高强高导铝合金是重要的导体材料。随着全球科技和工业的快速发展，对材料性能的要求日益提高，传统材料已无法满足现代制造业对于轻量化、高强度、低能耗以及高效能量传输的需求。高强高导铝合金作为一种高性能金属材料，因其优异的力学性能和导电性能，在现代制造业中占据了重要地位。

 

在交通运输领域、航空航天领域、电力电子领域和国防军工领域均有重要应用。如，新能源汽车电池连接器、电机壳体及高速列车车体框架等部件的理想选择；飞机机身结构、起落架、蒙皮材料以及航天器壳体、电磁屏蔽结构及天线系统中；此外，高强高导铝合金还被用于输电线路、电子散热器及高频通讯设备等方面；在国防军工领域，高强高导铝合金则用于战斗机、装甲车辆、舰船以及雷达天线等军事装备上。

 

高强高导铝合金材料研究面临导电率与强度、耐热性能之间存在的制约关系难题。由于铝合金中电子散射和电阻的存在，提高强度往往会导致导电率的降低，反之亦然。提高强度通常依赖于固溶强化、析出强化等机制，但这些机制会显著降低导电性。因此，如何在保证高强度的同时，又确保铝合金线具有良好的导电率和耐热性能，通过微观组织调控实现强度与导电性的协同优化，是一个亟待解决的关键科学问题，也成为近年来的研究热点。  

 

解决这一关键科学和技术问题，原料的纯净度、合金成分的控制以及制备过程中的温度、压力、时间、塑性变形等参数都是重要的因素。微小的工艺波动都可能导致产品性能的显著变化，因此，精确控制制备工艺参数是确保产品质量的关键技术难题。

 

特别是，高强高导铝合金线在制备过程中容易出现组织不均匀、成分偏析等问题，这些问题会严重影响产品的力学性能和导电性能。此外，高强高导铝合金线的制备还面临着成本控制和规模化生产的挑战。如何在保证产品质量的前提下，降低生产成本，实现规模化生产，以满足市场需求，是当前制约高强高导铝合金线广泛应用的重要因素。

 

目前，高强高导铝合金制备的重要理论进展包括以下几个方面：

 

析出相调控理论。通过优化析出相的尺寸、分布及体积分数，在保证强度的同时减少对电子的散射。例如，纳米级析出相（如Al3Zr、Al3Sc）可显著提升强度，同时因其与基体的共格关系，对电子的散射作用较小。中国科学院金属研究所张哲峰团队通过微合金化（如添加Sc、Zr）在Al-Cu-Mg合金中引入纳米级Al3(Sc,Zr)析出相，使合金抗拉强度达到550 MPa，导电率保持在60% IACS以上。   

 

晶界工程理论。通过细化晶粒或引入高角度晶界，提高强度并优化电子传输路径。研究表明，晶界对电子的散射作用与晶界类型密切相关，低角度晶界对电导率的影响较小。哈尔滨工业大学王尔德团队采用ECAP技术细化晶粒至亚微米级，同时引入高比例低角度晶界，使Al-Mg-Si合金的强度提升30%，导电率保持在58% IACS。上海交通大学孙宝德团队通过热机械处理调控轧制织构，优化晶界分布，显著提升了Al-Fe-Cu合金的导电性。     

 

复合强化理论。通过引入第二相颗粒（如碳纳米管、石墨烯）实现复合强化，同时利用第二相的导电性提升整体导电性能。 北京有色金属研究总院李劲松团队开发了双级时效工艺，通过精确控制时效温度和时间，优化析出相分布，使Al-Zn-Mg-Cu合金的强度与导电性达到最佳匹配。 清华大学李龙土团队通过粉末冶金法制备碳纳米管增强铝合金，使材料强度提升20%，导电率提高至65% IACS。中南大学黄伯云团队开发了石墨烯/铝复合材料，利用石墨烯的高导电性和高强度，实现了强度与导电性的协同提升。  

