1.导电铜合金的应用

（1）导电铜合金多用于电动机、发电机的集电环和换向器

电动机、发电机的集电环和换向器要求电导率大于49.3mS/m，抗拉强度大于294N/mm2，伸长率大于2%，硬度大于90HV，接触性好，耐磨性高，软化温度超过工作温度。一般选用银铜、稀土铜、镉铜、锆铜和铬锆铜等。

硬铜通常用到80°℃，高于150℃即开始软化。稀土铜、银铜和镉铜适于用作250℃以下的电机换向器片。锆铜适于用作350℃以下的电机换向器片。铬锆铜适于作350~500℃的大功率电机换向器片。

（2）用于电焊机电极、电极支承座、电极臂及导电用集电环

电极传导必要的焊接电流，传递必要的焊接压力。电极支承座和电极臂要求较高的电导率和强度，导电集电环要求高的电导率和耐磨性。多种多样的被焊接材料，其必须具备一些具体的特性：

● 比焊接材料更高的导电性和导热性；

● 强度高，尤其是高温硬度高；

● 不与焊接材料发生合金化的粘着；

● 抗氧化性好，使用中不生成氧化皮。

2.选用铜合金作电极的应用

●对于铝、镁轻合金及铜合金的焊接，可选用银铜、镉铜、锆铜和弥散硬化铜电极；

● 对于低碳钢、镍合金和低合金钢的焊接，可选用锆铜、银铬铜、铬铜、铬镉铜、铬铝镁铜和铬锆铜等电极；

● 对于不锈钢和耐热合金的焊接，可选用高导电铍铜、钻硅铜、镍钛铜和铬钛锡铜电极。

● 对于铂（箱、带）、金饰和灯丝等的特殊焊接以及工件表面不允许有铜迹时，可选用钨、钼、铜钨合金、弥散强化铜和复合电极。

● 用于特殊电缆、架空导线、通信线和接触线等，一般可选用银铜、稀土铜、镉铜、铬镉铜、钝铜、复合金属导体。使用时，最高允许温升不应超过选用材料的软化温度，要求高的电导率和强度。随用途而异，如对于电缆，要求可挠性好，易于连接；对架空导线，须耐振动、耐蚀、耐疲劳；对接触线，须耐磨。

● 用于各种电器、通信设备和电子管用换向开关，弹簧和连接器等，要求极高的强度、硬度和弹性极限，且耐磨、耐蚀、耐疲劳。一般用铍铜、钛铜、锡磷青铜等。

建筑中铜的历史可以与其耐久性，耐腐蚀性，有名望的外观以及形成复杂形状的能力相关联。 几个世纪以来，工匠和设计师利用这些属性来建造美观和持久的建筑系统。

在过去的四分之一世纪，铜被设计成更广泛的建筑物，包括新的样式，各种颜色以及不同的形状和纹理。 铜包覆墙在室内和室外环境中都是现代设计元素。

一些世界上最杰出的现代建筑师都依赖铜。 例子包括Frank Lloyd Wright，他在他的所有建筑项目中都指定了铜材料; 迈克尔格雷夫斯，AIA金牌得主，设计了全球350多座建筑; Renzo Piano为阿姆斯特丹NEMO-Metropolis科学博物馆设计了预成型包覆铜; 马尔科姆·霍尔兹曼在WCCO电视通讯中心的铜质电池瓦片使得该设施在明尼奥波利斯的建筑中脱颖而出; MarianneDahlbäck和GöranMånsson，他们设计了斯德哥尔摩天际线的一个突出特点 – 瓦萨博物馆，拥有12,000平方米的铜覆层。建筑师Frank O. Gehry在巴塞罗那的Vila Olimpica上面巨大的铜鱼雕塑是铜艺术用途的一个例子。

铜的最着名的特点是从明亮的金属色到虹彩棕色到近黑色，最后是绿色的铜绿。 建筑师将棕色的一系列棕色，巧克力，李子，桃花心木和黑檀木描述为褐色。 这种金属独特的绿色古色早已被建筑师和设计师所采用。

