Thảo luận sơ lược về ứng dụng đồng beryllium trong đầu nối điện
Tóm tắt: Bài viết này giới thiệu cách phân loại các hợp kim đồng beryllium, các mác hợp kim phổ biến được dùng trong đầu nối điện, thành phần hóa học, tính chất, tình hình phát triển ở Trung Quốc và quốc tế. Ngoài ra, bài viết thảo luận về triển vọng ứng dụng và định hướng phát triển của hợp kim đồng beryllium trong lĩnh vực đầu nối điện.
Từ khóa: Đồng beryllium; đầu nối điện.
1. Giới thiệu
Vật liệu đàn hồi có rất nhiều loại, ứng dụng rộng rãi, gia công chính xác và tính năng độc đáo. Các hợp kim đàn hồi gốc đồng được ứng dụng rộng rãi trong các linh kiện đàn hồi dẫn điện nhờ khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt xuất sắc, cùng với tính chất cơ học ưu việt. Theo mức độ đàn hồi, hợp kim đàn hồi gốc đồng được chia thành: hợp kim đồng đàn hồi cao, trung bình, thấp và hợp kim đàn hồi composite.
Vật liệu đàn hồi trong đầu nối điện là vật liệu cốt lõi giúp đảm bảo lực cắm và lực giữ ổn định. Hiện nay, hợp kim đàn hồi gốc đồng độ đàn hồi cao được sử dụng phổ biến nhất, điển hình là hợp kim đồng beryllium. Đồng beryllium là hợp kim cứng hóa nhờ kết tủa, có độ đàn hồi cao và dẫn điện tốt. Linh kiện đàn hồi làm từ đồng beryllium có độ trễ đàn hồi thấp, phục hồi đàn hồi tốt, là vật liệu đàn hồi lý tưởng.
Bài viết này sẽ giới thiệu phân loại, thành phần hóa học, tính chất cơ bản của các loại hợp kim đồng beryllium thông dụng, so sánh tình hình phát triển trong và ngoài nước, đồng thời thảo luận triển vọng ứng dụng và hạn chế của đồng beryllium trong đầu nối điện.
2. Tổng quan nghiên cứu hợp kim đồng beryllium
2.1 Phân loại hợp kim đồng beryllium
Hợp kim đồng beryllium sau khi xử lý nhiệt (hóa già) có độ bền, độ cứng, giới hạn đàn hồi cao, độ trễ đàn hồi thấp, tính ổn định tốt, chống mỏi, chống ăn mòn, chống mài mòn, không từ tính, dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, không phát sinh tia lửa khi va đập, được mệnh danh là “vua vật liệu đàn hồi phi sắt”.
Theo tính năng, hợp kim đồng beryllium được chia thành:
Hợp kim độ bền cao và đàn hồi cao (hàm lượng Be: 1,6–2,1%).
Hợp kim độ dẫn điện cao (hàm lượng Be: 0,2–0,7%).
Theo cách gia công, có:
Hợp kim gia công biến dạng: chế tạo thành tấm, dải, thanh, ống, dây để chế tạo các linh kiện đàn hồi như tiếp điểm, lò xo, công tắc.
Hợp kim đúc: độ cứng và độ bền cao, dùng trong hàng không, điện tử, chế tạo máy.
2.2 Mác hợp kim và thành phần hóa học
Bài viết này tập trung vào hợp kim đồng beryllium độ bền cao, đàn hồi cao. Tại Trung Quốc, mác thông dụng là QBe2, là hợp kim đồng beryllium gia công biến dạng. So sánh thành phần hóa học giữa các mác hợp kim trong và ngoài nước như bảng dưới đây:
Mác hợp kim | Quốc gia | Be (%) | Ni (%) | Co (%) | Si (%) | Cu |
|---|---|---|---|---|---|---|
QBe2 | Trung Quốc | 1,9–2,2 | 0,2–0,5 | – | – | Còn lại |
C1720 | Nhật Bản | 1,9–2,15 | 0,2–0,25 | 0,35–0,65 | <0,15 | Còn lại |
C17200 | Mỹ | 1,8–2,0 | ≥0,2 | ≥0,6 | – | Còn lại |
Các nguyên tố Ni, Co giúp hạn chế hiện tượng quá già hóa khi xử lý nhiệt và tăng cường độ bền. Hợp kim Nhật Bản (C1720) chứa thêm Si để tạo thành các hợp chất CoSi, Co₂Si, tăng cường độ bền nhưng nếu lượng Si quá lớn có thể làm giảm độ dẻo dai.
