Mg、Si元素對(duì)Al—Mg—Si合金性能影響探討

楊懷

摘 要：文章研究了Mg、Si元素對(duì)Al-Mg-Si合金性能影響，重點(diǎn)分析Mg/Si對(duì)Al-Mg-Si合金導(dǎo)線在時(shí)效過(guò)程中導(dǎo)電率及顯微硬度的影響。利用示差掃描量熱法（DSC）及透射電子顯微鏡（TEM）方法分析，探索鎂硅比對(duì)Al-Mg-Si合金導(dǎo)線性能影響的內(nèi)在機(jī)理。

關(guān)鍵詞：Al-Mg-Si合金；鎂硅比；Mg5Si6；時(shí)效；導(dǎo)電率；硬度

引言

自從1898年美國(guó)正式使用純鋁線做架空絞線和1921年出現(xiàn)Aldrey鋁合金以來(lái)，鋁作為導(dǎo)體在電氣工業(yè)中被大量應(yīng)用。鋁合金克服了純鋁絞線的強(qiáng)度底、蠕變性、耐熱性能差等缺點(diǎn)，使導(dǎo)電用鋁合金發(fā)展更為迅速。鋁合金芯鋁絞線（ACAR）在北美的美國(guó)、加拿大等國(guó)得以大量應(yīng)用。為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，履行國(guó)企社會(huì)責(zé)任，國(guó)網(wǎng)公司近年來(lái)積極推進(jìn)“新材料、新技術(shù)和新工藝”應(yīng)用，建設(shè)環(huán)境友好和資源節(jié)約型電網(wǎng)。節(jié)能導(dǎo)線作為輸電線路最有效的節(jié)能降耗措施正在逐步推廣，其中導(dǎo)電率52.5%高強(qiáng)度鋁合金及導(dǎo)電率58.5%IACS中強(qiáng)度鋁合金在高壓、超高壓、特高壓輸?shù)容旊娋€路工程中得以廣泛使用。

近年來(lái)鋁合金產(chǎn)品也得以迅速批量應(yīng)用，其中高強(qiáng)度鋁合金的導(dǎo)電率52.5%、53%IACS兩個(gè)等級(jí)，中強(qiáng)度鋁合金的導(dǎo)電率58.5%IACS，與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)相比還有一定的提升空間。雖然我國(guó)鋁合金制造水平得以發(fā)展迅速，但受研發(fā)儀器、研發(fā)能力的限制，在電工材料用鋁合金的技術(shù)一直未有較明顯的突破，公司與澳大利亞莫納什大學(xué)合作，對(duì)合金導(dǎo)電性能的提升做相關(guān)技術(shù)研究。

1 合金強(qiáng)化原理

鋁鎂硅系合金導(dǎo)線是一種可熱處理強(qiáng)化型鋁合金導(dǎo)線，在人工時(shí)效過(guò)程中析出強(qiáng)化是其主要的強(qiáng)化手段之一。在人工時(shí)效過(guò)程中，主要發(fā)生點(diǎn)缺陷的消失、固溶原子脫溶、析出相的形核長(zhǎng)大以及位錯(cuò)回復(fù)現(xiàn)象。固溶原子對(duì)鋁合金導(dǎo)線導(dǎo)電率的影響要遠(yuǎn)大于析出相的影響，因此鋁鎂硅系合金導(dǎo)線的時(shí)效過(guò)程是導(dǎo)電率不斷升高的過(guò)程。固溶態(tài)Al-Mg-Si合金桿在時(shí)效過(guò)程中依次析出GP區(qū)、β" （Mg5Si6）、β'及β相（Mg2Si），其中β"相呈針狀并與基體存在共格關(guān)系，時(shí)效硬化效應(yīng)最明顯，是峰時(shí)效時(shí)的產(chǎn)物，隨著時(shí)效時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)，由于新相的產(chǎn)生及長(zhǎng)大，新的析出相逐漸失去了與基體的共格關(guān)系，時(shí)效硬化效應(yīng)下降，進(jìn)入過(guò)時(shí)效階段。