本文介绍了铜在建筑中的实用和美学优势，以及它在室外应用，室内设计元素和绿色建筑中的应用。

优点

耐腐蚀性能
作为建筑金属，铜具有优异的耐腐蚀性。 铜表面形成强韧的氧化物 – 硫酸盐铜锈涂层，可以长时间保护底层的铜表面并抵抗腐蚀。

铜在未受污染的空气，水，脱氧非氧化性酸和暴露于盐溶液，碱性溶液和有机化学品时的腐蚀速率可以忽略不计。 200年来，农村大气中铜屋顶的腐蚀率不到0.4毫米。

与大多数其他金属不同，铜不会受到可能会导致屋面过早失效的底面腐蚀。 对于铜屋顶来说，支撑基底和结构通常在屋顶上的铜之前失效。

然而，建筑铜在某些条件下易受腐蚀性侵蚀。 氧化酸，氧化重金属盐，碱金属，硫和氮氧化物，氨和一些硫和铵化合物可以加速铜的腐蚀。 pH值低于5.5的地区的沉淀可能会腐蚀铜，可能会在形成铜锈或保护性氧化膜之前进行。 被称为酸雨的酸性沉淀是由于化石燃料燃烧，化学制造或其他释放硫和氮氧化物进入大气的过程的排放。 当不能中和酸度的非铜屋顶的酸性水（例如瓷砖，石板，木材或沥青）落在小面积的铜上时，可能会发生腐蚀性腐蚀。 如果惰性屋面材料的滴水边缘直接置于铜上，则会发生线腐蚀。 解决这个问题的方法可能是用斜条抬起瓦的下边缘，或者在瓦和铜之间提供可更换的加固条。 适当的脱水设计和细节设计可减少酸性水在金属表面的停留时间，可防止大部分大气腐蚀问题。

黄铜，铜和锌的合金，对大气腐蚀，碱和有机酸具有良好的抗性。 然而，在一些饮用水和海水中，含20％或更多锌的黄铜合金可能遭受腐蚀性侵蚀。

汽车连接器广泛应用于汽车的各个子系统中。传统燃油车单车所用连接器数量约为 500 个，而新能源 汽车单车将运用 800-1000 个连接器，车载连接器数量需求翻番。汽车电动化、智能化、网联化趋势下，汽 车电子应用将从中高端车型向低端车型渗透，在整车制造成本中的占比不断提高，在新能源整车中成本占 比达到 45%-65%。汽车连接器作为各个电子系统连接的信号枢纽，广泛应用于动力系统、车身系统、信息 控制系统、安全系统、车载设备等方面。

汽车连接器主要分为低压连接器、高压连接器和高速连接器三种。按照传输介质的不同，汽车连接器 可以分为传输交换数据信号的高速连接器和传输交换电流的电连接器，根据工作电压的不同，电连接器可 以进一步划分为低压连接器和高压连接器。低压连接器通常用于传统燃油车的 BMS、空调系统、车灯等领 域；高压连接器普遍用于新能源汽车的电池、高压配电盒、空调、直/交流充电接口、充电枪、充电座等；高速连接器主要用于需要高频高速处理的功能，如摄像头、传感器、广播天线、GPS、蓝牙、WiFi、无钥匙 进入、信息娱乐系统、导航与驾驶辅助系统等。

汽车电动化对高压连接器带来全新增量

汽车电动化增加的需求主要在高压连接器，因为核心部件三电系统都需要高压连接器的支持，比如驱 动电机需要提供大功率的驱动能量，需要相应的高压和大电流，远超过传统燃油车的 14V 电压。高压连接 器通常指工作电压在 60V 以上、主要负责传输大电流的连接器，主要由机壳（公端、母端）、端子（公母端 子）、摇臂、屏蔽罩/屏蔽层、防护密封（尾部、半端、线端、接触）、尾部防护盖、高压互锁系统（互锁 PIN）、 CPA 系统等结构组成。

