耐热铝合金导线具有高于普通硬铝线的耐热性及强度,在高压输电线路上的应用越来越广泛,随着城市用电量的增加,输电线路容量急需扩大,对导线耐热性的要求越来越高。现有的Al-Zr系耐热导电铝合金中,Zr元素的添加在提高铝合金耐热性的同时显著降低了合金的导电率,增加了电能在传输过程中的损失,使得导线的耐热性与导电性不能兼顾。因此,研究制备同时具有优异耐热性与导电性的耐热铝合金导线具有非常重大的意义。众所周知,纯铝具有良好的导电性,AlN是一种具有优异的高温力学性能及热稳定性的耐热相。课题组前期研究发现,AlN作为颗粒强化相可以显著提高铝合金的高温力学性能,本文分别使用两种工艺制备出微量纳米AlN颗粒(AlNp)增强的铝合金材料。首先分析了原位合成的纳米AlNp对铝合金拉伸性能与导电性能的影响规律,试验了时效热处理温度与时间对上述铝合金室温拉伸性能与导电率的影响规律,并对成分优化后合金的耐热性能进行了测试与分析;通过铸造法制备出微量纳米A1Np增强的铝合金材料,研究了外加强化粒子对1070导电铝拉伸性能、导电性及耐热性能的影响,提出了一种导电铝合金中耐热性与导电性同时提高的新工艺。本文的主要研究工作如下:(1)原位纳米AlNp增强铝合金材料拉伸性能与导电性的研究通过原位合成法制备出AlNp质量分数分别为0,0.82%,1.64%和2.46%(以下简称为Al-xAlNp)的铝合金材料,对材料的室温拉伸性能和导电性能进行测试后发现,不含AlNp时,合金拉伸强度为120MPa;当AlNp质量分数为2.46%时,合金拉伸强度提高至235MPa,合金断后延伸率由30.1%下降至17.1%,同时由于基体中粒子数量的增多对电子流运动过程的阻碍作用增强,合金导电率由60.9%lACS(International Annealed Copper Standard)逐渐-下降至 55.4%IACS。Al-0.14N-0.11B合金中添加少量石墨后,基体中微米尺寸的A1B2相转变为纳米尺寸的A13BC相,对合金的强化效果增强,合金的室温拉伸强度由174MPa提高至193MPa,同时粒子尺寸的变化增加了对自由电子的散射作用,合金导电率下降了1.8%IACS。(2)合金时效热处理工艺探索及耐热性能的研究将 A1-0.41AlNp、A1-0.82AlNp、A1-1.64AlNp三种合金分别在 175℃、225℃和275℃进行不同时间的时效热处理,结果表明:经时效处理后,合金的拉伸强度与导电率均得到不同程度地提升。同一温度下随着时效的进行,合金的拉伸强度逐渐升高且最终趋于稳定;合金导电率逐渐升高;提高时效温度后,合金导电率与拉伸强度的提升幅度均得到增加。对Al-0.41AlNp、A1-0.82AlNp、A1-l.64AlNp三种合金进行耐热性能测试后发现:Al-0.41AlNp长时允许运行温度达到375℃,短时允许运行温度可以达到425℃;Al-0.82A1Np、Al-1.64AlNp两种合金均可以在425℃长期稳定运行。合金优异的耐热性能是由于AlNp高温热稳定性好,加热时不易发生相变或长大,可以有效地抑制合金的回复与再结晶。三种合金耐热温度远高于现有耐热铝合金导线,同时合金导电率均超过58%IACS,满足耐热铝合金导线的要求,合金综合性能超过国际标准中对耐热铝合金导线的性能要求。(3)外加AlNp对1070导电铝拉伸性能、导电性及耐热性能影响的研究铸造法制备微量A1Np增强的铝合金材料,以Al-B-N晶种合金的形式向1070导电铝中引入AlNp后发现,合金的拉伸强度和导电率均得到了提升。当添加2%的A1-B-N晶种合金时,1070铝合金的拉伸强度和导电率分别为85MPa、62.1%IACS,相比未添加时分别提高了 28.8%,3.2%,此时的合金延伸率由48.5%下降为35.8%。合金拉伸强度的提升归因于纳米AlNp的第二相强化作用,同时AlB2相与熔体中的微量过渡族金属元素(如Ti,V,Zr,Cr等)反应纯化熔体降低电阻,使得合金导电率同时得到了提升。对比添加2%Al-B-N晶种合金前后合金挤压杆的耐热性能发现,1070铝合金的短时允许使用温度由未添加时的150℃提高至210℃,合金耐热温度的提高是由于纳米AlNp对位错的钉扎作用,阻碍了位错的运动,进而提高了合金的再结晶温度。添加晶种合金这种方式不仅解决了耐热导电铝合金中导电性与耐热性不能兼顾的矛盾,同时工艺高效且对环境友好,建议在导电铝工业生产中使用。