以創(chuàng)新研發(fā)為己任 以領(lǐng)先全球為征途

——孚信達(dá)銅鋁復(fù)合材料研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化推廣之路

銅鋁復(fù)合材料是一種外層為銅、內(nèi)層為鋁或鋁合金的輕量化、高性價比層狀復(fù)合導(dǎo)體材料，融合了銅優(yōu)良的導(dǎo)電性和鋁突出的輕量化特性及成本優(yōu)勢。

國外對銅鋁復(fù)合材料的研究開展較早，上世紀(jì)70年代，美國科普威公司發(fā)明了包覆焊法，制備的材料應(yīng)用在高頻電纜內(nèi)導(dǎo)體上。隨著裝備制造業(yè)迭代演進(jìn)，傳統(tǒng)方法制備的銅鋁復(fù)合材料無法滿足應(yīng)用需求，上世紀(jì)80年代，英國Bruker開發(fā)了靜液擠壓工藝，使銅鋁復(fù)合材料應(yīng)用拓展到航空航天、輸配電、通信等高端裝備領(lǐng)域，形成了銅鋁復(fù)合材料的技術(shù)體系，但由于成本較高，難以獲得規(guī)模化應(yīng)用。

我國是一個“貧銅富鋁”的國家，而銅又是國民經(jīng)濟和國防建設(shè)必需的戰(zhàn)略資源。上世紀(jì)90年代，我國銅資源進(jìn)口依賴度就達(dá)到70%，現(xiàn)在更達(dá)到近80%，銅鋁復(fù)合材料相較純銅材料可節(jié)省70%～85%的銅，其規(guī)模應(yīng)用對有效緩解銅資源安全危機意義重大。但我國對銅鋁復(fù)合材料研發(fā)開展較晚，加之國外對此進(jìn)行技術(shù)封鎖，導(dǎo)致高性能銅鋁復(fù)合材料一直依賴進(jìn)口且價格昂貴，應(yīng)用僅限于國防等關(guān)鍵領(lǐng)域。中國工程院院士謝建新攜手煙臺孚信達(dá)雙金屬股份有限公司（以下簡稱孚信達(dá)），面向國家裝備發(fā)展重大需求，砥礪前行，開啟了自主創(chuàng)新的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化推廣之路。

孚信達(dá)廠區(qū)。

創(chuàng)新篇

連鑄復(fù)合法是指通過熔煉爐，分別將兩種金屬（銅、鋁或鋁合金）分別熔煉成金屬液，然后在特制的復(fù)合鑄造裝置中一次性實現(xiàn)冶金結(jié)合、連續(xù)鑄造成型，形成外層為銅、內(nèi)層為鋁或鋁合金的層狀復(fù)合導(dǎo)體材料。該工藝具備短流程、高效率、可連續(xù)生產(chǎn)、產(chǎn)品性能高等優(yōu)點，并可根據(jù)不同性能需求，靈活調(diào)整鋁合金的合金方案，以滿足不同應(yīng)用場景的需求。

“其實早在1998年的時候，銅的價格還相對較低，我就預(yù)測到未來國家建設(shè)需要大量的銅資源，并且銅的價格會大幅上漲。因此，提出了銅鋁復(fù)合材料連鑄直接成形的選題，用銅鋁復(fù)合材料替代純銅，大幅節(jié)省成本，其推廣應(yīng)用可以極大地緩解中國對銅資源的需求壓力，滿足中國經(jīng)濟建設(shè)的需要。”謝建新對記者回憶道，“銅鋁復(fù)合材料傳統(tǒng)方法是在鋁棒外面包一層銅皮，將銅皮焊接起來，但銅鋁結(jié)合質(zhì)量較差。我們發(fā)明的方法是連鑄成形銅管，同時往銅管里連續(xù)充入鋁液，一步制備出高質(zhì)量的復(fù)合坯料。”謝建新盯著短板謀劃，瞄著短板聚力，從銅鋁復(fù)合內(nèi)在機理出發(fā)，獨創(chuàng)出銅鋁連鑄復(fù)合方法，通過多年的研發(fā)試驗，終于攻克銅鋁同步連鑄復(fù)合的世界性難題，形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能銅鋁復(fù)合材料制備技術(shù)。

