摘要  接触件铜材质量一致性，是确保连接器电接触可靠性的基础。开展接触件铜材质量一致性检验和评价，对实现“卡脖子”关键接触件铜材替代进口目标意义深远。本文通过阐述质量一致性概念和铜材对接触件性能影响，分析国产与进口接触件铜材质量一致性差距。并提出开展接触件铜材质量一致性研究的建议。

关键词   接触件，铜材，质量，一致性

1 对产品质量一致性的认知

质量一致性是指产品在生产过程中各阶段保持其设计、结构和材料等特性的稳定程度，以确保最终产品符合预定的标准和要求。这一概念涉及设计、材料、生产过程及检验认证等核心要素，设计一致性是指产品需保持与型式试验样品结构、外观、尺寸和功能等方面一致，确保设计规格的准确实现。铜材一致性是指零部件所用铜材需与型式试验时申报并经认证的批次完全一致，保障材料性能稳定。铜材加工生产过程控制一致性是指经严格的铜材加工生产工艺过程控制，防止因工艺波动导致铜材产品质量差异。检验和认证一致性是指通过在线检验和周期检验，确保铜材产品持续符合质量标准。其中铜材质量一致性是保证铜材产品性能稳定可靠最重要的基础和前提。

作者早在上世纪六十年代，为摸清某仿苏防空导弹贮箱用进口铝板质量一致性，曾对前苏联进口2.8mm×2m×3m冷轧铝板进行解剖试验（经100%超声波探伤后对部分板材纵横向取样），用实测数据摸清铝板内部存在“氧化夹杂”等缺陷，对机械性能和工艺成形影响。这是作者对材料质量一致性的最初认知。

上世纪九十年代作者改行从事航天电连接器质量检验。铜材是制作电连接器核心零件接触件的关键材料，其合金成分、尺寸偏差、表面质量、金相组织、机械和物理性能等波动程度，都影响电连接器使用稳定性和可靠性。作者曾亲自分析过多起因国产接触件铜材质量不稳定引起的方形插孔簧片断裂、线簧插孔断丝等失效案例。深感到国产与进口铜材质量一致性存在差距，是许多高端应用领域电连接器接触件铜材选用进口的原由。铜材加工企业要实现接触件铜材替代进口目标，必须首先通过质量一致性检验，实测质量特性数据波动，深刻理解和进口同类铜材质量一致性存在差距根源。

我国铜材加工行业比发达国家晚发展数十年，发达国家许多成熟的铜合金材料标准可学习借鉴，前沿的铜合金材料创新成果受知识产权和专利保护，使我们自主创新很难。但随着近年来铜材加工行业智能化生产装备线建成投产和颠覆性技术的逐步成熟，正在形成全新的原材料、零部件、工艺装备和在线检测的铜材产业链供应链。尤其是工业机器人、数据通用大模型应用等颠覆性技术创新，改变原有的技术路线、以全新的铜材产品或服务满足已有的市场需求或创造全新的铜材市场需求，带来铜材产品架构、商业模式、应用场景的相应改变^[1] 。尤其是智能化、数字化深度融合，使铜材加工行业进入产业链创新，培育新质生产力发展阶段，为全面提升铜材质量一致性水平提供了良机。

2 铜材质量一致性对接触件性能影响

电连接器可分离性是区别于其它元件的特性或本质。接触件插合接触界面和与电线电缆端接界面的不确定性，是影响电接触可靠性的关键因素。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，铜材质量一致性是直接影响连接器电接触可靠性的关键因素。在所有影响因素中，接触件铜材质量一致性是最根本、最基础的。接触件铜材的合理准确选用是一门跨界交叉科学。在成千上万不同品种规格的铜材中，要准确遴选出合适的接触件铜材并非易事。不仅要熟悉铜合金材料科学，还应熟悉连接器设计结构对其关键核心零件“接触件”的力学、电学和环境性能等要求。接触件铜材加工选材时，应根据用户需求为导向，对铜材的表面质量、尺寸偏差、导电性、屈服强度、延伸率、抗热应力松弛、疲劳强度、耐热性、成型性、耐蝕性、可电镀性和可焊性等特性综合考虑。对铜材尺寸精度要求高、使用环境和寿命严苛的航空、航天、通讯等高可靠电连接器，优先考虑选用进口铜材；而对于一般工业场景使用的电连接器，可选用国产高端铜材。兼顾性价比和交付灵活性，但需加强EDX成分分析和显微硬度等入厂检验。