通過(guò)對(duì)合金元素配比、成相、固溶等方面展開(kāi)宏觀、微量的分析。發(fā)現(xiàn)在鋁鎂硅合金中強(qiáng)化相Mg5Si6相比Mg2Si相，對(duì)合金的導(dǎo)電性能和強(qiáng)度更佳。高導(dǎo)鋁合金就是通過(guò)配方及工藝調(diào)整，是合金強(qiáng)化相以Mg5Si6為主。Mg5Si6強(qiáng)化相與傳統(tǒng)的Mg2Si強(qiáng)化相相比，具有相晶粒小，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易聚集長(zhǎng)大，分布均勻，能較好的提高鋁合金導(dǎo)電性能和強(qiáng)度。

2 合金成分對(duì)性能的影響

鎂、硅是鋁鎂硅系合金導(dǎo)線中兩種基本的合金元素，其含量直接影響該體系鋁合金導(dǎo)線的性能。已有的研究表明，鋁鎂硅系鋁合金導(dǎo)線強(qiáng)化的主要原因是人工時(shí)效過(guò)程中析出的Mg2Si粒子彌散分布在基體中，從而提高其強(qiáng)度。Mg2Si粒子中鎂元素和硅元素的質(zhì)量比為1.73，但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中所采用的鎂硅質(zhì)量比一般小于1.73，這主要是因?yàn)殒V對(duì)導(dǎo)電率的影響要大于硅元素的影響，余量硅的存在可以促進(jìn)鎂元素的脫溶。余量硅的存在同樣可以和鋁及雜質(zhì)元素鐵作用生成鋁鐵硅相。

為了系統(tǒng)的研究鎂硅質(zhì)量比對(duì)鋁合金導(dǎo)線性能的影響，文章設(shè)計(jì)了六組合金元素總量為1.3%wt，鎂硅質(zhì)量比從1.00等差升高至2.20的Al-Mg-Si合金導(dǎo)線。在熔煉過(guò)程中由于合金元素?zé)龘p、成分偏析等因素的存在，造成合金的真實(shí)成分和設(shè)計(jì)成分之間存在一定的偏差。對(duì)Al-Mg-Si合金導(dǎo)線的性能而言，成分起到了決定性的作用，為了保證實(shí)驗(yàn)的可對(duì)比性，研究中將擠壓所得Al-Mg-Si合金桿截取成30cm的短桿，并將試樣兩端鋸下進(jìn)行成分測(cè)定，根據(jù)實(shí)測(cè)成分選取實(shí)驗(yàn)樣品。表1所示為文章所選取實(shí)驗(yàn)樣品的實(shí)測(cè)成分。

從表1中可以看出所選取的實(shí)驗(yàn)樣品合金元素總量接近（1.28±0.05%wt），鎂硅比依次升高，從1.10遞增至2.40，相鄰兩組樣品鎂硅比相差約0.3。本次實(shí)驗(yàn)所熔煉六組鋁合金依據(jù)鎂硅比的大小可以分為兩組，1-3爐試樣鎂硅質(zhì)量比小于1.73，屬于富硅型合金，4-6爐試樣鎂硅質(zhì)量比大于1.73，屬于富鎂型合金。

2.1 Mg/Si對(duì)Al-Mg-Si合金導(dǎo)電性能的影響

人工時(shí)效是Al-Mg-Si合金導(dǎo)線生產(chǎn)制造流程中重要的步驟之一，為了對(duì)比研究分析不同鎂硅比樣品在時(shí)效過(guò)程中導(dǎo)電率的變化規(guī)律，文章將冷變形后所制得鋁合金導(dǎo)線置于150℃烘箱中進(jìn)行人工時(shí)效，并測(cè)試不同時(shí)效時(shí)間下導(dǎo)電率的大小，圖1所示為不同鎂硅比樣品在150℃時(shí)效過(guò)程中導(dǎo)電率的變化。