轉(zhuǎn)化篇

技術(shù)發(fā)明是開端，產(chǎn)業(yè)落地是目標(biāo)，一次機緣巧合讓謝建新團隊和孚信達(dá)“聯(lián)姻結(jié)緣”。2008年4月份，孚信達(dá)董事長王連忠通過山東省科技廳，結(jié)識了時任北京科技大學(xué)副校長、教授謝建新。在交流過程中，謝建新向王連忠介紹了銅鋁連鑄工藝產(chǎn)業(yè)化對解決國家重大急需的重要意義，也描繪了銅鋁復(fù)合產(chǎn)業(yè)廣闊的應(yīng)用前景。出于企業(yè)家的家國情懷，王連忠堅定地表示，要獨家引入謝建新的專利技術(shù)，投入畢生精力參與到此項事業(yè)中，為國家發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

“謝建新院士始終堅持科技報國、服務(wù)社會，以國家經(jīng)濟建設(shè)和科技發(fā)展的重大需求為己任。他以戰(zhàn)略家的眼光、科學(xué)家的嚴(yán)謹(jǐn)、實干家的務(wù)實，不遺余力地致力于科學(xué)研究向生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化。”王連忠對記者說，“雖然謝建新院士在科學(xué)研究和教學(xué)領(lǐng)域都取得了非常突出的成績，但他始終保持著勤奮、謙虛、樸素的作風(fēng)，對待學(xué)術(shù)問題求真務(wù)實、勇于創(chuàng)新，對待身邊的人以誠相待、和善質(zhì)樸。我們都很尊敬他。”自2008年，謝建新團隊與孚信達(dá)建立起長期的科技研發(fā)合作關(guān)系，歷時14年，在謝建新的帶領(lǐng)下，研發(fā)團隊走出了一條艱苦卓絕的科技創(chuàng)新之路，成功地將實驗室成果完成產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化。

孚信達(dá)與謝建新團隊的合作堪稱產(chǎn)學(xué)研典范，先后建成4個省級以上研發(fā)平臺，形成一支由謝建新領(lǐng)銜的30余人的研發(fā)團隊，承擔(dān)國家“863”計劃項目2項、國家火炬計劃項目1項、軍口預(yù)研項目2項、山東省重點研發(fā)計劃4項。在踐行科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)報國的路上，謝建新和孚信達(dá)的產(chǎn)學(xué)研團隊不斷取得重大突破，獲得國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎1項、教育部技術(shù)發(fā)明獎一等獎1項，擁有專利36項（發(fā)明專利16項）；編寫我國有色金屬材料領(lǐng)域唯一的ASTM國際標(biāo)準(zhǔn)，編寫銅鋁復(fù)合材料相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)2項、電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1項、韓國KS國家標(biāo)準(zhǔn)1項，形成從材料、產(chǎn)品到應(yīng)用的完整技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，為銅鋁復(fù)合材料在高端裝備中大規(guī)模推廣應(yīng)用提供技術(shù)依據(jù)和基礎(chǔ)條件，促進(jìn)國內(nèi)乃至全球金屬復(fù)合材料行業(yè)技術(shù)水平的整體提升和高端制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。多位院士表示，謝建新與孚信達(dá)研發(fā)的材料和產(chǎn)品填補國內(nèi)外空白，全球技術(shù)領(lǐng)先。

