第二相对铝合金导电及力学性能的影响与调控

发布时间：2017-07-17 09:21

  本文关键词：第二相对铝合金导电及力学性能的影响与调控

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【摘要】：随着铝合金在电力传输领域应用的不断推广,对其导电性能的要求也越来越高。铝合金在凝固及热处理过程中会析出各种第二相,外加法亦可引入异相粒子,一直以来关于它们对铝合金力学性能的影响研究较多,但其对铝合金导电性能的影响尚不明确。因此,本文对导电铝合金生产中较常见的富Fe相等第二相对合金电导率的影响进行了研究,进而为提高导电铝合金的综合性能和工业生产提供必要的技术支持。本文首先研究了导电铝合金中富Fe相随Si含量及热处理工艺的演变规律及对合金电导率的影响,初步探讨了铝合金中富Fe相成分、形貌及分布对合金导电性能的影响。随后,通过改变热处理时间,研究6063铝合金中时效相的形成及变化对合金电导率的影响。最后,通过在铝合金中引入Al3BC等异相粒子,探索合金中外加异相粒子及其成分、形貌、分布对合金导电性能及拉伸性能的影响规律。本文的主要研究工作及总结如下：(1) Fe、Si成分调控对1070导电铝第二相及合金性能的影响研究发现,高纯铝中加入少量的Si元素,其电导率显著下降。但在Al-0.1Si合金中加入一定量的Fe元素,基体中产生网状α-Al8Fe2Si共晶相,合金的电导率增大α-Al8Fe2Si共晶相经过高温长时间的均匀化处理后会发生形貌及成分演变,合金的室温抗拉强度及电导率均明显提高。分析发现,α-Al8Fe2Si共晶相的演变是一种溶解与再析出的过程,与合金中Fe、Si元素在高温下的扩散过程以及相界面处的晶格缺陷有关,提高合金的均匀化温度以及添加晶粒细化剂等方法均可大幅度缩短其演变所需时间。(2) Al-Mg-Si合金中第二相的形成对合金导电性能的影响首先,研究了固溶及时效温度对Al-0.5Mg-0.35Si合金电导率的影响。研究发现,合金的强度与电导率在一定时间内随时效时间延长而提高。另外,在相同的时效温度和时间下,提高固溶温度使合金电导率下降；相同的固溶条件下,提高时效温度可以改善合金(相同时效时间下)的电导率,且合金的电导率与生成的弥散强化相的尺度相关。其次,研究表明Al-0.5Mg-0.35Si合金中加入Fe元素时,其电导率随Fe含量的增加而提高,但合金的强度与硬度随Fe含量的增加而大幅度降低。研究发现,Si元素在合金凝固过程中参与形成α-Al8Fe2Si共晶相,造成了固溶强化元素的损失,且损失的这部分Si难以重新固溶回a-A1基体中,因而时效后生成的弥散Mg2Si相减少,合金电导率升高,但力学性能有较大程度下降。进一步研究发现,合金的力学性能可在额外添加一定量的Si元素后得到提升。将Al-Mg-Si-Fe四元合金在固溶处理前进行长时间的均匀化处理(630℃),合金的电导率及力学性能均得到较大程度提升,研究认为合金性能的提高与合金中α-Al8Fe2Si共晶相在均匀化时发生的形貌、成分演变有关。另外,研究还发现,合金经过均匀化处理后,其在高温下的强度较Al-Mg-Si合金有较大提高。(3) Al-B-C中间合金对1070铝合金电导率的影响在工业纯铝中添加3wt.%的Al-8B-2C中间合金后,不仅电导率提高了0.8%IACS(International Association of Classification Societies),而且合金的拉伸强度提高了43.9%。研究发现,本实验采用的Al-8B-2C中间合金中含有Al3BC粒子及AlB2粒子。添加至工业纯铝中后,Al3BC异相粒子产生的细晶强化与弥散强化提高了合金的强度,A182异相粒子对过渡族杂质元素的净化作用降低了合金的电阻。两种第二相粒子的协同作用使工业纯铝的力学与导电性能得以同时改善。
【关键词】：铝合金 导电性能 富Fe相 Al-8B-2C中间合金
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.21
【目录】：