圖1 不同鎂硅比鋁合金導(dǎo)線時(shí)效過(guò)程中導(dǎo)電率的變化

從圖1中可以看出，隨著時(shí)效時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，鋁合金導(dǎo)線的導(dǎo)電率隨之不斷升高，在時(shí)效前三小時(shí)內(nèi)，導(dǎo)電率呈較快的增長(zhǎng)速率，隨著時(shí)效時(shí)間的不斷延長(zhǎng)導(dǎo)電率增長(zhǎng)速率逐漸放緩。從圖中可以看出富硅型鋁合金導(dǎo)線在時(shí)效過(guò)程中導(dǎo)電率要明顯高于富鎂型鋁合金導(dǎo)線。造成這一現(xiàn)象的主要原因在于，鎂元素對(duì)導(dǎo)電性的影響要大于硅元素。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著鎂硅比的不斷減小，鋁合金導(dǎo)線的導(dǎo)電性能隨之提高。但當(dāng)鎂硅比降至1.40以下時(shí)，鋁合金導(dǎo)線導(dǎo)電性能反而劣化。分析可能是由于過(guò)量的Si原子固溶于合金中，導(dǎo)致合金導(dǎo)電性能下降。

在整個(gè)時(shí)效過(guò)程中，鎂硅比為1.40的鋁合金導(dǎo)線的導(dǎo)電率要明顯高于鎂硅比為2.40鋁合金導(dǎo)線。在進(jìn)行人工時(shí)效之前，兩者導(dǎo)電率相差無(wú)幾并較低，僅為45.6IACS%，這主要是大量的固溶原子及冷變形引入的位錯(cuò)缺陷等所造成的。在時(shí)效開(kāi)始的三小時(shí)內(nèi)，兩者的導(dǎo)電率均出現(xiàn)快速上升，在時(shí)效的第一小時(shí)內(nèi)兩者的導(dǎo)電率均有近2%的提升，造成這一現(xiàn)象的主要原因是基體中大量固溶原子的析出所造成的。對(duì)比兩條曲線可以看出，在時(shí)效開(kāi)始的三小時(shí)內(nèi)，兩者的導(dǎo)電率增幅相近，說(shuō)明兩種不同類型的Al-Mg-Si合金導(dǎo)線在時(shí)效前三小時(shí)內(nèi)有著數(shù)量相當(dāng)?shù)墓倘茉游龀觥?/p>

隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，在時(shí)效三小時(shí)后，兩者導(dǎo)電率的差距逐漸擴(kuò)大。鎂硅比為1.40的鋁合金導(dǎo)線的導(dǎo)電率增速明顯高于鎂硅比為2.40的鋁合金導(dǎo)線。可以推斷出，在時(shí)效三小時(shí)后，鎂硅比為1.40的鋁合金導(dǎo)線基體中的固溶原子仍以較快的速度脫溶，而鎂硅比為2.40的鋁合金導(dǎo)線基體中的固溶原子的脫溶速率則逐漸放慢。

隨著時(shí)效時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)，兩者的導(dǎo)電率增長(zhǎng)速率愈來(lái)愈小，在時(shí)效28小時(shí)后，可以明顯看出兩種類型的鋁合金導(dǎo)線導(dǎo)電率增速進(jìn)一步下降。從這一現(xiàn)象推斷，在時(shí)效28小時(shí)后，基體中的固溶原子趨于完全脫溶，導(dǎo)電率的提高可能是由于析出相的轉(zhuǎn)變與長(zhǎng)大。

圖2所示為鎂硅比為1.40與鎂硅比為2.40的Al-Mg-Si合金導(dǎo)線在190℃時(shí)效過(guò)程中導(dǎo)電率與時(shí)效時(shí)間的3次方根之間的關(guān)系。從圖中可以看出，時(shí)效時(shí)間大于三小時(shí)后，鎂硅比為1.40的Al-Mg-Si導(dǎo)線其導(dǎo)電率增長(zhǎng)速率明顯高于鎂硅比為2.40的樣品。而且，在這一階段導(dǎo)線導(dǎo)電率和時(shí)效時(shí)間3次方根間存在線性關(guān)系。