由于我国电连接器行业大都以仿制为主，没经历正向设计阶段，接触件铜材的牌号、规格、状态的选用依据都引用国外标准。故要深刻理解制定接触件铜件标准（技术特征参数上下限、质量一致性水平）的依据难度很大。必须和家电行业一样，产业链上下游联合开展应用基础研究，创建同类铜材大数据应用共享平台，形成的可靠性系统工程研究良性循环，才能解决接触件铜材研制和实际应用脱节、铜材加工标准技术参数指标（质量一致性）与实际应用有差距等问题。

铜材加工企业开展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阶段（表1）。提升接触件铜材质量一致性水平不是一蹉而蹴的事，而是一个由低到高、循序渐进过程。首先应加强铜材加工企业内部智能制造流程管理，以下游整机配套连接器需求为导向提高铜材产品良率。通过铜材产业链生产、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铜材目标。

表1  接触件铜材可靠性系统工程应用模式

下面重点阐述铜材尺寸偏差、表面粗糙度、晶粒度质量一致性对接触件性能影响：

1）铜材尺寸偏差对接触件性能影响

侧开槽插孔（图1）的片簧，可比作一悬臂梁（图2）。悬臂梁接触正压力和弯曲位移关系计算公式：

F=f·E·b·t³/4·l³；

式中：f片簧弯曲位移、F接触正压力、l片簧长度、t片簧厚度、b片簧宽度、E弹性模量。根据上述公式可知，初始带材冲压或丝材打孔后的插孔片簧厚度偏差对接触正压力作用成三次方影响。稳定的接触正压力是连接器稳定可靠使用的基础。铜材厚度偏差越大，导致铜材存在内应力不均匀，是插孔应力松弛、降低接触正压力的主要原因。例如我国某铜材加工企业生产的0.15mm铜带，厚度偏差达0.016mm，接触正压力波动达27.47%；而日本NGK企业生产的0.15mm铜带，厚度偏差仅0.002mm，接触正压力波动仅3.83%。

图1  侧开槽插孔接触件    

图2 悬臂梁接触正压力和弯曲位移关系

带材厚度更薄或丝材直径更小时，低的厚度(直径)偏差对保证连接器片簧插孔接触件使用稳定性意义更大。日本原田 C5210HQ-H  0.08―0.15mm铜带连续厚度实测偏差±0.002mm（图3）。我国端子连接器用铜及铜合金带箔材标准GB/T34497-2017，0.10mm厚度偏差±0.003mm，博威、兴业等铜材加工龙头企业能供货。

图3 铜材连续厚度实测值记录曲线

2）铜材表面粗糙度对接触件性能影响

接触件铜材表面粗糙会缩小有效接触面积，导致针孔插拔时磨损严重。接触件多次插拔后配合间隙增大，降低接触正压力，增大接触电阻，导致连接器温升增加。交流电或交变磁场导体表面有趋肤效应，铜材表面粗糙会影响接触件表面电流及信号传输。铜材表面粗糙降低接触件抗腐蚀性能，使铜材无法严密与塑料层贴合，腐蚀气体或液体会通过接触件界面缝隙或表面微观凹谷渗漏，影响密封性和抗腐蚀性能。铜材表面粗糙会在微细接触件表面存在较大波峰波谷落差，易引起应力集中，降低接触件疲劳强度与使用寿命。日本原田青铜带C5210HQ-EH 0.06mm  Ra =0.049㎛有粗糙度实测曲线。（图4）。我国端子连接器用铜及铜合金带箔材标准GB/T34497-2017，铜材表面粗糙度无规定。

图4 连续实测铜材表面粗糙度曲线

3）铜材显微组织对接触件性能影响

铜材显微组织对接触件力学性能、工艺性能和耐腐蚀性影响明显。晶粒越细，晶界总面积越大，位错障碍越多，需协调的各向异性越明显，使金属塑性变形抗力越高，即强度和硬度越高。反之晶粒粗大，晶粒各向异性明显，由特定晶粒中应力集中引起的破坏性越大。日本原田青铜带C5210HQ-EH 0.06mm  晶粒度细小度可达3μm（图5）。我国端子连接器用铜及铜合金带箔材标准GB/T34497-2017，晶粒度无规定。

图5  日本原田C5210HQ-EH 0.06mm  晶粒度3μm

德国Wieland、KMD、日本JX等公司对铜合金带材折弯性能有深入系统研究。德国Wieland  B16 SUPRALLOY是标准磷青铜细晶粒版本。因晶粒最大尺寸仅3μm，抗疲劳强度约为60%Rm（1000万次循环后），铜材质量明显高于标准B16。B16 SUPRALLOY化学成分和标准B16磷青铜相同，有相同的良好导电率。B16 SUPRALLOY R670强度相比标准磷青铜R560强度，细晶粒版本改进相应折弯性能同时，B16 SUPRALLOY屈服强度提高130Mpa^[2]。

