高性能稀土铝合金导体材料研究

发布时间：2017-05-14 01:04

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【摘要】：随着我国经济的快速发展，电力系统的大发展、大规模的基础建设，我国对电线电缆的需求量快速的增长。目前我国电线电缆的导体材料大部分采用是铜导体，但由于我国铜资源紧张，铜价居高不下，铜导体材料占据铜电线电缆成本的约70%，，导致制造铜电线电缆的成本太大；若使用纯铝导体材料，经过我国长期的使用发现纯铝导体材料长期运行或电流过载后会发生较大的蠕变，导致接触电阻增大，易引起事故，且弯曲性能不好，易开裂或折断，同样易引发事故。因此，铝合金导体材料的研究势在必行。 本文采用正交试验方案，通过自硬树脂砂型铸造、旋锻加工等工艺制备稀土铝合金杆，测试其抗拉强度、断裂延伸率、导电率，研究合金元素铁、铜、镁、铈对稀土铝合金导体材料力学性能与导电性能的影响，旨在获得一种具有高的导电性和良好机械性能的稀土铝合金导体材料的最佳配方。研究结果表明：合金元素铁、铜、镁、铈的加入提高了稀土铝合金导体材料抗拉强度，而且铁元素对其抗拉强度的影响最大，其次是镁、铜、铈；合金元素铁、镁的加入降低了稀土铝合金导体材料的断裂延伸率，而且铁元素对稀土铝合金导体材料的断裂延伸率的影响较大，在稀土铝合金导体材料中加入0.10%~0.40%的铜元素，随着铜元素含量的增加稀土铝合金导体材料的断裂延伸率先有所增长继而降低，但是变动数值较小，说明铜元素对稀土铝合金导体材料的断裂延伸率影响较小，在稀土铝合金导体材料中加入0.10~0.30%的稀土元素铈，当稀土铝合金导体材料中稀土元素铈的含量高于0.1%而低于0.2%时，随着铈元素含量的增加，稀土铝合金导体材料的断裂延伸性逐渐降低，当稀土铝合金导体材料中稀土元素铈的含量大于0.2%而小于0.3%时，随着铈元素含量的增加，稀土铝合金导体材料的断裂延伸率逐渐提高；合金元素铁、铜、镁的加入降低了稀土铝合金导体材料的导电率，而且铁元素对稀土铝合金导体材料的导电率的影响较大，其次是镁元素、铜元素，在试验范围内向稀土铝合金导体材料中加入稀土元素铈，随着稀土元素铈含量的增加，稀土铝合金导体材料的导电率逐渐增大；综合考虑试验分析结果及实际应用中对稀土铝导体材料力学性能和导电性能的要求，其最佳的合金元素成分配比是0.25%Fe、0.40%Cu、0.05%Mg、0.30%Ce、0.008%B、其余为铝及不可避免的杂质。 在确定稀土铝合金导体材料的最佳合金元素成分配比后，采用连铸连轧、拉拔制备化学成分为最佳合金元素成分配比的稀土铝合金导线，对经过了冷拉变形的稀土铝合金导线进行不同工艺参数退火处理，测试其抗拉强度、断裂延伸率、电阻率、导电率，研究退火处理工艺对稀土铝合金导线力学性能与导电性能的影响。研究结果表明：退火处理可以降低稀土铝合金导线的抗拉强度，提高其断裂延伸率，而且退火温度相同时，随着保温时间的增加，稀土铝合金导线的抗拉强度逐渐降低、断裂延伸率逐渐增大，退火处理的保温时间相同时，随着退火温度的增大，稀土铝合金导线的抗拉强度不断的降低、断裂延伸率不断的增加，退火处理的退火温度（在一定的范围内）和保温时间达到一定值时，随着退火温度或者保温时间的增加，稀土铝合金导线的抗拉强度与断裂延伸率变化不大；退火处理可以降低稀土铝合金导线的电阻率，提高其导电率，而且退火温度相同时，随着保温时间的增加，稀土铝合金导线的电阻率逐渐减小、导电率逐渐增大，退火处理的保温时间相同时，随着退火温度的增大，稀土铝合金导线的电阻率逐渐减小、导电率逐渐增大；综合考虑实验分析结果与实际应用中电线电缆线芯对铝合金导线力学性能和导电性能的要求，其最佳的退火处理工艺参数是退火温度310℃，保温时间30分钟，直接空冷，经该退火处理工艺处理的稀土铝合金导线，抗拉强度为129N/mm~2，断裂延伸率为15.0％，电阻率为2.782×10~(-8)Ω·m，导电率为62％IACS。