Để cải thiện khả năng gia công (cắt gọt), người ta thêm chì (Pb) vào hợp kim, giúp mảnh vụn dễ gãy hơn, giảm sự bám dính lên dao cụ, cải thiện rõ rệt khả năng gia công.
Mác hợp kim dễ cắt tiêu biểu là QBe1.9-0.4 (Trung Quốc) và C17300 (Mỹ), có thành phần tương đương.
Mác hợp kim | Be (%) | Ni+Co (%) | Ni+Co+Fe (%) | Pb (%) | Al (%) | Si (%) | Cu |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
QBe1.9-0.4 | 1,8–2,0 | ≥0,2 | ≤0,6 | 0,2–0,6 | ≤0,2 | ≤0,2 | Còn lại |
C17300 | 1,8–2,0 | ≥0,2 | ≤0,6 | 0,2–0,6 | ≤0,2 | ≤0,2 | Còn lại |
2.3 Tình hình phát triển
Các nhà sản xuất hàng đầu thế giới về đồng beryllium là Brush Wellman (Mỹ) và NGK (Nhật). Ngành đồng beryllium tại Trung Quốc khởi động muộn, quy mô nhỏ, thiết bị cũ kỹ, trình độ tự động hóa thấp, còn khoảng cách đáng kể với nước ngoài.
Gần đây, các nhà sản xuất lớn tại Trung Quốc đã đạt nhiều tiến bộ về công nghệ, bắt đầu tự sản xuất hợp kim tương đương C17200 và C17300 để giảm nhập khẩu.
3. Triển vọng ứng dụng đồng beryllium trong đầu nối điện
Đầu nối điện là linh kiện quan trọng dùng phổ biến trong hệ thống điện tử, điện lực. Bộ phận quan trọng nhất của đầu nối là tiếp điểm, đảm bảo truyền dẫn tín hiệu điện ổn định. Khi chọn vật liệu tiếp điểm, cần xem xét toàn diện giới hạn đàn hồi, độ bền, độ dẻo dai, độ mỏi. Thường sử dụng hợp kim QBe2 nhờ độ đàn hồi và độ bền cao. Với sự phát triển công nghệ, hợp kim dễ cắt QBe1.9-0.4 có thể sẽ dần thay thế QBe2.
Tuy nhiên, đồng beryllium chứa Be và Pb rất độc hại, đòi hỏi điều kiện sản xuất nghiêm ngặt, chi phí sản xuất cao, hạn chế ứng dụng rộng rãi trong dân dụng.
4. Kết luận
Hợp kim đồng beryllium đã được ứng dụng rộng rãi trong đầu nối quân sự. Việc ứng dụng rộng hơn hợp kim dễ cắt QBe1.9-0.4 sẽ là vấn đề nghiên cứu tương lai quan trọng. Bên cạnh đó, xuất phát từ yếu tố môi trường và chi phí, việc tìm kiếm các vật liệu thay thế thân thiện với môi trường hơn cũng sẽ là hướng nghiên cứu quan trọng thời gian tới.
Tác giả: Hou Jinqiu, Wang Yinglin, Sun Haihang, Han Jixian, Jiang Ruizhi, Hao Jiannan
Công ty TNHH Thiết bị Điện Hàng không Tinh Hoa Thẩm Dương
Văn phòng Đại diện Quân sự số 3 thuộc Bộ Trang bị Không quân Trung Quốc tại khu vực Thẩm Dương