圖2 Al-Mg-Si導(dǎo)線時(shí)效過(guò)程中導(dǎo)線率與時(shí)效時(shí)間的1/3次方的關(guān)系

Al-Mg-Si合金導(dǎo)線在時(shí)效過(guò)程中，基體中固溶原子是其主要的影響因素，與固溶原子相比，位錯(cuò)、晶界等線面缺陷引起的導(dǎo)電率變化基本可以忽略。因此，在半穩(wěn)態(tài)析出階段，固溶原子濃度變化和時(shí)效時(shí)間存在有如下關(guān)系：

而固溶體導(dǎo)電率變化和固溶原子濃度變化間存在如下關(guān)系，

（2）

由（1），（2）可簡(jiǎn)單推出：

式中：？駐？滓為電導(dǎo)率變化，k1，k2，k3是與材料相關(guān)的常數(shù)，？駐C為固溶原子的濃度變化?？梢钥闯鲈诎敕€(wěn)態(tài)析出階段導(dǎo)電率與時(shí)效時(shí)間的1/3次方成正比。從前文實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，時(shí)效三小時(shí)后，Al-Mg-Si合金導(dǎo)線進(jìn)入半穩(wěn)態(tài)析出階段。根據(jù)圖2中曲線的斜率可以推斷出，在半穩(wěn)態(tài)時(shí)效階段，鎂硅比為1.40的基體中固溶原子的脫溶速率是鎂硅比為2.40樣品的2.3倍左右。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明采用合適的鎂硅比有利于固溶原子的快速脫溶。

2.2 鎂硅比對(duì)Al-Mg-Si合金桿顯微硬度的影響

不同鎂硅比的Al-Mg-Si合金桿的時(shí)效硬化現(xiàn)象，如圖3所示為，不同鎂硅比的Al-Mg-Si合金桿在190℃時(shí)效過(guò)程中顯微硬度的變化規(guī)律。Al-Mg-Si系鋁合金是典型的時(shí)效硬化型鋁合金，在整個(gè)時(shí)效過(guò)程中，顯微硬度呈現(xiàn)先升后降的基本規(guī)律。鋁鎂硅系鋁合金在時(shí)效過(guò)程中依次析出GP區(qū)、β"相（Mg5Si6）、β'相及β相（Mg2Si），其中β"（Mg5Si6）相是一種與基體完全共格的析出相，其與基體之間存在由共格引起的應(yīng)力畸變區(qū)，從而對(duì)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)形成強(qiáng)烈的阻礙作用，由此可知當(dāng)基體中析出相以β"相（Mg5Si6）為主時(shí)，其處于時(shí)效硬化的峰值。從圖3中可以看出，鋁合金桿在190℃時(shí)效過(guò)程中，時(shí)效峰值出現(xiàn)在7小時(shí)附近。隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，鋁合金桿的顯微硬度開(kāi)始下降，時(shí)效進(jìn)入過(guò)時(shí)效階段，過(guò)時(shí)效階段主要是β'相及β相的形核及長(zhǎng)大過(guò)程。

