โลหะผสมทองแดงเป็นหนึ่งในกลุ่มวัสดุที่ใช้งานได้หลากหลายที่สุดในวิศวกรรมสมัยใหม่ โดยผสมผสานการนำไฟฟ้าและความร้อนที่ดีเยี่ยมของทองแดงบริสุทธิ์เข้ากับคุณสมบัติทางกลที่ได้รับการปรับปรุง ตั้งแต่ส่วนประกอบอากาศยานไปจนถึงอุปกรณ์ทางการแพทย์และระบบส่งกำลังไฟฟ้า โลหะผสมทองแดงทำหน้าที่เป็นวัสดุสำคัญในอุตสาหกรรมต่างๆ

ทองแดงบริสุทธิ์ ซึ่งมักเรียกว่าทองแดง ETP (electrolytic tough pitch) มีการนำไฟฟ้า (100% IACS) และการนำความร้อนที่ยอดเยี่ยม อย่างไรก็ตาม ความแข็งแรงที่ค่อนข้างต่ำและความไวต่อการสึกหรอและการกัดกร่อนในบางสภาพแวดล้อมจำกัดการใช้งาน

วิศวกรได้พัฒนาโลหะผสมทองแดงชนิดพิเศษที่ยังคงรักษาคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์ของทองแดงไว้ในขณะที่แก้ไขข้อจำกัดต่างๆ ผ่านการผสมกับธาตุต่างๆ เช่น นิกเกิล อะลูมิเนียม ซิลิคอน ดีบุก และสังกะสี ธาตุผสมเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นตัวปรับเปลี่ยนคุณสมบัติ ทำให้สามารถปรับแต่งโซลูชันสำหรับความท้าทายทางวิศวกรรมเฉพาะได้

ทองแดง ETP ยังคงเป็นเกรดทองแดงที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดสำหรับการใช้งานทางไฟฟ้าเนื่องจาก:

• การนำไฟฟ้าขั้นต่ำ 100% IACS เพื่อการส่งกำลังไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพ
• ความสามารถในการขึ้นรูปและความเหนียวที่ดีเยี่ยมเพื่อความยืดหยุ่นในการผลิต
• การประยุกต์ใช้ในวงกว้างในระบบสายไฟ สายเคเบิล และบัสบาร์

ทองแดงปราศจากออกซิเจน (OF) ที่มีความบริสุทธิ์ 99.99% และปริมาณออกซิเจนต่ำกว่า 0.0005% ให้:

• ความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่เหนือกว่าที่อุณหภูมิสูง
• ความต้านทานที่เพิ่มขึ้นต่อการเปราะของไฮโดรเจน
• การใช้งานที่สำคัญในอากาศยาน อุปกรณ์ทางการแพทย์ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สุญญากาศ

ด้วยปริมาณแคดเมียม 0.1-1.5% โลหะผสมนี้ให้:

• ความแข็งแรงของแรงดึงและความทนทานต่อความร้อนที่ดีขึ้นอย่างมาก
• ความต้านทานความล้าที่ดีเยี่ยมสำหรับการใช้งานแบบไดนามิก
• การใช้งานทั่วไปในหน้าสัมผัสไฟฟ้า สปริง และสายส่งเหนือศีรษะ

โลหะผสมพิเศษที่ตรงตามมาตรฐาน ASTM B624, MIL-W-29606 และมาตรฐานอื่นๆ ให้:

• รักษาความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงถึง 371°C (700°F)
• ความเสถียรทางความร้อนและการรักษาการนำไฟฟ้าเป็นพิเศษ
• การใช้งานในอวกาศ การสำรวจธรณีฟิสิกส์ และเทคโนโลยีทางการแพทย์

ทางเลือกที่เป็นไปตาม RoHS สำหรับทองแดงแคดเมียมให้:

• คุณสมบัติทางกลที่เทียบเคียงได้โดยไม่มีโลหะอันตราย
• รักษาการนำไฟฟ้า
• การนำไปใช้อย่างแพร่หลายในภาคการบินและอวกาศเชิงพาณิชย์และทางการแพทย์

โลหะผสมขั้นสูงนี้ให้ความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่ยอดเยี่ยมสำหรับ:

• ระบบสายไฟในอวกาศ
• อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็ก
• อุปกรณ์วินิจฉัยทางการแพทย์

โลหะผสมทองแดง-ดีบุก (พร้อมการเติมอะลูมิเนียม แมงกานีส หรือซิลิคอน) มี:

• ความแข็งแรงและความแข็งที่เพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับทองแดงบริสุทธิ์
• ความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยม
• การใช้งานอย่างต่อเนื่องในส่วนประกอบทางทะเล ชิ้นส่วนยานยนต์ และหน้าสัมผัสไฟฟ้า

การเลือกโลหะผสมทองแดงที่เหมาะสมต้องมีการประเมินอย่างเป็นระบบของ:

ข้อควรพิจารณาที่สำคัญ ได้แก่ สภาพแวดล้อมในการทำงาน ความเครียดทางกล ความต้องการทางไฟฟ้า และการปฏิบัติตามกฎระเบียบ

กำหนดความสำคัญสัมพัทธ์ของการนำไฟฟ้าเทียบกับความแข็งแรง ความต้านทานการกัดกร่อนเทียบกับการขึ้นรูป ฯลฯ

ประเมินความเข้ากันได้กับกระบวนการผลิตที่ตั้งใจไว้ รวมถึงวิธีการตัดเฉือน การขึ้นรูป และการเชื่อมต่อ

แนวโน้มที่เกิดขึ้นใหม่ในการพัฒนาโลหะผสมทองแดงมุ่งเน้นไปที่:

• การปรับปรุงความสมดุลของความแข็งแรงและการนำไฟฟ้าเพิ่มเติม
• การพัฒนาโลหะผสมนาโนโครงสร้างแบบใหม่
• ความยั่งยืนที่ดีขึ้นผ่านการเพิ่มประสิทธิภาพการรีไซเคิล
• การบูรณาการกับระบบวัสดุอัจฉริยะ

การเลือกโลหะผสมทองแดงที่เหมาะสมส่งผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ ความทนทาน และการปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อม การทำความเข้าใจสเปกตรัมคุณสมบัติของโลหะผสมที่มีอยู่ช่วยให้นักวิศวกรตัดสินใจเลือกวัสดุได้อย่างชาญฉลาดสำหรับการใช้งานเฉพาะของตน