輸電線路導(dǎo)線是電力輸送“血管”。提高導(dǎo)線導(dǎo)電率、強(qiáng)度和耐熱性，是降低能源損耗、提高輸電容量，滿足特高壓、遠(yuǎn)距離、大容量輸電需求最有效的途徑。然而，由于材料的導(dǎo)電率與強(qiáng)度、耐熱性能存在制約關(guān)系，現(xiàn)有NRLH3/AT3耐熱鋁合金導(dǎo)線導(dǎo)電率一直局限于60%IACS左右，其4mm直徑單絲強(qiáng)度通常在160MPa左右。開發(fā)強(qiáng)度更高、導(dǎo)電率更好、耐熱性能出色的高強(qiáng)高導(dǎo)耐熱鋁合金導(dǎo)線的需求日益迫切。

　　昆明理工大學(xué)黎振華與北京航空航天大學(xué)肖文龍、馬朝利團(tuán)隊(duì)合作，在前期研究中，系統(tǒng)地研究了不同生產(chǎn)工藝對(duì)AlZr合金導(dǎo)線微觀組織與強(qiáng)度、導(dǎo)電率和耐熱性能的影響。結(jié)果表明，峰時(shí)效工藝下，基體殘留的固溶Zr原子嚴(yán)重危害導(dǎo)電率?；诖耍疚奶岢隽艘环N工業(yè)生產(chǎn)條件下有效提高耐熱鋁合金導(dǎo)線導(dǎo)電率和強(qiáng)度的新方法。這一方法充分利用連續(xù)鑄軋細(xì)化合金晶粒、過時(shí)效充分析出固溶Zr原子和冷拔形變強(qiáng)化，成功制備了強(qiáng)度195±2 MPa，導(dǎo)電率61.1%IACS，耐熱性能優(yōu)秀的4mm直徑耐熱鋁合金導(dǎo)線。

論文研究了該方法各階段合金的微觀組織演變，并闡明了其與導(dǎo)線強(qiáng)度、導(dǎo)電率與耐熱性能的關(guān)系。與已有耐熱鋁合金導(dǎo)線研究成果相比，該方法生產(chǎn)的導(dǎo)線具有出色的強(qiáng)度、導(dǎo)電率和耐熱性。

　　論文創(chuàng)造性提出通過過時(shí)效充分析出固溶Zr原子顯著提高合金導(dǎo)電率以彌補(bǔ)冷拔形變導(dǎo)致的導(dǎo)電率降低，而以冷拔形變強(qiáng)化提升導(dǎo)線單絲的強(qiáng)度，制備出強(qiáng)度、導(dǎo)電率、耐熱性優(yōu)異的高強(qiáng)高導(dǎo)鋁合金導(dǎo)線。該研究對(duì)耐熱鋁合金導(dǎo)線的發(fā)展與應(yīng)用具有重要意義。

相關(guān)的工作以題為“Achieving superior strength and conductivity for Al-Zr-Sc wires by coupling design of deformation and ageing”的研究論文發(fā)表在Materials Research Letters上。昆明理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士生范思越為論文的第一作者，昆明理工大學(xué)黎振華教授和北京航空航天大學(xué)肖文龍副教授為共同通訊作者，昆明理工大學(xué)嚴(yán)鵬博士等參加了部分工作，合作單位還包括北航云南創(chuàng)新研究院、天目山實(shí)驗(yàn)室和中國科學(xué)院金屬所等。

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1080/21663831.2024.2360161

圖1 不同工藝制備的Al-0.2Zr-0.06Sc合金的STEM結(jié)果:(a1-a3)明場(chǎng)相；(b1-d1)Al-Fe-Si雜質(zhì)相及Fe、Si元素能譜圖；(b2和b3)暗場(chǎng)相；(c2和c3)對(duì)應(yīng)的粒徑分布；(d2,d3)高分辨率透射電鏡(HRTEM)顯微照片及其相應(yīng)的FFT圖像；(a4-d4)Al3(Zr,Sc)析出相的高角環(huán)形暗場(chǎng)(HAADF)顯微照片及能譜圖。其中(a2-d2)棒在250℃/24 h+395℃/168 h時(shí)效。

圖2 Al-0.2Zr-0.06Sc合金的取向分布圖:(a1-c1)as-CCDRed樣品；(a2-c2)250°C/24 h+395°C/168 h的時(shí)效樣品；(a3-c3)as-drawn樣品；(a1-a3)徑向；(b1-b3)晶粒尺寸分布；(c1-c3)軸向。(d)樣品觀察示意圖；(e)與晶粒長度和寬度相對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。DD：變形方向；RD：軋制方向。

圖3制備的高強(qiáng)高導(dǎo)鋁合金導(dǎo)線4mm單絲的性能對(duì)比(CD：冷拔；A：時(shí)效處理；CCDR：連鑄連軋；HR：熱軋；CR：冷軋；AN：退火處理；and HPT：高壓扭轉(zhuǎn))

圖4微觀組織對(duì)電阻率的定量計(jì)算與加工過程中電導(dǎo)率的變化

作者通過EBSD和TEM對(duì)不同加工階段的Al-Zr-Sc合金進(jìn)行了詳細(xì)表征，研究了加工過程中的微觀組織演變與力學(xué)性能變化。結(jié)果表明，優(yōu)化工藝后連鑄連軋細(xì)晶強(qiáng)化、時(shí)效析出強(qiáng)化和形變強(qiáng)化為鋁合金導(dǎo)線提供了出色的強(qiáng)度（195±2 MPa）；固溶Zr原子過時(shí)效充分析出彌補(bǔ)了冷拔形變引入高密度位錯(cuò)導(dǎo)致的導(dǎo)電率降低，改善了導(dǎo)線的導(dǎo)電率(61.1%IACS)。由于Al3(Zr,Sc)析出相的釘扎效應(yīng)，導(dǎo)線具有出色的熱穩(wěn)定性，280℃保溫1小時(shí)后強(qiáng)度保持率高達(dá)94%。

論文提出的加工新方法可以實(shí)現(xiàn)鋁合金導(dǎo)線強(qiáng)度、導(dǎo)電率與耐熱性能的良好結(jié)合，研究結(jié)果有助于推進(jìn)高強(qiáng)高導(dǎo)耐熱鋁合金導(dǎo)線的生產(chǎn)與應(yīng)用。

（作者：MRL）