圖3 不同鎂硅比鋁合金桿在時(shí)效過(guò)程中顯微硬度的變化

對(duì)比分析富硅型與富鎂型鋁合金桿時(shí)效硬化曲線可以看出，鎂硅比小于1.73的富硅型鋁合金桿在整個(gè)時(shí)效過(guò)程中其顯微硬度要明顯高于鎂硅比大于1.73的富鎂型鋁合金桿，并且不難發(fā)現(xiàn)，隨著鎂硅比的降低，其峰時(shí)效的顯微硬度逐漸增高，造成這一現(xiàn)象可能的原因是，鎂硅比越小其質(zhì)量比越接近β"相（Mg5Si6），因此能夠形成相對(duì)較多的β"相（Mg5Si6），另外由于其硅含量較高，硅原子在鋁基體中的固溶強(qiáng)化的效果要優(yōu)于鎂原子。在進(jìn)行人工時(shí)效之前，兩者的顯微硬度值比較接近。但對(duì)比鎂硅比為1.40的富硅型鋁合金桿和鎂硅比為2.40的富鎂型鋁合金桿的顯微硬度變化可以發(fā)現(xiàn)，這是因?yàn)楣柙卦阡X基體中固溶強(qiáng)化的效果要優(yōu)于鎂元素。在時(shí)效開(kāi)始時(shí)，兩者的顯微硬度均產(chǎn)生了較大幅度的提升，這一現(xiàn)象與前文中導(dǎo)電率的變化規(guī)律是一致的。在時(shí)效的前3小時(shí)內(nèi)，大量的固溶原子脫溶形成納米級(jí)的GP區(qū)，并在之后的時(shí)效過(guò)程中轉(zhuǎn)化為共格相β"相，從而提升其硬度。隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，兩種不同類型的鋁合金顯微硬度增長(zhǎng)速率逐漸減緩，當(dāng)時(shí)效時(shí)間達(dá)到12小時(shí)附近時(shí)，兩者均處于峰時(shí)效階段。兩者處于峰時(shí)效階段時(shí)，其峰值相差約8MPa，并且可以看出，鎂硅比為2.40的鋁合金桿在達(dá)到時(shí)效峰值后其顯微硬度值迅速下降，相對(duì)于鎂硅比為1.40的鋁合金桿而言，其更容易進(jìn)入過(guò)時(shí)效階段。

3 合金相分析

3.1 示差掃描量熱法（DSC）分析

Al-Mg-Si系鋁合金是典型的時(shí)效硬化型鋁合金，在時(shí)效過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一系列的析出相，不同的析出相對(duì)鋁合金桿的性能有著不同的影響。因此，研究分析鋁合金桿中各析出相析出轉(zhuǎn)變溫度有著重要的指導(dǎo)意義。圖4所示為鎂硅比為1.40的富硅型Al-Mg-Si合金桿在5k/min加熱速率下DSC的分析圖。

圖4 鎂硅比為1.40的鋁合金桿DSC分析圖

從圖4中可以看出Al-Mg-Si合金桿在升溫過(guò)程中出現(xiàn)了四個(gè)明顯的放熱峰，其分別對(duì)應(yīng)著不同的析出相的生成。第一個(gè)放熱峰a對(duì)應(yīng)的是GP區(qū)的生成，其溫度范圍處于175℃到200℃之間，主要表現(xiàn)為在基體中生成大量的納米級(jí)的原子富集區(qū)，導(dǎo)電率及強(qiáng)度的迅速提升。第二個(gè)放熱峰b對(duì)應(yīng)的是過(guò)渡相β"相的生成，其溫度處于225℃至275℃之間，主要表現(xiàn)為基體中大量針狀過(guò)渡相β"相的生成，試樣的硬度達(dá)到峰值，導(dǎo)電率的增速開(kāi)始減緩。第三個(gè)放熱峰c對(duì)應(yīng)的是過(guò)渡相β'的生成，析出溫度處于275℃至315℃之間，主要表現(xiàn)為師時(shí)效進(jìn)入過(guò)時(shí)效階段，硬度下降導(dǎo)電率緩慢上升。第四個(gè)放熱峰d對(duì)應(yīng)的是平衡相β相的生成，析出溫度處于400℃至460℃之間，在這一階段主要發(fā)生的反應(yīng)時(shí)β相的析出及長(zhǎng)大。

鎂硅比為2.40的富鎂型Al-Mg-Si合金進(jìn)行了相應(yīng)的DSC分析，如圖5所示為鎂硅比為2.40的富鎂型Al-Mg-Si合金桿DSC分析圖。實(shí)驗(yàn)采用5k/min的加熱速率，結(jié)合理論分析對(duì)各主要放熱峰進(jìn)行標(biāo)注。