• 摘要10-12
• Abstract12-15
• 第一章 绪论15-27
• 1.1 引言15
• 1.2 铝合金在电力工业的应用现状15-17
• 1.2.1 架空输电用铝合金导线及其发展15-16
• 1.2.2 钢铝复合导电轨材料的现状及其发展16
• 1.2.3 导电用铝合金及其发展16-17
• 1.3 金属的导电性17-18
• 1.3.1 金属的导电机理17-18
• 1.3.2 影响铝合金导电性的因素18
• 1.4 金属的强化18-19
• 1.4.1 固溶强化18-19
• 1.4.2 细晶强化19
• 1.4.3 形变强化19
• 1.4.4 第二相粒子强化19
• 1.5 影响导电铝合金综合性能的因素及提高途径19-20
• 1.5.1 化学成分对导电铝合金性能的影响19-20
• 1.5.2 气体与夹杂对导电铝合金性能的影响20
• 1.5.3 制备方法与工艺的影响20
• 1.6 本论文的研究意义及主要内容20-21
• 参考文献21-27
• 第二章 试验材料与研究方法27-33
• 2.1 引言27
• 2.2 技术路线27-28
• 2.3 试验用原材料28
• 2.4 试验设备和仪器28
• 2.5 试样的制备与分析28-29
• 2.5.1 样品制备28-29
• 2.5.2 样品分析仪器29
• 2.6 材料性能测试29-33
• 2.6.1 电导率测试试验29-30
• 2.6.2 拉伸试验30
• 2.6.3 布氏硬度测试30-31
• 2.6.4 晶粒细化试验31-33
• 第三章 富Fe相形成及演变对高纯铝导电与力学性能的影响33-47
• 3.1 引言33
• 3.2 富Fe相形成对含Si高纯铝导电与力学性能的影响33-36
• 3.3 富Fe相演变过程及其对高纯铝电导率的影响36-39
• 3.4 富Fe相演变机理分析及影响因素39-44
• 3.4.1 富Fe相演变机理分析39-41
• 3.4.2 均匀化温度对富Fe相演变的影响41-42
• 3.4.3 晶粒细化对富Fe相演变的影响42-44
• 3.5 本章小结44
• 参考文献44-47
• 第四章 Al-Mg-Si合金中第二相的形成对合金电导率的影响47-61
• 4.1 引言47
• 4.2 Al-Mg-Si合金中弥散Mg_2Si相的形成对合金性能的影响47-49
• 4.3 Al-Mg-Si合金中富Fe相的形成对合金性能的影响49-55
• 4.3.1 Fe元素加入量的影响49-52
• 4.3.2 增加Si量对Al-Mg-Si-Fe合金性能的影响52-55
• 4.4 均匀化处理对Al-Mg-Si-Fe合金中富Fe相演变及合金性能的影响55-58
• 4.5 本章小结58-59
• 参考文献59-61
• 第五章 Al-8B-2C中间合金对1070导电铝综合性能的影响61-71
• 5.1 引言61
• 5.2 Al-8B-2C中间合金的微观组织与相组成61-62
• 5.3 添加Al-8B-2C中间合金对1070导电铝性能的影响62-64
• 5.3.1 对导电性能的影响规律62-63
• 5.3.2 对力学性能的影响规律63-64
• 5.4 影响机理分析64-67
• 5.5 本章小结67
• 参考文献67-71
• 第六章 结论71-73
• 致谢73-75
• 附录75-77
• 附录(Ⅰ) 发表论文75
• 附录(Ⅱ) 参加学术会议75
• 附录(Ⅲ) 参与科研项目75-76
• 附录(Ⅳ) 所获奖励76-77
• 学位论文评阅及答辩情况表77

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本文编号：552940