新能源汽车两种补能方式使用的电连接器与换电连接器均属于高压连接器。新能源汽车主要由充电和 换电两种能源补给模式，这两种补能模式的载体一种是充电桩，另一种是换电站。与充电桩的充电模式不 同，换电是通过集中型充电站对大量电池集中存储充电，同时在电池配送站内直接完成对电动车进行电池 更换。据中国充电联盟数据，截止 2022 年 11 月，我国公共充电桩 173.1 万台（同比增加 105.4%，其中包 含直流充电桩 73.2 万台与交流充电桩 99.9 万台），随车配建充电设施 321.8 万台（同比增加 316.5%），共计 484.9 万台，同比增加 107.5%；2022 年 1-11 月，充电基础设施增量为 233.2 万台，新能源汽车销量为 606.7 万辆，桩车增量比为 1：2.6，充电基础设施建设能够基本满足新能源汽车的快速发展。

为了提高补能效率，大功率快充成为各车企的研发重点。相较于 400V 架构，切换 800V 架构能够使充 电时间减少一半。车型方面，电动汽车的续航里程逐渐向 400km 以上集中，长续航里程汽车电池容量大， 一些车企的 B、C 级车型规划电压平台开始从 400V 提升至 800V 左右，一些车企开始规划 900V 以上的电 压平台，电池充电倍率也逐渐从 1C 向 4C 及以上迈进。从充电桩端看，电压提升到 1000V 时，500A 电流 其充电功率可达 500kW 可满足 5 分钟快充的需求。从 400V 增加至 800V 对连接器的可靠性、体积和电气性能均提出了更高的要求，其在机械性能、电气性能、环境性能三方面均将持续提升，带动高压连接器单车 价值量上升。

高压连接器逐步向高安全性、集成化、大电流方向发展。电动汽车高压连接器的发展与电动汽车的发 展的同步进行的，从连接器的角度来说，国内高压连接器发展经历了以下几代，第一代高压连接器产品由 工业连接器该款而来，以金属壳体为主，不具备高压互锁功能，而且防误插入效果一般；第二代高压连接 器增加了高压互锁功能，连接器的外壳材料由金属变为塑料；第三代高压连接器则是以塑料+屏蔽功能+高 压互锁为特点，由代表的是行业中 800 系列产品，是通过操作顺序来实现部分二级解锁功能，不是直接机 械式结构；第四代高压连接器具备特殊的机械结构从而实现二级解锁功能，安全系数大大提高，有代表性 的是行业中 280 系列产品，通过机械结构来实现二级解锁功能，更为安全；未来一代高压连接器要解决的 问题是如何通过冷却方式来有效提高传输能量的密度，降低质量，提高产品综合性能，如配合大功率充电 带液冷、风冷的方式。

高压连接器成本远高于低压连接器。高压连接器的材料成本以及屏蔽、阻燃要求等性能指标高于传统 的低压连接器，因此新能源汽车单车使用连接器价值远高于低压连接器。纯电动乘用车单车使用连接器价 值区间为 3000 元左右，纯电动商用车单车使用连接器价值区间为 8000 元左右。 我国新能源汽车的销量增长会带动高压连接器持续放量。随着我国新能源汽车保有量越来越大，目前 以充电为主要补能的模式矛盾日益凸显，换电模式的重要性会逐渐显现，同时带动换电连接器发展。换电 连接器属于高压连接器的一种，是电池包唯一的电接口，需要同时提供高压、低压、通信及接地的混装连 接；由于更换电池频率高，换电连接器还要满足高寿命、低维护成本的要求。2025 年中国市场新能源车高 压连接器增量需求有望达 249.2 亿元，2021 至 2025 年年均复合增长率有望达 43.7%。