圖5 鎂硅比為2.40的鋁合金桿DSC分析圖

第一個(gè)放熱峰a對(duì)應(yīng)的是GP區(qū)的生成，其溫度范圍處于170℃到200℃之間，主要表現(xiàn)為在基體中生成大量的納米級(jí)的原子富集區(qū)，導(dǎo)電率及強(qiáng)度的迅速提升。第二個(gè)放熱峰b對(duì)應(yīng)的是過(guò)渡相β"相的生成，其溫度處于230℃至275℃之間，主要表現(xiàn)為基體中大量針狀過(guò)渡相β"相的生成，試樣的硬度達(dá)到峰值，導(dǎo)電率的增速開(kāi)始減緩。第三個(gè)放熱峰c對(duì)應(yīng)的是過(guò)渡相β'的生成，析出溫度處于275℃至315℃之間，主要表現(xiàn)為時(shí)效進(jìn)入過(guò)時(shí)效階段，硬度下降導(dǎo)電率緩慢上升，相比于鎂硅比為1.40的富硅型鋁合金桿，放熱峰c并不十分明顯。第四個(gè)放熱峰d對(duì)應(yīng)的是平衡相β相的生成，析出溫度處于375℃至425℃之間，在這一階段主要發(fā)生的反應(yīng)時(shí)β相的析出及長(zhǎng)大。

β"相（Mg5Si6）是一種與鋁基體完全共格的析出相，對(duì)基體的強(qiáng)化效果最好，較低的析出溫度則有利于β"相的析出，大量β"相的析出不僅有利于強(qiáng)度的提高同時(shí)有利于導(dǎo)電率的提高。因此，對(duì)于鋁合金導(dǎo)線而言，較低的β"相析出溫度對(duì)提高其綜合性能是有利的。鎂硅比為1.40的鋁合金桿有著明顯的β'相放熱峰，說(shuō)明在升溫過(guò)程中有著大量的β'相析出，而鎂硅比為2.40的鋁合金桿沒(méi)有明顯的β'相放熱峰，說(shuō)明在升溫過(guò)程中僅有少量過(guò)渡相β'相生成。鎂硅比為2.40的富鎂型鋁合金桿其β相的析出溫度要比鎂硅比為1.40的富硅型鋁合金干低20℃左右，表明鎂硅比為2.40的Al-Mg-Si導(dǎo)線中過(guò)渡相在時(shí)效過(guò)程中更容易轉(zhuǎn)化為平衡相β（Mg2Si）相。

3.2 透射電子顯微鏡（TEM）分析

對(duì)鎂硅比為1.40及鎂硅比為2.40的兩種不同類型的Al-Mg-Si合金桿在時(shí)效過(guò)程中不同階段做了TEM分析，研究時(shí)效過(guò)程中析出相類型、數(shù)量及形貌的變化，并對(duì)前文推斷進(jìn)行驗(yàn)證。圖6為固溶狀態(tài)下鎂硅比為1.40與鎂硅比為2.40的鋁合金桿TEM圖像，其中（a）圖鎂硅比為1.40富硅型、（b）圖鎂硅比為2.40。從圖7中可以看出，兩種不同類型的鋁合金桿經(jīng)固溶處理后其基體組織狀態(tài)類似，合金元素被完全固溶于鋁基體中，未發(fā)現(xiàn)殘留初生相，基體中僅存在少量樣品制備過(guò)程中引入的位錯(cuò)。

從以上分析可以判斷，經(jīng)固溶處理后的鋁合金桿其導(dǎo)電率的主要影響因素為基體中固溶元素的數(shù)量和種類。富硅及富鎂型鋁合金桿其合金元素總量相同，鎂元素對(duì)導(dǎo)電性的影響要高于硅元素，因此可以看判斷，固溶狀態(tài)下鎂硅比為1.40的富硅型鋁合金導(dǎo)線導(dǎo)電率要高于鎂硅比為2.40的富鎂型。但經(jīng)過(guò)冷拔變形后，兩者導(dǎo)電率十分接近，無(wú)明顯區(qū)別，造成這一現(xiàn)象的可能原因在于大量的冷變形引入大量的位錯(cuò)及點(diǎn)缺陷等，掩蓋了這一差距。

