细晶、固溶Zr原子过时效析出与冷拔形变强化协同，实现高强高导耐热铝合金导线性能新突破
输电线路导线是电力输送“血管”。提高导线导电率、强度和耐热性，是降低能源损耗、提高输电容量，满足特高压、远距离、大容量输电需求最有效的途径。然而，由于材料的导电率与强度、耐热性能存在制约关系，现有NRLH3/AT3耐热铝合金导线导电率一直局限于60%IACS左右，其4mm直径单丝强度通常在160MPa左右。开发强度更高、导电率更好、耐热性能出色的高强高导耐热铝合金导线的需求日益迫切。
昆明理工大学黎振华与北京航空航天大学肖文龙、马朝利团队合作，在前期研究中，系统地研究了不同生产工艺对AlZr合金导线微观组织与强度、导电率和耐热性能的影响。结果表明，峰时效工艺下，基体残留的固溶Zr原子严重危害导电率。基于此，本文提出了一种工业生产条件下有效提高耐热铝合金导线导电率和强度的新方法。这一方法充分利用连续铸轧细化合金晶粒、过时效充分析出固溶Zr原子和冷拔形变强化，成功制备了强度195±2 MPa，导电率61.1% IACS，耐热性能优秀的4mm直径耐热铝合金导线。论文研究了该方法各阶段合金的微观组织演变，并阐明了其与导线强度、导电率与耐热性能的关系。与已有耐热铝合金导线研究成果相比，该方法生产的导线具有出色的强度、导电率和耐热性。
论文创造性提出通过过时效充分析出固溶Zr原子显著提高合金导电率以弥补冷拔形变导致的导电率降低，而以冷拔形变强化提升导线单丝的强度，制备出强度、导电率、耐热性优异的高强高导铝合金导线。该研究对耐热铝合金导线的发展与应用具有重要意义。相关的工作以题为“Achieving superior strength and conductivity for Al-Zr-Sc wires by coupling design of deformation and ageing”的研究论文发表在Materials Research Letters上。昆明理工大学材料科学与工程学院博士生范思越为论文的第一作者，昆明理工大学黎振华教授和北京航空航天大学肖文龙副教授为共同通讯作者，昆明理工大学严鹏博士等参加了部分工作，合作单位还包括北航云南创新研究院、天目山实验室和中国科学院金属所等。
论文链接：
https://doi.org/10.1080/21663831.2024.2360161
图1 不同工艺制备的Al-0.2Zr-0.06Sc合金的STEM结果:(a1-a3)明场相；(b1-d1) Al-Fe-Si杂质相及Fe、Si元素能谱图；(b2和b3)暗场相；(c2和c3)对应的粒径分布；(d2, d3)高分辨率透射电镜(HRTEM)显微照片及其相应的FFT图像；(a4-d4) Al3(Zr,Sc)析出相的高角环形暗场(HAADF)显微照片及能谱图。其中(a2-d2)棒在250℃/24 h + 395℃/168 h时效。
图2 Al-0.2Zr-0.06Sc 合金的取向分布图: (a1-c1)as-CCDRed样品；(a2-c2)250°C/24 h + 395°C/168 h的时效样品；(a3-c3)as-drawn样品；(a1-a3)径向；(b1-b3)晶粒尺寸分布；(c1-c3)轴向。(d)样品观察示意图；(e) 与晶粒长度和宽度相对应的统计结果。DD：变形方向；RD：轧制方向。
图3 制备的高强高导铝合金导线4mm单丝的性能对比(CD：冷拔；A：时效处理；CCDR：连铸连轧；HR：热轧；CR：冷轧；AN：退火处理；and HPT：高压扭转)
图4 微观组织对电阻率的定量计算与加工过程中电导率的变化
作者通过EBSD和TEM对不同加工阶段的Al-Zr-Sc合金进行了详细表征，研究了加工过程中的微观组织演变与力学性能变化。结果表明，优化工艺后连铸连轧细晶强化、时效析出强化和形变强化为铝合金导线提供了出色的强度（195±2 MPa）；固溶Zr原子过时效充分析出弥补了冷拔形变引入高密度位错导致的导电率降低，改善了导线的导电率(61.1% IACS)。由于Al3(Zr,Sc)析出相的钉扎效应，导线具有出色的热稳定性，280℃保温1小时后强度保持率高达94%。论文提出的加工新方法可以实现铝合金导线强度、导电率与耐热性能的良好结合，研究结果有助于推进高强高导耐热铝合金导线的生产与应用。
本文来自：Materials Research Letters。
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