信念如磐，初心如故。王連忠表示，有了連鑄成功轉(zhuǎn)化先例，在煙臺將與謝建新團隊聯(lián)合成立金屬復(fù)合材料研究院，聚集和培養(yǎng)頂尖科技人才，開展國內(nèi)外高層次學(xué)術(shù)交流論壇，將研究院打造成為金屬復(fù)合材料基礎(chǔ)研究和應(yīng)用技術(shù)研究的重要基地，為國家金屬復(fù)合材料發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

推廣篇

孚信達(dá)是一家專業(yè)從事銅鋁復(fù)合材料和產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)的民營企業(yè)，是國家重點支持的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)企業(yè)、高新技術(shù)企業(yè)、山東省國動中心、省級“蹬羚企業(yè)”、專精特新中小企業(yè)。該公司技術(shù)團隊在謝建新的指導(dǎo)下，通過再創(chuàng)新，解決了銅鋁同步連鑄復(fù)合工藝產(chǎn)業(yè)化諸多難題，成功研發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的系列復(fù)合材料、產(chǎn)品制造加工技術(shù)和裝備，打破國際壟斷，是國際上唯一實現(xiàn)銅-鋁復(fù)合材料、銅-鋁合金復(fù)合材料工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的企業(yè)。

應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展

2012年4月份，孚信達(dá)生產(chǎn)的連鑄銅鋁復(fù)合導(dǎo)電排首次應(yīng)用在金風(fēng)科技1.5MW變流器中，從此拉開了連鑄銅鋁復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的序幕。在謝建新的倡導(dǎo)推動下，經(jīng)過多年推廣、認(rèn)證，孚信達(dá)生產(chǎn)的銅鋁復(fù)合產(chǎn)品在9大領(lǐng)域得到應(yīng)用。

孚信達(dá)主要產(chǎn)品類型。

一是輸配電方面，復(fù)合導(dǎo)電排、復(fù)合導(dǎo)電棒應(yīng)用于低壓成套系統(tǒng)、中壓成套系統(tǒng)中的母線（關(guān)鍵部件）、斷路器中引出排、輸變電變壓器的匯流排、母線槽中導(dǎo)電排，可有效節(jié)約銅40%、等性能替換實現(xiàn)降本35%。

二是新能源發(fā)電方面，復(fù)合導(dǎo)電排應(yīng)用于光伏逆變器、風(fēng)電變流器、電抗器、無功補償器、匯流箱等設(shè)備中的母線（關(guān)鍵部件），可有效節(jié)約銅40%、等性能替換實現(xiàn)降本35%。

三是航空航天方面，復(fù)合導(dǎo)線電纜、匯流排應(yīng)用于飛行器電源系統(tǒng)、電氣互聯(lián)系統(tǒng)中導(dǎo)線電纜和匯流條，可減重25%~40%、解決軍事裝備急需輕量化材料的“卡脖子”問題。

四是海工裝備方面，復(fù)合導(dǎo)電排應(yīng)用于電源控制系統(tǒng)、海上鉆井平臺綜合電控系統(tǒng)中的匯流條，可減重25%~40%。

五是軌道交通方面，復(fù)合電纜、接地塊、復(fù)合電氣部件（轉(zhuǎn)接端子、線夾）應(yīng)用于接觸網(wǎng)系統(tǒng)的銅鋁轉(zhuǎn)接端子、車上接地塊、接地電纜，可減重25%~40%、降低能耗、降本35%。

六是新能源汽車方面，復(fù)合線纜、導(dǎo)電排應(yīng)用于汽車電池連接排、汽車空調(diào)線圈、充電樁導(dǎo)電排、汽車線束，可減重25%~40%、降低能耗、降本35%。

七是機電設(shè)備方面，復(fù)合導(dǎo)電排、復(fù)合電磁圓線/扁線應(yīng)用于功率控制設(shè)備中導(dǎo)電排、電機電磁線，可減重25%~40%、降低能耗、降本35%。

八是通信電氣方面，復(fù)合導(dǎo)電排應(yīng)用于通信機房、數(shù)據(jù)中心供電設(shè)備、基站供電設(shè)備中的導(dǎo)電排，可有效節(jié)約銅40%、等性能替換實現(xiàn)降本35%。