（a）鎂硅比1.40 （b）鎂硅比2.40

圖6 固溶態(tài)鋁合金桿TEM圖像分析

Al-Mg-Si系鋁合金在峰時(shí)效狀態(tài)下，其基體中的析出相為針狀的β"相（Mg5Si6），彌散分布的針狀Mg5Si6能夠顯著提高基體的強(qiáng)度，基體中鎂原子與硅原子的脫溶則提高了其導(dǎo)電率。圖7為鎂硅比為1.40與2.40鋁合金桿在時(shí)效10小時(shí)時(shí)，即峰時(shí)效狀態(tài)下析出相的TEM圖像。從圖7中可以看出，在峰時(shí)效狀態(tài)下，兩者均有大量的析出相產(chǎn)生，析出相呈針狀，尺寸相對(duì)較小，其長(zhǎng)度約為100nm，并在基體中規(guī)則排列，與基體存在一定的位向關(guān)系。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，由于鎂及硅原子與鋁原子的質(zhì)量襯度較小，在實(shí)際觀察過(guò)程中難以觀察到析出相，必須在特定的取向上才能夠觀察到析出相，如圖8所示為鎂硅比為1.40的樣品在190℃時(shí)效10小時(shí)晶界處析出相TEM分析圖，在左側(cè)晶粒中可以明顯觀察到大量的析出相，而右側(cè)晶粒中卻難以觀察到，證明了β"相（Mg5Si6）與基體之間存在特定的取向關(guān)系。

對(duì)比圖7（a、c）與（b、d）可以看出，鎂硅比為1.40的與鎂硅比2.40的兩種類型的鋁合金桿在190℃時(shí)效10小時(shí)后，其析出相的形貌、尺寸、在基體中的排列方式類似，兩者之間的主要區(qū)別在于析出相的數(shù)量。鎂硅比為1.40的鋁合金桿基體中析出相的數(shù)量明顯高于鎂硅比為2.40的富鎂型鋁合金桿。在合金元素總量相同的前提下，析出相的數(shù)量越多表明基體中固溶原子的析出量就越多，導(dǎo)電率提高越明顯，并且其強(qiáng)度也越高。

圖9所示為鎂硅比為1.40的富硅型及鎂硅比為2.40的富鎂型鋁合金桿在190℃時(shí)效48小時(shí)后，即過(guò)時(shí)效狀態(tài)下析出相TEM形貌分析圖。與圖7對(duì)比可以看出，經(jīng)過(guò)48小時(shí)的時(shí)效后，鎂硅比為1.40的鋁合金桿基體中不僅存在一定數(shù)量的針狀析出相，同時(shí)一種存在少量豆瓣?duì)钚孪嗉吧倭慷虠U狀析出相；而鎂硅比為2.40的鋁合金桿基體中除了針狀析出相外，還存在一定數(shù)量的短桿狀析出相。以上結(jié)果表明，隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，基體中的部分針狀β"相發(fā)生了轉(zhuǎn)變，殘留的β"相也發(fā)生了明顯的長(zhǎng)大，從圖9中可以看出，部分針狀析出相的尺寸已達(dá)到200nm左右。

從圖9（a、c）中可以看出，鎂硅比為1.40的鋁合金桿基體中析出的第二相主要有兩種，一種是尺寸長(zhǎng)大的針狀析出相，一種是豆瓣?duì)钗龀鱿唷ａ槧钗龀鱿嘁廊槐３至伺c基體的位向關(guān)系，而豆瓣?duì)钚孪鄤t沒(méi)有明顯的取向關(guān)系，但其周?chē)源嬖诨儏^(qū)，表明其與基體之間仍存在一定的共格關(guān)系，但其強(qiáng)化效果有所下降。從圖9（b、d）中可以看出，鎂硅比為2.40的鋁合金桿基體中的第二相主要有兩種，一種是尺寸長(zhǎng)大的針狀析出相，另一種則是短棒狀析出相，短棒狀析出相周?chē)鷽](méi)有發(fā)現(xiàn)應(yīng)力畸變區(qū)，表明其與基體之間不存在共格關(guān)系，且尺寸相對(duì)較大因此其強(qiáng)化效果要低于鎂硅比為1.40的鋁合金桿中的豆瓣?duì)钗龀鱿?。?duì)比圖9（a）與（b）可以看出，兩者在析出相的數(shù)量上仍存在一定的差距，鎂硅比為1.40的鋁合金桿基體中的析出相數(shù)量要高于鎂硅比為2.40的鋁合金桿。因此，無(wú)論是從導(dǎo)電率或是顯微硬度的角度講，鎂硅比為1.40的鋁合金導(dǎo)線均優(yōu)于鎂硅比為2.40的鋁合金導(dǎo)線。

