创建接触件铜材应用基础研究联盟研讨

2022-03-12 照明小编 www.gdzrlj.com
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创建接触件铜材应用基础研究联盟研讨

摘要 接触件铜材品质是影响连接器电接触可靠性的关键因素。创建接触件铜材应用基础研究联盟(以下简称联盟),对全面提升电连接器质量和可靠性总体水平,实现我国高端电连接器接触件铜材替代进口目标意义深远。本文对创建联盟目的、实施步骤、难点和关键要点进行了研讨。

关键词 接触件 铜材 应用基础研究 联盟

1创建联盟目的

铜材是制作电连接器关键零件—接触件(俗称端子或接插件)的基础材料,其品质是直接影响连接器电接触可靠性的关键因素。由于我国电连接器产品过去以仿制为主,照搬照抄国外产品标准规范,只知道必须这样做,而不知道为什么要这样做,缺乏对电连接器接触件铜材应用基础研究。面对众多进口材料,我国具有自主知识产权、能等效替代进口的材料创新研究非常薄弱。导致用国产材料制作的电连接器和国外同类产品相比往往是“形似质差”。

随着国家供给侧结构性改革深化,人们在充分理解基础材料对保证电连接器产品质量的重要性同时,也越来越认识到选用国产接触件铜材替代进口的紧迫性。进口材料虽目前能完全满足连接器技术要求,但往往受价格和交货期,特别是受国际形势影响较大。而选择国产接触件铜材虽短期内部分质量—致性和可靠性指标尚不能达到产品设计要求,但从战略发展分析考虑必须解决制约我国电连接器发展的瓶颈之一,即解决国产接触件铜材选择和来源问题。

造成国产接触件铜材与进口存在差距的根源是应用基础研究落后,而接触件铜材应用基础研究是一项耗资大、见效慢的可靠性系统工程。必须由政府通过政策和资金扶植,牵头组织“政、产、学、研、用”五方面大协作,任何企业单方面都无能力胜任这项工作。要开发出能与美国、日本等著名品牌抗衡的接触件铜材,必须坚持“问题导向、产需结合、协同创新、重点突破”原则,瞄准高端应用领域连接器生产紧缺的接触件铜材,改革现行机制,将产业链上的材料研究、生产与应用等单位组成“接触件铜材应用基础研究联盟”。以改变目前材料生产与材料应用脱节,造成材料研究和标准制定流于表面化,材料很难适应不同应用领域的差异化工艺技术要求的现状。

2 创建联盟步骤的初步设想

应学习借鉴发达国家技术集成创新的成功经验,将互联网理念扩展电连接器生产和服务领域,促进电连接器生产企业的分工和专业化。建议接触件铜材龙头企业通过深入调研,瞄准我国高端应用领域紧缺的关键接触件铜材,以下游使用单位配套产品品牌和标准需求为导向,由接触件铜材上下游产业链科研、生产、应用、标准和质检等单位创建“接触件铜材应用基础研究联盟”。并相应创建能应用接触件铜材应用基础研究成果,实现通用接触件工业3.0自动化大规模量产的孵化基地兼物流配送中心。可通过国家有关部委组织可行性立题论证,调研接触件铜材生产应用需求现状,摸清与进口同类材料差距,招标确定承担项目单位。并由国家投资对承担项目单位现有生产设备和检测手段改造,以逐步实现国产接触件铜材等效替代进口的目标。为有利于接触件生产过程废料回收利用,建议该基地选址最好在铜合金生产企业附近。

创建“接触件铜材应用基础研究联盟”具体步骤可分为二步;

2 .1 创建行业层面“接触件铜材应用基础研究联盟”

建议接触件铜材骨干企业主动到下游航空、航天、通讯等连接器生产企业调研电连接器产品研制生产中接触件铜材的应用需求、成果和存在问题。在中国有色金属加工行业协会、机电元件标准化技术委员会、中电元协接插件分会、深圳和广东等地区连接器行业协会组织指导下,择时组织举办由连接器产业链的上下游铜加工企业、连接器生产企业、技术服务商和最终使用单位参加的首届“中国接触件铜材应用基础研究专题论坛”。论坛主题内容是:

