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Mg、Si元素对Al—Mg—Si合金性能影响探讨

文章研究了Mg、Si元素对Al-Mg-Si合金性能影响，重点分析Mg/Si对

Al-Mg-Si合金导线在时效过程中导电率及显微硬度的影响。利用示差扫描量热

法（DSC）及透射电子显微镜（TEM）方法分析，探索镁硅比对Al-Mg-Si合金

导线性能影响的内在机理。

标签：Al-Mg-Si合金；镁硅比；Mg5Si6；时效；导电率；硬度

引言

自从1898年美国正式使用纯铝线做架空绞线和1921年出现Aldrey铝合金

以来，铝作为导体在电气工业中被大量应用。铝合金克服了纯铝绞线的强度底、

蠕变性、耐热性能差等缺点，使导电用铝合金发展更为迅速。铝合金芯铝绞线

（ACAR）在北美的美国、加拿大等国得以大量应用。为实现可持续发展，履行

国企社会责任，国网公司近年来积极推进“新材料、新技术和新工艺”应用，建设

环境友好和资源节约型电网。节能导线作为输电线路最有效的节能降耗措施正在

逐步推广，其中导电率52.5%高强度铝合金及导电率58.5%IACS中强度铝合金

在高压、超高压、特高压输等输电线路工程中得以广泛使用。

近年来铝合金产品也得以迅速批量应用，其中高强度铝合金的导电率

52.5%、53%IACS两个等级，中强度铝合金的导电率58.5%IACS，与国外先进技

术相比还有一定的提升空间。虽然我国铝合金制造水平得以发展迅速，但受研发

仪器、研发能力的限制，在电工材料用铝合金的技术一直未有较明显的突破，公

司与澳大利亚莫纳什大学合作，对合金导电性能的提升做相关技术研究。

1合金强化原理

铝镁硅系合金导线是一种可热处理强化型铝合金导线，在人工时效过程中析

出强化是其主要的强化手段之一。在人工时效过程中，主要发生点缺陷的消失、

固溶原子脱溶、析出相的形核长大以及位错回复现象。固溶原子对铝合金导线导

电率的影响要远大于析出相的影响，因此铝镁硅系合金导线的时效过程是导电率

不断升高的过程。固溶态Al-Mg-Si合金杆在时效过程中依次析出GP区、β”

（Mg5Si6）、β’及β相（Mg2Si），其中β”相呈针状并与基体存在共格关系，时效

硬化效应最明显，是峰时效时的产物，随着时效时间的进一步延长，由于新相的

产生及长大，新的析出相逐渐失去了与基体的共格关系，时效硬化效应下降，进

入过时效阶段。

通过对合金元素配比、成相、固溶等方面展开宏观、微量的分析。发现在铝

镁硅合金中强化相Mg5Si6相比Mg2Si相，对合金的导电性能和强度更佳。高导

铝合金就是通过配方及工艺调整，是合金强化相以Mg5Si6为主。Mg5Si6强化

相与传统的Mg2Si强化相相比，具有相晶粒小，结构稳定，不易聚集长大，分

布均匀，能较好的提高铝合金导电性能和强度。

2合金成分对性能的影响

镁、硅是铝镁硅系合金导线中两种基本的合金元素，其含量直接影响该体系

铝合金导线的性能。已有的研究表明，铝镁硅系铝合金导线强化的主要原因是人

工时效过程中析出的Mg2Si粒子弥散分布在基体中，从而提高其强度。Mg2Si

粒子中镁元素和硅元素的质量比为1.73，但在实际生产过程中所采用的镁硅质量

比一般小于1.73，这主要是因为镁对导电率的影响要大于硅元素的影响，余量硅

的存在可以促进镁元素的脱溶。余量硅的存在同样可以和铝及杂质元素铁作用生

成铝铁硅相。

为了系统的研究镁硅质量比对铝合金导线性能的影响，文章设计了六组合金

元素总量为1.3%wt，镁硅质量比从1.00等差升高至2.20的Al-Mg-Si合金导线。

在熔炼过程中由于合金元素烧损、成分偏析等因素的存在，造成合金的真实成分

和设计成分之间存在一定的偏差。对Al-Mg-Si合金导线的性能而言，成分起到

了决定性的作用，为了保证实验的可对比性，研究中将挤压所得Al-Mg-Si合金

杆截取成30cm的短杆，并将试样两端锯下进行成分测定，根据实测成分选取实

验样品。表1所示为文章所选取实验样品的实测成分。

从表1中可以看出所选取的实验样品合金元素总量接近（1.28±0.05%wt）