2025终极窗口：太空新基建时代不可缺席的两种铜合金增材技术
发布时间：
2025-08-22 11:32
中国商业航天在2025年迎来“技术突破”和“规模爆发”的双重拐点，标志着太空新基建时代的到了。继镍基高温合金与钛合金之后，第三个金属材料增材制造窗口已经打开，这就是以CuCrNb与CuCrZr为代表的铜合金粉末增材制造。
一、大背景
2020年与太空相关的信息基础设施被正式确立为国家新基建的重要组成部分，是“太空新基建”概念在国家战略层面的关键起点。2025年中国航天日“太空新基建”成为热点话题。
图1.Landspace授权用图
我国的增材制造产业正是伴随着航天、航空事业的发展从起步到发展壮大的。C919、歼20、神舟飞船、天宫空间站，都见证了增材制造的价值与贡献。而如今，紧随这些国字号项目
的民营航天已经是遍地开花。
朱雀三号、天龙三号、引力二号、双曲线三号、智神星一号等一批新型号商业火箭将按计划迎来首发；中国版“星链”计划千帆星座、GW星座等持续升空；海南商业航天发射场进入常态化发射阶段并建设二期工程. 中国商业航天市场规模今年将突破2.5万亿元。
图2.Landspace授权用图
商业化、高性能、可回收等市场需求驱动下，航天、航空金属材料的新突破必将到来。铜合金粉末研发与生产技术趋向成熟，铜合金增材制造设备替代了进口，铜合金及多金属3D打印发动机已经上天……高导电高耐热铜合金CuCrNb与CuCrZr增材制造产业链正在形成。
二、CuCrNb合金粉末性能与用途
CuCrNb合金主要用于高温高强度导电场景，例如火箭发动机燃烧室、聚变反应堆等。由于生产难度大、国外技术封锁，目前国内仅有少数企业能够生产高质量的CuCrNb合金粉末。等效替代产品包括Cu-8Cr-4Nb、Cu-4Cr-2Nb、Cu-2Cr-1Nb。
Cu-4Cr-2Nb是一种高导电性、高强度、弥散强化的铜合金，可承受500°C-800℃的工作温度。等效牌号GRCop-42。
图3.Cu-4Cr-2Nb粉末形貌
图4.Cu-4Cr-2Nb粉末粉末剖面形貌
图5. Cu-4Cr-2Nb粉末形貌
表1.Cu-4Cr-2Nb粉末样品成分
| Wt.% |
Cu-4Cr-2Nb |
| Cu |
Bal. |
| Cr |
3.27 |
| Nb |
2.93 |
| Fe |
＜0.01 |
| Ni |
＜0.01 |
| O |
0.039 |
| N |
＜0.005 |
| C |
＜0.005 |
| H |
＜0.001 |
| S |
＜0.002 |
表2.Cu-4Cr-2Nb粉末密度与流动性
| 15-53μm |
松装密度 g/cm3 |
振实密度 g/cm3 |
霍尔流速 s/50g |
| Cu-4Cr-2Nb |
4.6 |
5.5 |
17.0 |
Cu-4Cr-2Nb的增材制造方式包括：MIM、BJ、LPBF、EPBF、DED、CS等。
表3. LPBF打印Cu-4Cr-2Nb室温拉伸性能
| 试样 |
方向 |
Rp0.2 Mpa |
Rm Mpa |
A % |
| 打印态 |
H |
365 |
562 |
18.5 |
| H |
364 |
563 |
22.5 |
|
| S |
326 |
560 |
25 |
|
| S |
320 |
555 |
25 |
|
| H |
192 |
389 |
33.3 |
|
| H |
194 |
391 |
33.4 |
|
| S |
178 |
360 |
36.3 |
|
| S |
179 |
366 |
35.4 |
Cu-4Cr-2Nb一些应用不需要热处理。在一些需要高导热应用场景，可以通过热处理满足应用。LPBF打印件参考热处理工艺： 950°C /3h/100 Mpa热等静压。
表4. LPBF打印Cu-4Cr-2Nb热等静压后导热系数
| 测试温度 |
导热系数 |
| 25℃ |
320 W/mK |
| 260℃ |
310 W/mK |
| 540℃ |
306 W/mK |
注：图3、图4、图5、表1、表2、表3、表4皆由辽宁冠达新材料科技有限公司提供，未经允许不可他用。
三、CuCrZr合金粉末性能与用途
CuCrZr合金也是制造火箭发动机的一种重要材料，并可应用于涡轮叶片、刹车盘组件及新能源汽车电机转子/定子，电器接插件、电子散热器、模具等场景。适用于300-500℃工作环境。等效牌号C18150、CW106C、2.1293、CuCr1Zr
图6.CuCrZr粉末微观形貌
表5.CuCrZr粉末样品成分
| Cu |
Cr |
Zr |
O |
C |
N |
S |
| Bal. |
0.99 |
0.093 |
0.035 |
0.0063 |
＜0.001 |
＜0.001 |
表6.CuCrZr粉末密度与流动性
| 15-53μm |
松装密度 g/cm3 |
振实密度 g/cm3 |
霍尔流速 s/50g |
| CuCrZr |
4.40 |
5.16 |
18.5 |
Cu-4Cr-2Nb的增材制造方式包括：MIM、BJ、LPBF、EPBF、DED、CS等。
与Cu-4Cr-2Nb不同， CuCrZr几乎所有应用都需要热处理。LPBF打印件参考热处理工艺：
电导率优先（方案1）：低温退火（700°C/3h）+500°C时效3小时
电导率优先（方案2）：550摄氏度直接时效3小时；
拉伸性能优先（方案3）： 490°C直接时效1小时。
表7. LPBF打印CuCrZr室温拉伸性能
| 试样 |
方向 |
Rp0.2 Mpa |
Rm Mpa |
A % |
| 方案2 |
H |
258 |
412 |
32 |
| H |
257 |
408 |
31 |
|
| S |
237 |
360 |
36 |
|
| S |
234 |
355 |
35 |
|
| 方案3 |
H |
530 |
601 |
23 |
| H |
523 |
590 |
22 |
|
| S |
498 |
541 |
19 |
|
| S |
495 |
540 |
18 |
表8. LPBF打印CuCrZr热处理后电导率和导热系数（室温）
|
|
电导率 |
导热系数 |
| 方案1 |
93 %IACS |
330W/mK |
| 方案2 |
88 %IACS |
|
| 方案3 |
78 %IACS |
|
四、粘结剂喷射（BJ）制造CuCrZr性能
BJ选用0-18μm的CuCrZr粉末，然后在1068°C烧结，然后在980°C/3h/水淬固溶热处理，最后在480°C/5h/炉冷时效处理。
表9. BJ打印CuCrZr热处理后性能（室温）
| 密度 g/cm3 |
Rp0.2 Mpa |
Rm Mpa |
El % |
导热系数 W/mK |
| 8.9 |
257 |
365 |
28 |
325 |
注：图6、表5、表6、表7、表8、表9皆由辽宁冠达新材料科技有限公司提供，未经允许不可他用。
如何选对材料
辽宁冠达新材料科技有限公司副总经理孙平生介绍，Cu-4Cr-2Nb与CuCrZr的应用场景有一些区别。CuCrNb的性能更适合更高的温度。若应用场景对导电性、导热性要求严格（如电气触点、散热器），优先选择CuCrZr合金。增材制造方式与工艺以及后处理对性能的影响很大，部件用户、打印服务商、粉末制造商的技术衔接是必要的。
联系我们