九是儲能系統(tǒng)方面，復(fù)合導(dǎo)電排應(yīng)用于儲能逆變器、電池系統(tǒng)、匯流箱的導(dǎo)電排，可有效節(jié)約銅40%、等性能替換實現(xiàn)降本35%。

謝建新（左三）、王連忠（左一）現(xiàn)場調(diào)研。

關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域取得重大進(jìn)展

銅鋁復(fù)合材料作為新型導(dǎo)體材料，在市場開拓中也遇到了難題：一是傳統(tǒng)工藝（如套管法、包覆焊接拉拔法等工藝）制造的銅包鋁材料在相關(guān)行業(yè)中應(yīng)用，對銅鋁復(fù)合材料應(yīng)用產(chǎn)生負(fù)面影響，市場改變固有印象、接受新型材料需要一個過程；二是新型材料應(yīng)用受已有機制與應(yīng)用傳統(tǒng)慣性的影響較大，推廣應(yīng)用仍需一個過程；三是銅鋁復(fù)合材料仍未被列入國家電網(wǎng)物資采購技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，需要一定時間修訂、制訂相關(guān)銅鋁復(fù)合材料國網(wǎng)企標(biāo)。

經(jīng)過不懈努力，推廣應(yīng)用銅鋁復(fù)合材料迎來重大進(jìn)展。國家電網(wǎng)為響應(yīng)“雙碳”目標(biāo)，在40.5kV及以下電力設(shè)備中推廣應(yīng)用銅鋁復(fù)合材料，組織編寫DL/T 2260-2021《電力用銅鋁復(fù)合母線選用導(dǎo)則》，于2021年10月份正式頒布執(zhí)行。GB/T 33142-2016《連鑄銅包鋁棒坯》、GB/T30586-2014《連鑄軋制銅包鋁扁棒、扁線》、DL/t2260-2021《電力用銅鋁復(fù)合母線選用導(dǎo)則》形成從材料、產(chǎn)品到應(yīng)用的完整技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，為銅鋁復(fù)合材料大規(guī)模推廣應(yīng)用提供法律和技術(shù)依據(jù)。

2022年7月份，國家電網(wǎng)以總部項目形式下達(dá)“電工裝備用高性能銅包鋁復(fù)合材料設(shè)計開發(fā)及應(yīng)用技術(shù)研究”任務(wù)，謝建新和孚信達(dá)的產(chǎn)學(xué)研團隊是重要研究力量。該項目圍繞高性能銅包鋁復(fù)合材料在配電設(shè)備中應(yīng)用的關(guān)鍵核心技術(shù)問題，開展研究論證，研究成果對復(fù)合材料大規(guī)模推廣應(yīng)用起到極大的促進(jìn)作用。

為配合總部項目實施，充分論證銅包鋁復(fù)合材料多場景下的服役性能，國家電網(wǎng)要求在山東、北京、遼寧、吉林、蒙東等5個?。ㄊ?、自治區(qū)）公司轄區(qū)范圍內(nèi)選擇工程開展試點驗證，通過試點論證為《國網(wǎng)物資采購標(biāo)準(zhǔn)》修訂提供技術(shù)依據(jù)。國家電網(wǎng)總部科技項目啟動，為實現(xiàn)銅鋁復(fù)合材料在國家電網(wǎng)系統(tǒng)中規(guī)?；瘧?yīng)用奠定堅實的基礎(chǔ)。

應(yīng)用優(yōu)勢十分顯著

“輕量化，成本低。”談到新能源汽車鋰電池，王連忠告訴記者，過去一個使用純銅排的新能源鋰電池通常重達(dá)56公斤，而使用銅鋁復(fù)合連接排的重量能減輕一半，成本也將減少30%。“新能源汽車的關(guān)鍵就在于輕量化，這樣一來可以大大提高電池組的能重比，提升汽車的續(xù)航能力。”他自豪地說。

