鋁合金除了具有較好的力學性能外,還具有較高的電導率,因此也常被用作電工材料。與常用的銅導體材料相比,鋁合金導線材料具有密度小、重量輕、價格便宜等特點而得到越來越多的使用,例如架空輸電線路所使用的導線、汽車電瓶線及線束原線、高壓隔離開關等。但是純鋁的強度很低,難以得到實際應用,而鋁的強化方式,如固溶強化、加工硬化、細晶強化、析出強化等,均是增加了缺陷（包括點缺陷、線缺陷和面缺陷）的密度,在阻礙位錯運動的同時也對電子的運動產(chǎn)生了強烈的散射作用,導致電導率降低。這種強度與電導之間的互斥關系使得高強度和高電導難以兼得,因此成為了制約新型鋁導線材料高性能發(fā)展的瓶頸。本文分別研究了 Al-Zr和Al-Mg-Si-Sc兩種體系的鋁合金導線材料,通過系統(tǒng)地表征材料的微觀組織,并與力學性能和電導性能分別建立關聯(lián),充分理解性能與微觀組織之間的關系,從而優(yōu)化加工/熱處理工藝,以實現(xiàn)微觀組織的設計,進一步改善力學/電學性能。在Al-Zr系的研究中,分別研究了不同Zr含量（0.05,0.15,和0.25 wt%）下加工變形和時效處理對合金組織及性能的影響,在此基礎上進行了導線的工藝優(yōu)化。研究結果表明:（i）隨著... 

【文章來源】：西安理工大學陜西省

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

(a)鋼芯鋁絞線；(b)全鋁合金導線示意圖

1文獻綜述3金，國際上主要有八個系列，分別1XXX系列，工業(yè)純鋁板、2XXX系列Al-Cu、Al-Cu-Mn合金、3XXX系列Al-Mn合金、4XXX系列Al-Si合金、5XXX系列Al-Mg合金、6XXX系列Al-Mg-Si合金、7XXX系列Al-Zn-Mg合金、8XXX系列。其中1系、6系鋁合金經(jīng)常被用作各種導體材料，無論哪種形式，都需要材料具有高的導電率同時需要具有一定的強度，因此需要對合金進行改性，并研究對合金性能的影響，以此進行工藝優(yōu)化。圖1-2多種鋁及鋁合金材料用于高壓隔離開關的不同導電部位【6】Fig1-2Avarietyofaluminumandaluminumalloymaterialsfordifferentconductivepartsofhighvoltagedisconnectors1.2鋁合金強化機制及方法鋁合金的強化機制主要包括固溶強化、位錯強化、細晶強化及析出強化。在Al基體中固溶原子，會引起晶格發(fā)生畸變、固溶原子發(fā)生偏聚等，這些缺陷會阻礙位錯運動，從而可以提高合金的強度【15,16】，這就是固溶強化。固溶強化效果ss可以表示為：2/3ssjjjqC，（1-1）式中：jC——鋁合金固溶體中相應溶質原子的濃度；jk——相應的比例因子；j——合金中的溶質元素。鋁合金常用主要的合金化元素包括Cu、Mg、Si、Mn、Zn等，如工業(yè)純鋁板、Al-Cu(Mn)合金、Al-Mn合金、Al-Si合金、Al-Mg合金、Al-Mg-Si合金、Al-Zn-Mg合金。除了上述主要合金化元素外，還加入一些微量元素對其合金性能進行調整，如Ti、La、Zr、Sc、Ce、Ag等【17,18】。經(jīng)過劇烈的塑性變形后，鋁合金內部會產(chǎn)生大量位錯等缺陷，位錯密度的增加可以提高合金強度。位錯引起合金的強化可以表示為【19,20】：1/2dMGb(1-2)式中：——0.33的常數(shù)；M——泰勒因子；

西安理工大學碩士學位論文6圖1-3合金元素固溶量對鋁合金電導率的影響【29】Fig1-3Effectofsolidsolutioncontentofalloyelementsonelectricalconductivityofaluminumalloy1.4Al-Zr體系研究現(xiàn)狀盡管1xxx系鋁合金含鋁99.00%以上，導電性好，耐腐蝕性能好，焊接性能好，但其不可熱處理強化，強度低，耐熱性差，因此不能直接用作要求強度高、耐熱性好的導體材料，如導線等。在保證較高載流量的前提下，如何提高耐熱鋁合金的導電率、強度以降低線損并有效控制成本成為當前耐熱鋁合金導線亟待解決的關鍵技術問題，對其添加微量合金元素進行改性是提高其強度的主要方法。其中Zr是常用的微量化合金元素之一，從Al-Zr二元相圖圖1-4可以看出，Zr在Al中的固溶度低，易于形成熱穩(wěn)定性較高的Al3Zr，這可以阻礙晶粒粗化，阻礙合金的再結晶發(fā)生。時效后，過飽和的Al-Zr固溶體的分解成具有亞穩(wěn)態(tài)立方L12結構（結構和化學性質類似于Ni基高溫合金中的Ni3Al(c0)相【30】的Al3Zr析出相。在較高的同源溫度下是高度穩(wěn)定的。Fine和同事【31-33】提出，通過減少Al3Zr與α-Al固溶體之間的晶格參數(shù)失配，可以獲得更大的穩(wěn)定性。因此，Al-Zr系統(tǒng)對于開發(fā)熱穩(wěn)定的析出強化鋁合金具有特殊的前景【34】。Zr擴散系數(shù)小，析出速率慢，在400℃下，Zr在缺陷較少的Al中的擴散速率約為1.20×10-20m2/s，比Al的自擴散速率低5個數(shù)量級【35】，可以看出，Zr在缺陷較少的Al中的時效析出過程十分緩慢，而且Al3Zr難以充分析出。從上圖1-3可以看出，不利Al-Zr合金電導率的非常大的因素是固溶的Zr，其比析出形式高兩個數(shù)量級。當Zr的固溶量為0.01%Zr(質量分數(shù))時，Al-Zr合金電阻率的為0.17×10-18·m(0.99%IACS)，而0.1%(質量分數(shù))Al3Zr對合金電阻率的影響僅為4×10-1


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