1) 全面总结我国高端应用领域连接器接触件铜材替代进口的丰硕成果;

2) 深刻分析和进口同类铜材的存在差距和产生原因;

3) 研讨联合开展接触件铜材应用基础研究的具体举措。

地处珠江三角洲的深圳市和广东省是我国改革开放的前沿阵地,也是我国工业电连接器企业最集聚、最发达、应用创新最活跃的地区。建议首届“中国接触件铜材应用基础研究专题论坛”可在珠江三角洲地区举行。工信部广州电子五所是承担我国航空、航天、通讯、军用等高端应用领域电连接器产品第三方质量认证和可靠性试验任务的权威单位。在开展接触件铜材应用基础研究和对接触件铜材可靠性系统工程进行系统评价方面经验丰富,拥有各种检测手段和专业人才等资源。特建议首届“中国接触件铜材应用基础研究专题论坛”由工信部广州电子五所主办、中国有色金属加工行业协会、机电元件标准化技术委员会、中电元协接插件分会、深圳和广东等地区连接器行业协会协办。中航光电、贵州航天电器、四川华丰、四川永贵、陕西华达、杭州航天电子等连接器骨干企业参加。

在举办专题论坛、广交跨界诚信朋友、获得合作共赢共识基础上,建议由致力于接触件铜材应用基础研究的优秀企业作为筹建“接触件铜材应用基础研究联盟”组织发起人。醖酿、商议和制定“接触件铜材应用基础研究联盟”组织管理章程。

建议可选择符合条件的连接器产业链上下游企业,在国家层面科研单位和高等院校基础共性技术支持下,以细化分工、争创国内领先水平的连接器行业品牌标准为合作共赢奋斗目标先行先试。新能源汽车、轨交、5G通讯等主机厂为科研成果提供市场(品牌标准),在其旗下细分领域与其配套的连接器生产企业联合承担接触件铜材替代进口任务企业,为市场提供科研成果(知识产权、专利)。经多年努力探索积累经验初见成效后,再进入第二步创建国家层面“接触件铜材应用基础研究联盟”。

2.2创建国家层面“接触件铜材应用基础研究联盟”

以国家紧缺的连接器接触件铜材需求为导向,在国家政策和资金扶持下,由国家主管部委工信部组织领导连接器产业链上下游重点骨干企事业联合开展国家层面接触件铜材可靠性系统工程建设。这是一项国家牵头才能完成,需经历目标确定、系统分析、系统设计、初步试验、扩大试验和生产应用等六阶段的系统工程。接触件铜材可靠性系统工程将经历失效分析、试验考核、定量设计和失效预防四个应用模式阶段(表1)。

表1 接触件铜材可靠性系统工程应用模式
应用模式可靠性系统工程内容
失效分析仿制进口同类接触件铜材、进行材料理化、工艺等性能符合性检查、分析因材料造成接触件失效原因。
试验考核国产和进口同类铜材制作成相同规格型号接触件,进行材料理化、工艺性能和接触件零件功能等对比试验,分析差距原因,提出改进措施。
定量设计分析积累的多次重复试验数据,研究接触件铜材各项理化、工艺等性能指标上下限合理控制范围,为制定行业标准奠定基础。
失效预防研究接触件铜材同批次、不同批次、不同应用环境、全生命周期的质量一致性。

首先要明确系统所达到的目标、工作内容和具体要求。目标是要使国产接触件铜材合金含量、添加元素、制造工艺和性能参数,赶上或超过进口材料的生产质量水平,能等效替代进口。经专家对系统分析和系统设计成果评审选出最优方案。经国家主管部委可行性论证、申请立项、落实经费和组织招标,选取国内最优的接触件铜材生产企业和电连接器生产企业联合开展接触件铜材应用的初步试验。经权威电连接器质量和可靠性检验机构对初步试验的材料及其加工的接触件质量作出评价。再由承担初步试验的接触件材料生产企业提供新试材料扩大试验,给国内更多的航空、航天、军用、信息、交通、能源等领域高可靠电连接器生产企业试用,验证接触件材料应用研究成果。由权威电连接器质量和可靠性检验机构对综合扩大验证试验的材料及其加工的接触件作出质量评价和改进建议。并报请国家有关机构进行材料应用研究成果鉴定。

