鋁合金除了具有較好的力學(xué)性能外,還具有較高的電導(dǎo)率,因此也常被用作電工材料。與常用的銅導(dǎo)體材料相比,鋁合金導(dǎo)線材料具有密度小、重量輕、價(jià)格便宜等特點(diǎn)而得到越來越多的使用,例如架空輸電線路所使用的導(dǎo)線、汽車電瓶線及線束原線、高壓隔離開關(guān)等。但是純鋁的強(qiáng)度很低,難以得到實(shí)際應(yīng)用,而鋁的強(qiáng)化方式,如固溶強(qiáng)化、加工硬化、細(xì)晶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化等,均是增加了缺陷（包括點(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷）的密度,在阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)也對(duì)電子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了強(qiáng)烈的散射作用,導(dǎo)致電導(dǎo)率降低。這種強(qiáng)度與電導(dǎo)之間的互斥關(guān)系使得高強(qiáng)度和高電導(dǎo)難以兼得,因此成為了制約新型鋁導(dǎo)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(dǎo)線材料,通過系統(tǒng)地表征材料的微觀組織,并與力學(xué)性能和電導(dǎo)性能分別建立關(guān)聯(lián),充分理解性能與微觀組織之間的關(guān)系,從而優(yōu)化加工/熱處理工藝,以實(shí)現(xiàn)微觀組織的設(shè)計(jì),進(jìn)一步改善力學(xué)/電學(xué)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(shí)效處理對(duì)合金組織及性能的影響,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了導(dǎo)線的工藝優(yōu)化。研究結(jié)果表明:（i）隨著... 

【文章來源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

(a)鋼芯鋁絞線；(b)全鋁合金導(dǎo)線示意圖

1文獻(xiàn)綜述3金，國際上主要有八個(gè)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(dǎo)體材料，無論哪種形式，都需要材料具有高的導(dǎo)電率同時(shí)需要具有一定的強(qiáng)度，因此需要對(duì)合金進(jìn)行改性，并研究對(duì)合金性能的影響，以此進(jìn)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(guān)的不同導(dǎo)電部位【6】Fig1-2Avarietyofaluminumandaluminumalloymaterialsfordifferentconductivepartsofhighvoltagedisconnectors1.2鋁合金強(qiáng)化機(jī)制及方法鋁合金的強(qiáng)化機(jī)制主要包括固溶強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化及析出強(qiáng)化。在Al基體中固溶原子，會(huì)引起晶格發(fā)生畸變、固溶原子發(fā)生偏聚等，這些缺陷會(huì)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而可以提高合金的強(qiáng)度【15,16】，這就是固溶強(qiáng)化。固溶強(qiáng)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(yīng)溶質(zhì)原子的濃度；jk——相應(yīng)的比例因子；j——合金中的溶質(zhì)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(duì)其合金性能進(jìn)行調(diào)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(nèi)部會(huì)產(chǎn)生大量位錯(cuò)等缺陷，位錯(cuò)密度的增加可以提高合金強(qiáng)度。位錯(cuò)引起合金的強(qiáng)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(xué)碩士學(xué)位論文6圖1-3合金元素固溶量對(duì)鋁合金電導(dǎo)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(dǎo)電性好，耐腐蝕性能好，焊接性能好，但其不可熱處理強(qiáng)化，強(qiáng)度低，耐熱性差，因此不能直接用作要求強(qiáng)度高、耐熱性好的導(dǎo)體材料，如導(dǎo)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(dǎo)電率、強(qiáng)度以降低線損并有效控制成本成為當(dāng)前耐熱鋁合金導(dǎo)線亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題，對(duì)其添加微量合金元素進(jìn)行改性是提高其強(qiáng)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(jié)晶發(fā)生。時(shí)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(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)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(duì)于開發(fā)熱穩(wěn)定的析出強(qiáng)化鋁合金具有特殊的前景【34】。Zr擴(kuò)散系數(shù)小，析出速率慢，在400℃下，Zr在缺陷較少的Al中的擴(kuò)散速率約為1.20×10-20m2/s，比Al的自擴(kuò)散速率低5個(gè)數(shù)量級(jí)【35】，可以看出，Zr在缺陷較少的Al中的時(shí)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(dǎo)率的非常大的因素是固溶的Zr，其比析出形式高兩個(gè)數(shù)量級(jí)。當(dāng)Zr的固溶量為0.01%Zr(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí)，Al-Zr合金電阻率的為0.17×10-18·m(0.99%IACS)，而0.1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Al3Zr對(duì)合金電阻率的影響僅為4×10-1


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