汽车智能化带动高速连接器需求快速增长

高速连接器向集中式逐步演变，出于安全考虑倾向于本土供应商。随着汽车电子化程度持续提高，整 车 E/E 架构由分布式向集中式逐步演变，叠加自动驾驶等智能化趋势驱动，汽车算力及数据传输速率要求 显著提升，带来车载高速通信连接器增量需求，以自动驾驶辅助系统为例，自动驾驶级别为 L1 和 L2 需要 安装的摄像头为 3-5 颗，L4-L5 基本在 10-20 颗，摄像头数量变多对应的高频高清传输连接器数量会相应增 加；车企也将倾向于采用本土供应商，从而确保数据安全。高速连接器主要包括射频连接器（Fakra 连接器、 Mini Fakra 连接器、HSD 连接器）和以太网连接器，通常会组合使用以保证汽车不同的智能化需求。Fakra 连接器一般应用于传感器的安装连接；Mini Fakra 连接器因其良好的集成化性能，作为传感器数据与 AVM 系统的传输中介；HSD 连接器主要应用在 AVM 到主机端、主机端到座舱的高速传输；车载以太网连接器 则作为车内通信的主干网络，连接车端内部的各个子系统。汽车智能化水平越高，对于高频高速连接器的 需求越大，单车连接器的价值量越大。

新一代高速连接器需满足高数据传输要求。目前开发出的 HFM 连接器能满足汽车智能化与网联化需要 的高数据传输要求，不仅包括 ADAS 所需的摄像头、雷达等，还包括信息娱乐系统所需的高分辨率显示器， 以及车辆联网所需的 V2X 天线。在传输数据量大幅提升的同时，体积也缩小了 80%。未来汽车智能化与网 联化的趋势会越来越清晰，汽车智能化场景会越来越丰富，影像清晰和连接器的频率、速度上会有更高要 求，射频的需求量有明显提升，射频连接器的使用数量和单车价值量还会提升。因此，在高频及高速连接 器领域，对产品的小型化、精密化、高可靠性指标要求将更高。 随着汽车智能化的不断发展，高速连接器应用随之增长。高等级自动驾驶渗透率提升打开高速连接器 需求空间，2025 年中国高速连接器市场空间有望达 135 亿，2021 至 2025 年年均复合增长率有望达 19.8%。

连接器的高性能对铜合金的高品质提出要求

铜合金是连接器的重要组成部分

铜合金主要应用于连接器端子，约占总成本的26.4%。连接器制造业上游主要为金属、电镀材料、塑胶材料等。其中金属材料主要用于制作连接端子，为避免信号在传输过程中受到过多阻碍或衰退，端子多采用磷铜、黄铜、紫铜等铜材作为原材料。在电镀材料的选择上，以镀金、镀锡、镀镍和镀银等为主。塑胶材料 PA、LCP 等为主，用于制造连接器产品的外壳。根据电连技术公司公告，直接原材料成本在汽车连接器中占比60.29%，在射频连接器中占比63.40%。根据 Bishop&Associates 数据，铜材占连接器总成本26.4%。

根据中汽协与亿欧智库数据，我国 2021-2025 年新能源汽车销量分别为 352 万辆、670 万辆、900 万辆、 1130 万辆、1359 万辆。 根据 ICA 数据，传统汽车内燃机（ICE）用铜 23kg，混合电动汽车（HEV）用铜 40kg，插电混合电动 汽车（PHEV）用铜 60kg，纯电动汽车（BEV）用铜 83kg，混合电动公交车（Ebus HEV）用铜 89kg，纯电 动公交车（Ebus BEV）根据电池容量大小用铜量位于 224-369kg 区间；我们采用 BEV 单车用铜量 83kg 进 行测算。 根据 IDTechEx 数据，新能源汽车用铜量中，电池占比 48%，电机占比 12%，高压线束占比 6%，低压 线束占比 28%，其他占比 6%；经测算，每辆新能源汽车低压线束用铜量为 23.24kg，高压线束用铜量为 4.98kg。 低压线束系统中，低压线缆（一般采用无氧铜丝）用铜量占比约 85%，低压连接器（一般采用紫铜合 金带材）用铜量占比约 15%；高压线束系统中，高压线缆（一般采用退火纯铜）用铜量占比约 75%，高压 连接器（一般采用黄铜、磷青铜、铍青铜等铜合金）用铜量占比约 15%；经测算，单车低压线缆用铜量约 19.75kg，单车低压连接器用铜量约 3.49kg，单车高压线缆用铜量约 3.74kg，单车高压连接器用铜量约 0.75kg。 根据百川盈孚数据，无氧铜丝软线、紫铜带、紫铜棒、磷铜合金、铍铜合金的 2021 年均价分别为 6.94 万元/吨、7.62 万元/吨、7.43 万元吨、7.21 万元/吨、16.68 万元/吨。 经测算，我国高压连接器用高端铜合金 2022-2025 年需求量为 0.50/0.68/0.85/1.02 万吨，2022-2025 年我 国新能源汽车线束系统用铜市场规模分别为 137/184/230/277 亿元。

