摘 要

6063铝合金具有强度高、导电性良好和铸造性能优良等优点，广泛应用于超高压输变电设备中。随着我国国民经济的发展和人民生活水平的不断提高，各行各业对电力的需求越来越大，原始的输电用铝导线已不能满足大负荷输电量的需求，这就使得开发高性能的6063铝合金变得尤为重要。

实验制备不同Y含量的6063铝合金，并对铝合金进行T6热处理，借助于光学显微镜、X射线衍射仪(XRD)、拉伸试验机和涡流导电仪等仪器，观察了合金的显微组织，测试了合金的力学性能和导电性能，分析稀土Y和T6热处理对6063铝合金的性能影响机理。

结果表明：稀土元素Y添加入6063铝合金中改善了合金的性能。添加少量稀土Y后，合金的硬度、强度和电导率得到提高，当稀土Y含量达到0.3wt.%时，合金的硬度、强度和电导率最大，硬度为47.9HB，强度为155MPa，电导率为51.4%IACS，与未添加稀土时的铝合金相比其硬度提高10.6%，强度提高16.9%，电导率提高0.6%。合金性能改善在于稀土Y的加入造成了成分过冷，提高了形核率，稀土具有细化晶粒和除气除杂的作用。T6热处理后，合金的硬度、强度和电导率分别为73.2HB、225MPa和53.3%IACS，与未经热处理的铝合金相比其硬度提高69%，强度提高73.1%，电导率提高4.3%，合金性能改善归结于固溶时效析出的Mg₂Si、Al₂Cu等第二相。

关键词： 6063铝合金；稀土钇；热处理；力学性能；导电性能

Abstract

6063 aluminum alloy is widely used in the extra-high voltage power transmission and transformation equipment with high strength, good electrical conductivity and perfect casting. With the development of Chinese national economy and the continuous improvement of people's living standard, there is an increasing demand for electricity in all walks of life, the original transmission with aluminum wire can’t meet the needs of large load transmission capacity, this makes the development of high performance of 6063 aluminum alloy is particularly important.

A series of 6063 aluminum alloy with various Y contents were made and then made T6 heat treatment. The microstructure of the alloys was observed by optical microscopy and X-ray diffraction (XRD). The mechanical properties and electrical conductivity of the alloys were tested by tensile testing machine and eddy current conductivity instrument. The effects of rare earth Y and T6 heat treatment on the properties of 6063 aluminum alloy were analyzed.

The results showed that 6063 aluminum alloy has a fine performance after the addition of rare earth Y. The hardness and tensile strength of the alloys were better with a small amount of rare earth Y. When adding 0.3wt. % Y, the alloy can achieve the best performance. The hardness was 47.9HB, the strength was 155MPa, the conductivity was 51.4%IACS. Compared alloy with not adding rare earth, the hardness increased by 10.6%, the strength increased by 16.9%,the conductivity increased by 0.6%.The addition of rare earth Y caused Composition supercooling, improved the nucleation rate and rare earth has fine grains and degassing in the role. After T6 heat treatment, hardness, strength and conductivity of alloy was respectively 73.2 HB, 225 MPa and 53.3% IACS, compared with alloy without heat treatment ,the hardness increased by 69%, the strength increased by 73.1%,the conductivity increased by 4.3%,alloy performance improved due to solution aging precipitation of Mg₂Si, Al₂Cu second phase.

Key words：6063 aluminum; rare earth Y; heat treatment; mechanical properties; electrical conductivity

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1导电铝合金 2

1.1.1 6063铝合金 2

1.2 合金元素对铝合金性能的影响 3

1.2.1 Mg对铝合金性能的影响 3

1.2.2 Si对铝合金性能的影响 3

1.2.3 Fe对铝合金性能的影响 3

1.2.4 微量杂质元素对铝合金性能的影响 4

1.3 稀土元素在铝合金中的作用 4

1.3.1 稀土的变质作用 4

1.3.2 稀土的净化作用 4

1.3.3 稀土的微合金化作用 5

1.4 热处理对铝合金性能的影响 5

1.5 研究内容与意义 6

第2章 实验方法 7

2.1 6063铝合金的制备 7

2.1.1 合金成分 7

2.1.2 合金熔炼 7

2.2 金相制备 8

2.3 热处理工艺 9

2.4 物相组成分析 9

2.4.1 扫描电子显微镜观察(SEM) 9

2.4.2 X射线衍射(XRD) 9

2.4.3 差热分析(DSC) 9

2.4.4 电子探针(EMPA) 9

2.5 合金性能测试 10

2.5.1 硬度实验 10

2.5.2拉伸实验 10

2.5.3 电导率实验 10

第3章 稀土和热处理对6063铝合金性能的影响 11

3.1 稀土Y对6063铝合金性能的影响 11

3.1.1 显微组织 11

3.1.2 力学性能 12

3.1.3 导电性能 13

3.2 热处理对6063铝合金性能的影响 15

3.2.1 显微组织 15

3.2.2 力学性能 16

3.2.3 导电性能 17

第4章 结论 19

参考文献 20

致 谢 21

第1章 绪论

电力行业是支撑国民经济和社会发展的基础性产业。随着我国国民经济的发展和人民生活水平的不断提高，对电力的依赖程度也逐渐提高，特别是本世纪以来，随着工业化、城镇化、市场化和国际化的快速发展，各行各业对电力的需求越来越大，原始的输电用铝导线已不能满足大负荷输电量的需求，远距离、大容量、大跨度的新型输电材料的研究越来越迫切。

电力行业的高速发展离不开各种导电材料的应用。铝合金具有低电阻和高强度，并且结构简单，可以获得较大的载流量和良好的导电性能。目前，工业发达国家约有15%的铝用于电力行业，而发展中国家的用量则更大一些，例如，我国导电用铝量为全国用铝量的四分之一左右。近年来，我国电缆的产量如图1.1所示，从产量上来说，中国已成为世界第一大电线电缆生产国。而我国每年用作导体的铝材约40万吨，其电阻率每降低一个百分点，全国可节约用电数亿度。因此，提高铝导体的导电性能对电力行业的发展有着重大的意义。

图1.1 2008-2014年我国电缆产量