【关键词】：稀土铝合金 抗拉强度 断裂延伸率 电阻率 导电率 退火处理
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG146.21;TM241
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-10
• 致谢10-15
• 第一章 绪论15-27
• 1.1 引言15-16
• 1.2 铝合金导体材料在电线电缆中的应用现状16-17
• 1.3 铝合金导体材料的研究现状17-21
• 1.3.1 国外研究状况17-19
• 1.3.2 国内研究状况19-21
• 1.3.2.1 稀土铝合金导体材料研究现状20-21
• 1.3.2.2 硼铝合金导体材料研究现状21
• 1.4 影响铝合金导体材料性能的因素21-25
• 1.4.1 化学成分21-23
• 1.4.1.1 基本杂质元素22-23
• 1.4.1.2 微量杂质元素23
• 1.4.2 气体23-24
• 1.4.3 夹杂24
• 1.4.4 生产工艺24-25
• 1.5 课题的来源、研究意义及主要内容25-27
• 1.5.1 课题的来源25
• 1.5.2 课题研究意义25
• 1.5.3 课题的主要研究内容与创新点25-27
• 第二章 稀土铝合金导体材料试验方法及设备27-38
• 2.1 试验方案27
• 2.2 试验原材料27-29
• 2.2.1 试验用纯铝27-28
• 2.2.2 试验用合金元素28-29
• 2.2.3 试验用熔剂及铝箔29
• 2.3 试验用仪器设备29
• 2.3.1 熔炼设备29
• 2.3.2 加工设备29
• 2.3.3 导电率、抗拉强度及延伸率的测试设备29
• 2.4 试验方法29-38
• 2.4.1 自硬树脂砂型29-30
• 2.4.2 配料计算30-31
• 2.4.3 稀土铝合金熔炼、精炼与浇铸31-33
• 2.4.4 稀土铝合金导体材料的成分分析33
• 2.4.5 稀土铝合金杆的加工33-35
• 2.4.6 稀土铝合金杆导电性能与力学性能的测试35-38
• 2.4.6.1 稀土铝合金杆导电率的测试35-36
• 2.4.6.2 稀土铝合金杆力学性能的测试36-38
• 第三章 稀土铝合金导体材料试验结果与分析38-49
• 3.1 合金元素对稀土铝合金导体材料抗拉强度的影响38-42
• 3.1.1 直观分析38-40
• 3.1.2 方差分析40-42
• 3.2 合金元素对稀土铝合金导体材料断裂延伸率的影响42-45
• 3.3 合金元素对稀土铝合金导体材料导电率的影响45-49
• 第四章 稀土铝合金导线工业化生产设备与工艺49-54
• 4.1 引言49
• 4.2 实验原材料及设备49
• 4.2.1 实验原材料49
• 4.2.2 实验设备49
• 4.3 稀土铝合金导线的制备49-54
• 4.3.1 配料计算49
• 4.3.2 稀土铝合金的熔炼49-50
• 4.3.3 连铸连轧50-52
• 4.3.4 拉线52-54
• 第五章 退火处理对稀土铝合金导线性能的影响54-64
• 5.1 引言54-55
• 5.2 实验方案及设备55-56
• 5.2.1 实验方案55-56
• 5.2.2 实验设备56
• 5.3 稀土铝合金导线力学性能与导电性能的测试56
• 5.4 实验结果与分析56-64
• 5.4.1 退火处理对稀土铝合金导线力学性能的影响56-60
• 5.4.2 退火处理对稀土铝合金导线导电性能的影响60-64
• 第六章 结论64-66
• 参考文献66-69
• 硕士期间发表的论文69-70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：363971