不僅如此，常用于電纜末端連接和續(xù)接的“線鼻子”，過去往往通過釬焊連在一起，時間久了便容易開裂，一旦更換就要拉閘，對電力供應(yīng)影響很大。如今，使用銅鋁復(fù)合材料的“線鼻子”自成一體，更加穩(wěn)固，大大消除了安全隱患。

孚信達(dá)的多款銅鋁復(fù)合產(chǎn)品，在航空航天裝備領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用。尤其是在動車、地鐵等領(lǐng)域，過去為解決車體與配電系統(tǒng)的接地連接問題，均需使用國外的銅鋁復(fù)合產(chǎn)品，如今早已換成孚信達(dá)的銅鋁復(fù)合產(chǎn)品。同時，孚信達(dá)的4大系列100多個產(chǎn)品揚帆出海，進(jìn)入“一帶一路”沿線諸多國家和地區(qū)。

國家電網(wǎng)松原試點項目開關(guān)柜組裝現(xiàn)場。

藍(lán)圖篇

廣闊前景

銅鋁復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)是國家中長期發(fā)展規(guī)劃的重點支持方向，在“十二五”“十三五”“十四五”規(guī)劃綱要，及《有色金屬工業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016—2020年）》等相關(guān)規(guī)劃中均有體現(xiàn)。我國銅消費量巨大，其中電力行業(yè)的銅消費占比較高，絕大多數(shù)的銅應(yīng)用于導(dǎo)體材料。專家分析統(tǒng)計，國內(nèi)若產(chǎn)生900萬噸銅消耗，其中600萬噸銅可由銅鋁復(fù)合材料替代，銅鋁復(fù)合材料市場規(guī)?？蛇_(dá)350萬噸/年，按產(chǎn)品綜合產(chǎn)值8萬元/噸計算，銅鋁復(fù)合材料產(chǎn)值將達(dá)到2800億元/年。

為了更好地促進(jìn)銅鋁復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展，國內(nèi)外的研究團隊對復(fù)合材料中銅的循環(huán)回收利用開展技術(shù)攻關(guān)。國內(nèi)，中國工程院院士邱定藩領(lǐng)銜研發(fā)的廢雜銅濕法處理工藝已完成小試、中試，產(chǎn)業(yè)化回收利用復(fù)合廢料中銅的技術(shù)條件已具備，可以完全滿足銅鋁復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的配套需求。

重大意義

面臨新時代，走進(jìn)新征程，推動銅鋁復(fù)合材料大規(guī)模應(yīng)用，意義重大。

一是國家資源安全戰(zhàn)略的內(nèi)在要求。我國銅資源短缺，進(jìn)口依賴度高，銅鋁復(fù)合材料大規(guī)模應(yīng)用將扭轉(zhuǎn)我國銅資源長期重度依賴進(jìn)口的局面，保障銅資源安全。

二是新舊動能轉(zhuǎn)換的必然趨勢。據(jù)不完全統(tǒng)計，在高端制造領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用復(fù)合材料，可節(jié)省原材料成本1000億~1200億元/年，從而助力高端產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

三是軍事裝備發(fā)展的現(xiàn)實需要。軍事裝備減重需求日益急迫，以往高性能、輕量化銅鋁復(fù)合材料被國外壟斷，如今國產(chǎn)材料成功解決“卡脖子”難題，可以促進(jìn)軍事裝備升級換代。

四是實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要抓手。復(fù)合材料規(guī)?；瘧?yīng)用將消化鋁的過剩產(chǎn)能，減少銅消耗量，從而降低能源消耗，同時，裝備輕量化有利于能耗減少，助力實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。

謝建新引領(lǐng)孚信達(dá)在追求卓越的路上，心中有目標(biāo)，腳下有方向，山長水闊不辭其遠(yuǎn)，赴湯蹈火不改其志。