合金化对高温高强高导铝合金组织性能的影响

摘要

本论文通过在纯铝中添加锆、稀土以及两者混合添加,研究合金元素对高温高强高导铝合金的组织性能影响和作用机理。采用中频炉熔炼一系列不同合金成分和含量实验材料,合金元素以中间合金的方式加入；通过热挤压制备铝合金杆,然后测试在常温和高温的电学性能和拉伸强度,观察样品的显微组织、成分和化合物的分布。结果表明:
　　 (1)当锆元素含量在0.1wt％以下时,在铝中以置换固溶的方式存在。随着锆元素在铝中的含量不断增加,试样的晶粒不断变小,铝的电阻温度系数也随之下降。锆含量在0.02wt％-0.08wt％之间时,常温电阻率增加比较平缓,拉伸强度增大速率较快,大于0.08wt％时,常温电阻率急剧增加。
　　 (2)稀土元素La在铝中以化合物的形式存在,Ce主要以化合物存在,少量Ce可以和Al形成置换固溶体。稀土元素还能和样品中的铁生成化合物,聚集在晶界上。稀土元素添加量在0.4wt％以下时,电阻率的增加比较缓慢,到0.5wt％时,电阻率引起急剧增大。添加稀土元素合金的拉伸强度随着稀土元素添加量的增加而增加,在0.3wt％-0.4wt％之间,试样的拉伸强度急剧增大,0.4wt％-0.5wt％的试样拉伸强度相差不大。试样的延伸率一直是线性减少。电阻温度系数随稀土含量的增加而不断减小。
　　 (3)稀土元素和锆元素同时加入铝中,晶粒的细化效果比单独加任何一种都要好。锆的添加,使骨架状得第二相变成圆球状的第二相粒子。当锆含量小于0.08wt％时,稀土元素和锆元素的分布状态和单独添加的分布状态相同,当锆含量大于0.08wt％时,铝、稀土和锆三者形成一种熔点和硬度都很高的化合物。
　　 (4)第二相因所占比例较小而对电阻的影响远小于晶格畸变,但是对强度的贡献中第二相强化占优势。

目录

文摘

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致谢

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第一章 前言

1.1 电力的发展

1.2 导电材料的种类

1.2.1 导电用铜

1.2.2 导电用铝

1.3 铝导体的发展背景和种类

1.3.1 铝导体的发展背景

1.3.2.铝导线的种类

1.4 铝导线的研究现状

1.4.1 国际标准导电铝合金

1.4.2 我国标准导电铝合金

1.4.3 耐热铝合金导线

1.4.4 Al-Mg-Si系列导线

1.4.5 稀土铝合金

1.5 导电材料的电学性能和机械性能

1.5.1 导电材料的电学性能

1.5.2 导电材料的力学性能简介

1.6 影响铝合金导电性的因素

1.6.1 铝的化学成分

1.6.2 制造方法与工艺的影响

1.7 提高铝合金导体性能的途径

1.8 课题研究的理论意义和应用价值

1.9 本论文主要研究的内容

第二章 实验

2.1 实验材料制备

2.1.1 实验材料的成分设计

2.2 实验材料和试样的制备

2.2.1 试验用的原材料

2.2.2 实验材料的制备

2.3 实验数据测量

2.3.1 电阻测量

2.3.2 拉伸强度的测量

2.3.3 硬度的测量

2.4 试验样品的成分和组织结构的分析观察

2.4.1 试验样品的成分

2.4.2 试样样品的组织结构观察

第三章 锆含量对铝合金组织性能的影响

3.1 添加锆试样的实验结果

3.2 锆添加量对试样组织的影响

3.2.1 金相组织

3.2.2 SEM照片和EDS

3.2.3 XRD分析数据

3.3 锆含量对试样性能的影响及分析

3.3.1 锆含量对试样常温性能的影响及分析

3.3.2 高温性能的变化规律及其分析

3.3.3 变形对试样性能的影响及分析

本章小结

第四章 稀土元素对铝合金组织性能的影响

4.1 稀土添加量试样的实验结果

4.2 锆添加量对试样组织的影响

4.2.1 金相组织

4.2.2 稀土试样的SEM和EDS

4.2.3 稀土试样的XRD

4.2.4 稀土试样的断口照片

4.3 锆含量对试样性能的影响及分析

4.3.1 锆含量对试样常温性能的影响及分析

4.3.2 高温性能的影响及分析

4.3.3 形变对试样性能的影响及分析

本章小结

第五章 稀土和锆混合添加对铝合金组织性能的影响

5.1 稀土和锆混合添加的实验结果

5.2 稀土和锆混合添加对试样组织的影响

5.2.1 金相组织

5.2.2 试样的SEM和EDS

5.2.3 试样的TEM

5.2.4 试样的断口照片

5.3 试样的性能影响及其分析

5.3.1 试样常温性能的变化规律及分析

5.2.2 试样高温性能的变化及分析

5.2.3 形变对试样性能的影响及分析

本章小结

第六章 全文总结

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文