由DSC分析結(jié)果可知，鎂硅比為2.40的Al-Mg-Si合金桿中析出的過(guò)渡相更容易轉(zhuǎn)化為平衡相，因此可以推斷，鎂硅比為2.40的Al-Mg-Si合金桿中的短棒狀析出相為β（Mg2Si）相，鎂硅比為1.40的Al-Mg-Si合金桿中豆瓣?duì)钕嗫赡転棣?相。

TEM分析結(jié)果表明β"相（Mg5Si6）與基體之間存在一定的位向關(guān)系。圖10所示為Al-Mg-Si合金桿析出相形貌圖。根據(jù)Al基體的衍射花樣和針狀β"相（Mg5Si6）的排列方向，可以判斷β"相（Mg5Si6）在Al基體中的慣習(xí)面為{100}。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章研究了鎂硅比對(duì)Al-Mg-Si合金導(dǎo)線在時(shí)效過(guò)程中導(dǎo)電率及顯微硬度的影響。在此基礎(chǔ)上對(duì)鎂硅比為1.40與鎂硅比為2.40的鋁合金桿進(jìn)行了差熱分析，研究?jī)烧呶龀鱿噢D(zhuǎn)變溫度之間的區(qū)別。同時(shí)對(duì)兩種鋁合金桿做了不同時(shí)效狀態(tài)下TEM分析，探索鎂硅比對(duì)Al-Mg-Si合金導(dǎo)線性能影響的內(nèi)在機(jī)理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

（1）富硅型鋁合金導(dǎo)線在時(shí)效過(guò)程中其導(dǎo)電率及顯微硬度兩方面均優(yōu)于富鎂型鋁合金導(dǎo)線。在文章實(shí)驗(yàn)條件下發(fā)現(xiàn)，當(dāng)合金元素總量為1.28%wt時(shí)，鎂硅比為1.40時(shí)其導(dǎo)電性能最好；顯微硬度則隨著鎂硅比的降低而升高，本實(shí)驗(yàn)條件下，鎂硅比為1.11時(shí)其時(shí)效硬化效果最佳。

（2）DSC分析表明，當(dāng)升溫速率為5k/min時(shí)，鎂硅比為2.40的鋁合金桿其平衡相β（Mg2Si）析出溫度比鎂硅比1.40的鋁合金桿低20℃，并且其β'相析出放熱峰也相對(duì)較弱，由此可以推斷，鎂硅比為2.40的鋁合金桿基體中的過(guò)渡相β"相易于轉(zhuǎn)化為平衡相Mg2Si。

（3）TEM分析表明，鎂硅比為1.40的鋁合金在峰時(shí)效狀態(tài)下能析出數(shù)量更多的針狀過(guò)渡相β"-Mg5Si6，β"相在Al基體中以{100}面為慣習(xí)面析出。而在過(guò)時(shí)效狀態(tài)下，鎂硅比為1.40的鋁合金桿中針狀β"相部分轉(zhuǎn)化為與基體存在一定共格關(guān)系的豆瓣?duì)钚孪?，并且析出相?shù)量較多，而鎂硅比為2.40的鋁合金桿則轉(zhuǎn)變?yōu)榕c集體無(wú)明顯共格關(guān)系的短棒狀β（Mg2Si）相。