3 国产和进口接触件铜材质量一致性差距分析

3.1 原材料与成分控制

日本、德国、美国等著名铜材品牌原料纯度较高，如无氧铜C10100、C10200，Pb、Sb等杂质元素控制严格，符合ASTM/JIS等国际标准。铜材成分一致性稳定，批次差异性小，尤其在铍铜、磷青铜等高导高强铜合金领域技术成熟。近年来洛铜、江铜等铜材加工龙头企业铜合金纯度提升明显。但C17200铍铜等高可靠应用领域铜合金成分均匀性与进口仍存在差距。部分铜材加工企业依赖进口铜坯二次加工，铜材产品成分控制受限于上游供应链。

3.2 铜材加工生产工艺与设备

德国维兰德、日本原田等著名铜材加工企业采用连续铸造、精密轧制等工艺，可提供铜材加工工艺成型性更优的超细晶粒磷青铜带材。镀层附着力、抗氧化性等铜材表面处理能力和铜材尺寸公差（±0.01mm级）稳定性高铜带（图6）。

图6  日本原田公司稳定性高铜带内控厚度偏差

我国许多引进进口生产线的铜材加工龙头企业由于对退火温度曲线等工艺优化经验不足，导致不同批次机械性能波动性大，小企业仍存在熔炼杂质过滤不彻底，冷轧变形不均匀等问题。

3.3 铜材性能一致性对比

1）导电率

进口无氧铜导电率≥101%IACS（国际退火铜标准），国产高端铜材产品可达同等水平，但T2等普通牌号波动达98-101。

2）机械性能

德国维兰德等进口铜材抗拉强度屈服强度和延伸率标准差很小，可小于5Mpa。国产同规格、同牌号铜材标准差比进口大，为小于8Mpa。

3）寿命测试

国产和进口铜材在插拔寿命温升等可靠性对比测试中，进口铜材的失效数据分布更集中。

3.4 标准与质控体系

进口铜材执行ASTM系列、EM13601等标准，铜材加工严格执行6西格玛质量流程管理。去年工信部发布有色金属行业制定的“连接器用铍铜丝”标准YS/T1714-2024^[3]。今年工信部对500项行业标准报批公示中，又有博威合金、江西楚江、宁波兴敖达等单位起草的“汽车连接器用高强导电铜合金线材”冶金行业标准YS/T1793-2025^[4]，对解决“卡脖子”关键接触件铜材加工替代进口意义深远。

表2    几种常用接触件铜材牌号对照

国产铜材仿制美标ATSM的国标“加工铜及铜合金牌号和化学成分”GB/T5231-2012，新增铜及铜合金代号表示方法，为以T为首字母加5位数字，等同采用美国铜材牌号的铜合金，仍采用美国牌号的铜材数字编号。但实际宣贯铜材加工执行标准时，除少数铜材加工企业如博威等能按此新增规定命名牌号外，各铜材加工企业由于历史原因牌号命名方法不一致（表2）。许多铜材加工企业认为：只要本企业原来没有的，仿制成功就是“新材料”。由于各铜材加工企业相同合金成分铜材牌号命名都不一致，难以组织开展接触件铜材质量一致性评比活动。在实际执行中，部分铜材加工企业还存在检测项目不全（如晶间腐蚀试验）和抽样率低等问题。我国要自主创建“接触件铜材质量控制标准体系”任重道远。

5 开展接触件铜材质量一致性研究的二项建议

近年来通过铜材产业链联合创新，博威合金、兴业盛泰、陕西斯瑞、苏州金江等铜材加工企业，和中航光电、航天电器等连接器龙头企业、中南大学、江西理工大学等高校合作开展以实现替代进口同类接触件铜材为目标的“产、学、研”结合的应用基础研究初见成效，部分高强度、高电导接触件铜板带和棒线材料已能替代进口。过去铜材生产与应用脱节，造成铜材研究和标准制定流于表面化，使铜材很难适应不同应用领域的差异化工艺技术要求的情况有所改观。但由于缺乏铜材加工顶层设计和可靠性系统工程专业和管理人才研究，我国接触件铜材自主创新能力和铜材应用基础研究仍十分薄弱，

