摘要
近年来，随着我国经济的迅速发展，使得用电负荷急剧增长，且大容量、高电压、远距离的架空输电线路正在不断建设，这就要求导线具有更高的输送能力来降低输电损耗，而导线的输送能力和输电效率与其强度、导电性以及耐热性等综合性能息息相关。本文以Al-Zr合金为体系，通过La、Ce、Sc等元素的微合金化，制备了一系列Al-Zr-RE合金，并通过热处理工艺来进一步改善合金的强度和导电率。采用OM、SEM、EBSD、涡流电导率仪以及电子万能试验机等设备研究了微量稀土元素对Al-Zr合金的微观组织、力学性能、导电性能以及耐热性能的影响，探究了最佳的热处理工艺，进而制备了一种强度和导电率具有良好匹配的高强耐热高导电铝合金导线。本文的主要研究结果如下： 比较Al-xZr-0.3RE合金(x=0.1、0.2)在铸态下的导电性能与力学性能，发现添加不同含量的Zr元素与不同稀土元素的添加对降低合金导电性以及提高合金力学性能的影响程度为：Sc＞Ce＞La。其中Al-0.1Zr-0.3La合金的导电率最高，为58.34%IACS；Al-0.2Zr-0.3Sc合金的抗拉强度最高，为73.2MPa。对部分Al-xZr-0.3RE合金进行热轧处理，其中综合性能最好的是Al-0.1Zr-0.3Sc合金，其抗拉强度、导电率以及280℃×1h的强度残余率分别为157.7MPa、57.59%IACS、90.3%。确定了最佳的高强耐热高导电铝合金导线体系为Al-Zr-Sc合金。 对于Al-Zr-Sc合金体系，与单级时效相比，在250℃和400℃下的双级时效效果要优于单级时效。其中Al-0.18Zr-0.06Sc合金的最佳时效工艺为250℃×24h+400℃×24h，此时显微硬度为64.5HV，导电率为60.63%IACS，抗拉强度为152.1MPa，强度残余率为96.4%；Al-0.04Zr-0.12Sc合金的最佳时效工艺为250℃×36h+400℃×14h，此时显微硬度为61.3HV，导电率为61.01%IACS，抗拉强度为145.3MPa，强度残余率为92.5%。 通过热挤压和冷拔工艺制备了Al-0.18Zr-0.06Sc合金导线。热处理后的合金经过塑性变形后，合金导线的强度明显提高，但其导电率大幅降低。此时导线的抗拉强度为203.4MPa，导电率为58.12%IACS。经过400℃退火处理后，随着退火时间的增加，导线的抗拉强度随之下降，其导电率逐渐上升。当退火工艺为400℃×18h时，导线的综合性能最佳，其抗拉强度、电导率、伸长率和280℃×1h的强度残存率分别为164.1MPa、61.06%IACS、8.3%、98.2%。
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