2.2 铜合金品质是汽车连接器性能的关键因素之一

接触件为连接器的核心部件，对铜合金的性能有很高的要求。汽车线束的接触件是汽车连接器完成电 连接功能的核心部件，是汽车线束端子压接和保证线束正常工作的关键，对接触件用铜合金材料的力学、 导电、抗应力松弛和折弯成型性能有很高的要求，所需要的性能包括高接触力、位移形变小（下压行程有限但需高接触力）、折弯角度小（产品微型化）、交变应力不失效（高插拔次数）、较低的接触阻抗、好散热 性及低温升、持久的高接触力/高温环境下工作、符合环境标准等。因此，这就要求铜及铜合金带必须具备 高屈服强度、高弹性模量、高导电率、优异的弯曲性能、优异的抗疲劳性能、无环境有害物质等。

连接器高压、大电流、小型化趋势对铜合金品质提出新的高要求。连接器高压、大电流和小型化是目 前阶段主要的行业趋势。小型化需要铜材具备更高的弹性模量和强度，来保障连接可靠性，连接器小型化 对零部件加工成型条件更为严苛，在具备高强度的同时需要更好的成型性，比如：车削和折弯。电流和电 压的增大则需要进一步提高铜材导电率，以降低连接器使用过程中产生的温升。此外，汽车用连接器的使 用工况往往比较恶劣，比如：要适应寒冷天气和炎热的气候，还有行驶过程中的高频振动等。因此，同时 兼顾强度、导电、加工性能、热应力松弛和疲劳性能的平衡型合金将是一大需求方向。

铜材品质是影响接触件性能的根本因素。铜材是制作连接器导电核心零件——接触件的基础材料，其 品质是直接影响连接器接触件电接触可靠性的关键因素。在所有影响因素中，接触件铜材合金品质是最根 本的，也是最基础的，铜合金品质对连接器端子的主要影响包括：1）对端子外观和尺寸的影响，绝大多数 的端子在冲压成型过程中都是以弯曲为主的变形方式，在弯曲成型过程中，主要存在材料弯曲回弹造成的 尺寸超差问题、弯折开裂的外观问题等，铜合金的回弹特性造成了端子外形尺寸超差的品质缺陷，严重时 将会影响到后续连接器装配精度；2）对端子插拔力的影响，连接器端子插拔力的大小与端子材料的厚度、 弹性模量、摩擦系数、弹性结构的宽度和位移量成正比，与弹性结构的悬臂长度呈反比，端子插拔力过小 易脱落，导致电接触不稳定或失效，插拔力过大造成装配困难；3）对端子电器性能的影响，接触电阻是汽 车连接器端子的主要电气性能，它直接影响汽车各电器设备的信号传输和电气连接的稳定性和可靠性，导 体电阻主要取决于端子使用铜合金材料本身的导电性能；4）对端子环境性能的影响，汽车连接器端子的环 境性能主要包括耐温性能和耐腐蚀性能等，端子长时间在高温条件下工作，不可避免地会出现应力松弛现 象，最终导致端子接触失效，因此在连接器选材时需要根据端子的实际工作环境温度来选择抗应力松弛特 性优异的铜合金材料。