作者出于对实现“卡脖子”关键触件铜材替代进口目标的关注，曾多次亲临铜材加工企业现场调研接触件铜材质量一致性数理统计情况，发现目前还很少有铜材加工企业和个人能静下心来，用数据来梳理本企业和进口同类接触件铜材质量一致性水平差距。

为此，特提出以下开展接触件铜材质量一致性研究的二项建议：

5.1 组织开展接触件铜材质量一致性研究

随数字化转型、产业链创新和智能制造技术发展，许多“事后检验”铜材标准已不适应“生产过程质量控制”的实际需求。迫切需要在政府主管部委领导和政策支持下，构建“政、产、学、研、用、金”结合的“数据共享”合作共嬴平台，充分利用接触件铜材生产过程控制在线数据，实现“线上+线下”、“企业+院所”数据互联互通，开展接触件铜材智能制造质量与可靠性铜材加工试验研究。例如铜带厚度偏差对插孔接触件分离力波动（质量一致性）十分敏感。每卷铜带生产过程中厚度偏差实时监测铜材产品数据，对实现接触件铜带“替代进口”目标，就是有用信息。应向世界一流铜材加工企业学习，充分利用智能制造在线检测铜材产品数据，开展制定在线检测+定时监测的新型铜材质量一致性检验标准研究。

为破解困扰连接器行业自主创新的，“卡脖子”关键接触件铜材依赖进口难题。建议中电元协接插件分会联合铜材加工行业协会，根据2024年工信部发布组织开展大企业“发榜”中小企业“揭榜”工作通知精神，动员连接器龙头企业提出拟请中小企业“揭榜”攻关的接触件铜材创新需求，发榜龙头企业根据“揭榜”企业团队水平、研发能力、攻关方案与需求匹配度等组织遴选，每项需求选择1-2家“揭榜”企业。由龙头企业与“揭榜”中小企业自主确立合作关系。省级中小企业主管部门要动员中小企业服务机构、平台企业、高校、科研院所、金融机构等加强服务支撑，为协同攻关提供中试验证、知识产权申报和管理、融资促进、市场开拓等服务。这是在市场经济体制下铜材产业链创新，开展国产接触件铜材质量一致性研究，为实现替代进口铜材目标寻求科学依据的探索和践行。

开展上述连接器龙头企业“发榜”铜加工中小企业“揭榜”工作，是接触件铜材产业链创新的实战训练，有助于在实践中培育跨界、跨专业的接触件铜材产业链创新和可靠性系统工程技术和管理人才。

5.2举办“接触件铜材质量一致性团体赛”

“工业互联网发展行动计划(2021-2023)”指出:要推动形成各方积极参与的团体赛模式。铜材加工企业不能单打独斗。要充分调动工业企业、基础电信企业、工业软件企业、工业控制企业、设备制造企业、铜材加工解决方案提供商等各方积极性，推动形成主体多元、协同创新的铜材产业生态和“团体赛”模式。

连接器企业产品要争创“世界一流品牌”，必须从基础铜材和零件的品质抓起，深刻认识与进口同类铜材品质存在差距根源。建议在政府主管部门领导下，行业协会牵头联合工信部电子四院、五所等标准和质检第三方组织举办“接触件铜材质量一致性”团体赛。接触件铜材产业链上数字化转型升级已取得成效的上下游企业都可报名参加（图7）。

图7  “接触件铜材质量一致性”团体赛流程

由不涉参与方利益的铜材产品专家组成评委会，以NGK等世界一流品牌同类铜材产品质量标准为标杆，按评判标准给各参与单位给予评分和评价。举办团体赛宗旨是通过“比、学、赶、帮、超”，为实现替代进口铜材目标，制定接触件铜材行业标准和优选目录提供科学依据。建议团体赛可分二步走；第一步行业层面组织，由行业协会联合质检第三方组成评委会，经调研选择量大面广的“卡脖子”关键接触件铜材为考评对象，在相同铜材加工工艺成型条件下，对国产和进口铜材质量一致性进行对比分析后作出评价和改进意见。第二步国家层面组织，由行业协会联合工信部电子四院、五所等标准和质检第三方组织举办“接触件铜材质量一致性”团体赛。目的是为制定接触件铜材质量一致性行业标准提供科学依据。

参考资料

[1]  杨奋为  铜加工行业培育新质生产力研讨    国际线缆与连接   2025年1&2月合刊

[2]  德国Wieland   连接器用铜带产品说明书   2024年

[3] 工信部发布2项连接器相关标准   中国电科 40 所信标中心  2024 年 第 5 期

[4] “汽车连接器用高强导电铜合金线材”标准报批公示   中国电科 40 所信标中心  2025 年 第 1 期