合金的导电性能不利，此情况下可通过适当的热处理工艺调整提高导电性。在保证导电性能的前提下有效提高合金的强度，是获得优异综合性能的关键。

未来，高强高导铜合金的研究应继续聚焦于添加元素的优化选择、合金成分的精细调控、加工工艺及热处理技术的改进等方面。同时，还应探索多种元素协同作用对合金性能的影响，以期在保持优良导电性能的基础上，进一步提升合金的力学性能。此外，随着产业化和规模化趋势的加剧，如何降低生产成本、提高材料利用率等问题也亟待解决。

【引用格式】

中文：杨霄，张林，王恩刚。元素掺杂对高强高导 Cu-Ag 合金组织与性能影响进展［J］. 特种铸造及有色合金，2025，45（3）：365-370.

英文：YANG X，ZHANG L，WANG E G. Progress in influence of element doping on microstructure and properties of high-strength and high-conductivity Cu-Ag alloys［J］. Special Casting & Nonferrous Alloys，2025，45（3）：365-370.

扩展阅读：欢迎登陆www.special-cast.com，阅读、下载、引用《特种铸造及有色合金》期刊上发表的论文。

编辑/排版：江姗

校对：刘晨辉

审核：张正贺

来源：特铸杂志