过量Mg、Si元素对6101铝合金电工导线性能的影响及机制探究

摘要

本文以6101铝合金导线为研究对象，结合具体实验操作和第一性原理模拟计算的方法，探究了过剩Mg、 Si元素对6101电工导线导电率和强度的影响，并对其影响机制进行了分析研究。
　　课题中，在固定Mg2Si的理论质量百分数为0.95wt.％的前提下，改变Mg、Si元素的添加量，使合金中的过剩元素由Mg过剩向Si过剩转化，同时，Mg/Si比值也按照一定的规律发生变化。对于不同成分的线坯，通过电导率测试、拉伸试验、XRD、显微组织分析的方法对其挤压拉拔态和热处理态的试样进行了宏观力学性能及导电率测试，微观组织的观察分析。结果表明:挤压拉拔态是，合金的导电率与过剩原子的含量成负相关，而合金的强度并不与过剩原子的含量成正相关;Mg过量6101合金时效后，由于Mg在Al基体中有很大的固溶极限，大量的过剩Mg依然存在于基体中，在增加基体畸变程度的同时还会降低强化相在基体中的溶解度，使强化相容易从基体中析出并长大粗化，对合金时效强化的效果和导电率有不利的影响;Si过量6101合金时效后，过剩Si原子会从基体中析出，减小基体的晶格畸变，有利于导电性能的提高;过剩Si的存在可与有害元素Fe反应，并促进β

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 铝合金概述

1．2 铝合金的分类

1．3 Al-Mg-Si铝合金的综述

1．3．1 Al-Mg-Si系铝合金在电力方面的应用

1．4 铝合金的强化机制

1．4．1 固溶强化

1．4．2 细晶强化

1．4．3 第二相粒子强化

1．4．3 形变强化

1．5 影响铝合金导电率

1．5．1 元素存在形态的影响

1．5．2 合金化程度对导电率的影响

1．5．3 热处理对导电率的影响

1．5．4 气体因素

1．5．5 塑性变形

1．6 Al-Mg-Si合金时效析出特性

1．7 第一性原理的综述及其理论基础

1．7．1 Born-Oppenheimei绝热近似

1．7．2 Hartree-Fork近似理论

1．8 密度泛函理论

1．8．1 Hohenberg-Kohn定理

1．8．2 Kohn-Sham方法

1．9 交换关联泛函近似

1．10 广义梯度近似

1．11 Material studio软件介绍

1．12 本文研究目的及内容

2 材料制备及实验方法

2．1 合金熔炼

2．2 拉拔挤压工艺参数及流程

2．3 热处理工艺

2．4 性能测试及微观组织分析

2．4．1 电导率测试

2．4．2 力学性能测试

2．4．3 金相显微观察(OM)

2．4．4 差热分析(DSC)

2．4．5 扫描电镜观察(SEM)

2．4．6 透射电镜观察(TEM)

3 过剩原子对6101铝合金导电性能及强度的影响

3．1 合金成分

3．2 过量Mg元素对合金电性能与力学性能的影响

3．2．1 挤压拉拔态Mg过量合金金相显微组织

3．2．2 过量Mg元素合金挤压拉拔态合金电性能及力学性能实验结果

3．2．3 Mg过量合金时效后金相显微组织

3．2．4 Mg过量合金力学性能测试结果

3．2．5 Mg过量合金断口分析

3．2．6 Mg过量合金扫描图片分析

3．3 过量Si元素对合金电性能与力学性能的影响

3．3．1 挤压拉拔态Si过量合金金相组织

3．3．2 挤压拉拔态Si过量合金强度及导电率

3．3．3 Si过量合金时效后金相显微组织

3．3．4 Si过量合金力学性能测试结果

3．3．5 Si过量合金SEM实验结果

3．4 过量Mg、Si元素对合金导电性能及强度影响的综合分析

3．4．1 过量Mg、Si元素对热挤压冷拉拔态合金电性能及强度的影响

3．4．2 析出相时效态合金电性能及强度的影响

3．4．3 过量Mg、Si元素对合金时效动力学参数的影响

3．4．4 过剩元素对基体及析出相的影响

3．5 本章小结

4 Al-Mg-Si合金析出相的第一性原理分析

4．1 基体相及第二相结构分析

4．1．1 α—-Al相及其结构

4．1．2 β″相及其结构

4．1．3 β′相及其结构

4．1．4 β相及其结构

4．2 基体及析出相电荷密度分布及态密度分析

4．2．1 基体及析出相的态密度图

4．2．2 电荷密度分布

4．2．3 基体及析出相的能带分析

4．2．4 基体及析出相的弹性常数分析

4．3 本章小结

5 结论

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