 

多尺度组织调控、新型微合金化元素开发、先进制备工艺成为未来的重要研究方向。例如：结合纳米析出相、晶界工程及复合强化技术，实现多尺度协同优化；探索新型微合金化元素（如Er、Y）对析出相及导电性的影响；开发新型制备工艺（如增材制造、超塑性成形）以实现高强高导铝合金的复杂构件制造；等等。

 

高强高导铝合金的研究已取得显著进展。国内研究机构在析出相调控、晶界工程及复合强化等领域已经达到了国际先进水平。未来，通过多学科交叉与技术创新，有望进一步突破强度与导电性的协同优化瓶颈，推动高强高导铝合金在高端装备制造领域的广泛应用。

 

通过创新性的细长晶设计，可以打破传统上铝线强度与导电性之间的制约关系。制备出具有细长晶粒结构的铝及铝合金导线。这些细长晶粒与高强度的〈111〉织构相结合，显著增强了晶界和织构强化效果，从而使铝线的拉伸强度得到大幅提升。

 

由于细长晶粒在轴向的拉长，减少了垂直于导电方向的晶界数量，进而减弱了电子散射，提高了铝线的导电性。采用这种细长晶设计的铝线，其强度和导电率远优于传统铝线的性能。这一突破性的成果为铝及铝合金导线在汽车电子线束等高要求领域的应用提供了全新的解决方案。通过控制晶粒形状，使晶粒沿导线轴向延伸，显著降低平行晶界对电子的散射作用。研究表明，平行晶界的电阻率仅为垂直晶界的0.38~0.92倍，长径比越大，导电率损失越小。

 

据报道，具有超长细晶结构的铝导线。通过多道次冷拉拔与退火工艺协同调控，实现晶粒轴向延伸与织构强化。例如，工业纯铝线（1A60）导电率由传统工艺的61.5% IACS提升至63% IACS以上，抗拉强度达170 MPa，满足输电导线标准要求。

 

在晶粒体积不变时，长径比每增加1单位，导电率可提升2%~3%，同时抗拉强度提高10%~15%。通过实验验证，含纳米相的Al-Cu-Mg合金导线抗拉强度达550 MPa，导电率保持60% IACS以上，显著优于传统工艺（300-320 MPa，52-54% IACS）。

 

通过在铝及铝合金导线中引入纳米相，可以显著提升其强度和导电性。纳米相材料具有晶粒尺寸小、比表面积大等特点，这些特性使得纳米相在铝及铝合金中起到了显著的强化作用。

 

原子探针重建时效处理AA6061合金组织结构

 

纳米相的引入还有助于优化材料的微观组织结构，减少缺陷，从而提高材料的整体性能。采用了先进的制备工艺，成功地将纳米相均匀地分散在铝及铝合金导线中。这种含有纳米相的铝及铝合金导线，优化晶粒取向，形成强〈111〉织构，进一步提升抗拉强度，其抗拉强度可达到352.3 MPa以上，导电率超过56.0%IACS，明显优于传统方法制备的铝合金导线。

 

时效处理6082铝合金TEM图像

 

另外，引入Al3(Sc,Zr)等共格纳米析出相，通过钉扎位错强化基体，同时最小化对导电性的影响。实验表明，纳米相体积分数控制在1%~3%时，可兼顾强度与导电率。  

 

目前，国内少数企业在高强高导铝合金线制备方面取得了技术的领先优势。Al-Mg-Si合金线强度达到340MPa以上，同时导电率达到60%IACS以上。然而，大部分企业生产的铝合金线强度仍在300MPa以上，导电率只能达到标准要求的53-54 %IACS。这些企业仍需要不断探索技术的革新，在合金熔炼、形变工艺，热处理工艺等环节下功夫，生产更具有竞争力的铝合金导线产品。

 

 

来源：金属材料科学与技术

关键词： 铝合金 导体材料