建议有色院等科研机构和北邮、哈工大、中南大学等高等院校负责系统分析,工信部广州电子五所负责系统评价,工信部电子四院负责系统标准,创建国家层面“接触件铜材应用基础研究联盟”。组织“官、产、学、研、用” 结合的接触件铜材生产、科研、应用等单位联合攻关,不断试制-应用-改进-再应用-再改进,直至实现完全替代进口材料目标。最终将接触件铜材可靠性系统工程研究成果以国家标准发布执行。

3 创建联盟难点分析

3.1必须解决国家层面接触件铜材应用基础研究薄弱问题

在市场经济利益驱动下,原有管理模式已不适应市场经济发展给人们思想观念带来变化和影响。国家层面专业科研机构对材料基础标准和应用研究能力锐減,许多原在有色金属研究院或国有企业从事数十年铜合金材料研究的专业人员纷纷下海,合伙自筹资金创办专门从事铍铜等高可靠接触件铜材生产研发的高新民营企业。导致国家层面专业科研机构专业人才流失严重,没有能力对铍铜等高可靠接触件铜材的应用开展系统深入的基础研究。

而与此同时,面对全面开放的国际市场,我国现拥有众多世界著名品牌铜加工企业代理商和技术服务机构。德国凯美龙等企业瞄准迅猛增长的中国市场需求,纷纷在我国建厂进行本土化生产航空、航天、通讯、轨交、兵器等高端应用领域使用的连接器接触件铜材。企业通过互联网能十分便捷地采购到德国、日本等各著名品牌质量稳定可靠的各种规格状态的接触件铜材,其中还包括一些目前我国还无法生产的特薄带材和特细丝材。用户在这样市场经济背景下,自然权衡首选质量上乘、性能稳定的进口材料。

由此可见,创建联盟最大难点是必须首先解决国家层面接触件铜材应用基础研究薄弱问题。接触件铜材应用基础研究是一项耗资巨大、见效慢的系统工程,必须获得国家政策和资金支持,强化国家层面接触件铜材应用基础研究资源配置,要有人能静下心来梳理分析研究我国与进口接触件铜材差距根源,开展替代进口接触件铜材的系统试验。并对现行铍铜等高可靠接触件铜材标准进行适合国情和用户需求修订。

3.2 必须解决各企业对应用基础研究投入和拥有科研资源不平衡问题

目前我国一些著名的铜加工龙头企业,对接触件铜材应用基础研究的重视程度、资源投入和拥有科研成果很不平衡。只有少数企业拥有较强的材料系统分析研究手段和专业人才,并已获取多项科研成果,部分研发产品已能替代进口。而大部分接触件铜材生产企业,通过引进国外先进铜加工生产装备进行大规格、自动化量产非常成功,产品质量上乘,在国内外市场享有较高声誉。但对接触件铜材应用基础研究的重视程度和投入不够。

创建联盟的第二个难点是必须用经济杠杆解决目前各企业对接触件铜材应用基础研究重视程度、拥有科研资源和成果的不平衡问题。

3.3 必须解决各企业间数据共享和知识产权保护矛盾问题

社会进入大数据时代。建立和完善产品从原材料、工艺制造到最终使用的数据利用,对可靠性分析能起到了事半功倍效果。

以高强度铜镍硅70250合金和高导电铜铬锆18150合金为例,目前宁波博威合金、兴业盛泰、陕西斯瑞和山西春雷等多家企业,都在对这二个合金进行应用基础研究。各自在合金化机理、熔铸、轧制和热处理工艺,用于接触件零件的铜材理化性能、工艺性能和使用性能方面都积累了大量珍贵数据,部分企业产品已成功实现替代进口。有许多信息和试验数据是共性技术资源。但由于受企业运行体制束缚和经济利益驱动和知识产权保护等因素限制,在接触件铜材应用基础研究方面企业间仍保持着“各自为政、相互保密”现状。

