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无需本金一小时赚50元:强度195±2 MPa,导电率61.1%IACS!黎振华教授团队 高强高导耐热铝合金导线研发取得新突破

发布日期:2024-06-17 点击量:

日前,金属先进凝固成形及装备技术国家地方联合工程研究中心、工程训练国家级实验教学示范中心、云南省轻金属增材制造工程研究中心黎振华团队与北京航空航天大学肖文龙、马朝利团队合作,在前期系统研究不同工艺对Al-Zr合金导线微观组织与强度、导电率和耐热性能的影响的基础上,创造性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铸连轧细化合金晶粒、过时效充分析出固溶Zr原子和冷拔形变强化,成功将耐热铝合金导线强度提高到195±2 MPa,而导电率依然保持61.1% IACS,刷新工业生产条件下耐热铝合金导线性能记录。相关结果以“Achieving superior strength and conductivity for Al-Zr-Sc wires by coupling design of deformation and ageing”为题,发表在我国材料科学和冶金工程领域的一区优秀期刊Materials Research Letters上。昆明理工大学为该论文第一作者单位,黎振华教授和北京航空航天大学肖文龙副教授为论文共同通讯作者,材料科学与工程无需本金一小时赚50元博士生范思越为第一作者,冶金与能源工程无需本金一小时赚50元严鹏博士参加了试验工作,合作单位还包括北航云南创新研究院、天目山实验室、昆明电缆集团股份有限公司、云铝泽鑫铝业有限公司等。

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,4mm直径导线强度通常在160MPa左右。论文在前期工作基础上,系统研究了工业生产条件下加工过程对合金微观组织与性能的影响规律,创造性地通过连铸连轧细晶强化、过时效充分析出固溶Zr原子显著提高合金导电率和冷拔形变强化协同,制备出强度高达195±2 MPa、导电率61.1% IACS、280℃保温1小时后强度保持率94%的铝合金导线,实现了高强高导耐热铝合金导线性能的新突破。

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

这一新研究结果的取得,有助于进一步推进高强高导耐热铝合金导线的开发与应用,对推动云南绿色铝产业高质量发展、加快形成新质生产力具有重要意义。

论文链接:

https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/21663831.2024.2360161

https://doi.org/10.1080/21663831.2024.2360161

(供稿:工程训练中心)

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