新能源对铜需求拉动明显，到2025年新能源铜需求或增181万吨，占2020年铜表观消费量的7%。结合《有色碳中和①》的结论，铜在风电新能源汽车、光伏和储能的需求量在2020、2025和2030年合计或达137、318和609万吨。以2020年为基，铜增量需求在2025年、2030年将达181和472万吨，约占2020年全球铜消费量的7%和 19%。

一、光伏：2025年光伏铜需求或达135万吨，五年复合增速约 16%

1.1.趋势：平价接力补贴，光伏新装再提速

光伏已成第四大绿色能源，近三年新装增速略有放缓。根据气候智库 Ember 显示，全球太阳能2019年发电量达 669TWh，同比增长12%，在当年能源供应中占比2.71%，已成为第四大绿色能源。 截止2020年底，全球光伏累计装机规模达 757GW，十年复合增长率高达34%。新增规模方面，2020年新增装机达 130GW，同比增长13%，在疫情背景下仍显韧性十足，但与2015-2017年的高速发展期相比仍有差距

作者：未来智库
来源：雪球

著作权归作者所有。

镀锌或不锈钢不是唯一的选择飞机电线电缆。 铜线是航空航天应用的理想选择，尤其是发电机和数据传输部分。由于铜也是非磁性的，这增加了其严格的电气用途，并且不会损坏或干扰任何飞行设备。 铜线航空航天具有延展性、导电性和耐腐蚀。

在航空航天中使用铜线有很多好处。

非磁性：对于复杂的电路板，考虑高性能的非磁性导体。

耐腐蚀：当涉及到关键的航空航天和军事应用时，优质耐用材料至关重要。

延展性：铜是一种灵活的合金，可以满足您所有的硬度规格。

导电：JPTK提供的不仅仅是机械电线和电缆。选择铜是因为它的电气优势。

铜材料在中国的发展有着数千年的历史，但是近代以来，用于工业的铜合金却未能赶上时代步伐。随着工业进步，铜合金的应用越来越广泛，对于国民经济关联度一度达到80%以上，但由于铜资源的匮乏，铜加工技术未能得到重视，应用被国外掣肘。

正如20世纪90年代末，我国电动机主要依赖进口，技术的封锁也让国内生产的铜及铜合金找不到在应用和验证的机会，导致性能普遍较低，都不能用于大功率异步牵引电动机，严重制约我国重大工程实施。因此开发高强、高导、耐热的经济实用的铜合金材料迫在眉睫。

中南大学在有色金属与粉末冶金领域有着70多年的历史沉淀。新中国成立初期，国家就将武汉大学、中山大学等6所院校的矿冶类学科组建成中南矿冶学院，并开设国内最早之一的金属工艺系，攻克了人造卫星、长征系列火箭、神舟、高铁、大飞机等诸多国家重大科研所需的关键材料。

以国家重大需求为己任，铜合金的开发责无旁贷的落在中南人的身上。

1999年，中南大学材料科学与工程系尹志民、汪明朴教授牵头了一个科研项目：大功率异步牵引电动机转子关键材料的研究工作。

转子通常由导体和磁性材料组成，包括导条、端环和护环。纯铜由于具有优良的导电性、导热性、耐蚀性及良好的加工性能，非常适合制作功率较小、转速较低的电机的导条和端环。不过，纯铜的弊端在于强度较低，同时纯铜在高温下的抗软化能力低。

作为轨道交通牵引动力的电动机，随着功率的增大，转速的提高，车速的加快，以及环境温度的升高，纯铜显然已经不能满足使用要求。

为解决我国高速轨道交通的急需，结合中南大学特有的有色金属材料研究积累，以及对应用场景的综合分析梳理，尹志民、汪明朴教授带领团队提出了一种具有较高的机械强度、高导电和耐高温软化性能的高性能铜合金可用于转子关键部件的制造。