创建联盟的第三个难点是必须解决各企业间数据共享和知识产权保护矛盾问题。要创造企业间诚信氛围,打破“各自为政、相互保密”现状,建立“数据共享、合作共赢”新机制。

4创建联盟关键要点

4.1改革现有体制

接触件铜材应用基础研究包含合金强化理论、髙强度、高导电铜合金材料 、合金抗应力松弛及耐热性能、铍铜及其替代材料、材料应用标准及其在智能制造中的应用等基础研究内容。它是一项耗资大、见效慢的系统工程,必须国家层面组织“政、产、学、研、用”五方面大协作,任何企业单方面都无能力胜任这项工作。要开发出能与美国Brushwellman、日本NGK等著名品牌抗衡的替代进口材料,必须从整体的特性、功能、目标出发,紧密结合应用去研制设计系统各组成部分的参数和性能,以求得最佳组合。为实现这个共同的创新目标,必须通过改革现行机制,将产业链上的材料研究、生产与应用等单位组成接触件材料应用基础研究联盟。以改变目前材料生产与材料应用脱节,造成材料研究和标准制定流于表面化,材料很难适应不同应用领域的差异化工艺技术要求的现状。

要从管理意识和体制上保证对接触件铜材应用基础研究的人、财、物投入,使有志之士能静下心来,化数年、乃至数十年时间去从事这项研究。未来电连接器企业除加工用户定制的专用接触件外,通用接触件完全可通过互联网 技术服务平台提供。该平台应有国际认同感的创新生态环境和激发创新活力的政策支撑,

4.2培育研究团队

必须借助国家强基工程、互联网 、大数据和智能制造等利好政策,培育一批熟知电连接器设计、材料和工艺的专业、跨界和系统人才,适应在国家层面构建连接器接触件产业链从设计要求提出、材料研发、工艺制造到质量检测评估的系统应用基础研究合作平台和工作机制需要。

该团队除由连接器接触件产业链原材料生产企业、高等院校、科研单位、连接器(接触件)生产企业、使用单位、行业协会和国家主管部委等各方专业人才外,还应由掌握接触件智能化生产理论、方法、技术、产品和应用等纵向和经济、管理、标准、法律等横向跨界和系统人才支撑。以促进接触件材料及试验方法的行业标准或团体标准合作研究,争取在电连接器国际标准制订中有更多话语权。

4.3 实现“数据共享、合作共赢”

进入上世纪八十年代,美国电连接器各大企业,除做必要试验外,已不再进行大规模可靠性试验,原因是随着生产方式进步,可靠性由质保体系现场收集数据资料来确定。智能化生产过程质量控制产生大量理化、工作状态、故障和失效历史数据是十分珍贵的资源。与可靠性关联的故障具有随机性,随机规律的准确性(精度)与样本数成正比。社会进入大数据时代。建立和完善产品从原材料、工艺制造到最终使用的数据利用,对可靠性分析能起到了事半功倍效果。

目前接触件产业链上仅少数国企或外资企业内部实现了接触件工业3.0的智能化大规模连续生产,借助大数据云计算平台,可实时在线监测处理生产过程获取的大量数据,自动精准控制接触件的接触电阻、分离力等质量参数。今后将有更多企业和单位通过智能化改造参予接触件材料应用基础研究,但前提条件是必须创造企业诚信氛围,打破“各自为政、相互保密”现状,建立“数据共享、合作共赢”新机制。

4.4 实现“接触件铜材替代进口”目标

2019年12月14日笔者在深圳连接器行业协会2020会员大会上提出了创建接触件铜材应用基础研究联盟的倡议。获得了出席会议的中国有色金属加工行业协会、中电元协接插件分会、深圳连接器行业协会、陕西斯瑞新材料、山西春雷铜业、宁波兴业盛泰和博威合金等单位领导和同行朋友的积极响应和支持。

一致认为必须坚持“问题导向、产需结合、协同创新、重点突破”原则,瞄准我国高端应用领域电连接器生产紧缺的接触件铜材,由政府牵头建立“官、产、学、研、用” 结合的接触件铜材应用基础研究联盟或研发平台。只有通过国家政策和资金扶植,组织产业链上的生产、科研、应用等单位联合攻关,不断试制-应用-改进-再应用-再改进,才能逐步实现接触件铜材替代进口目标。

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