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摘要：电力电缆是电力输送的主要载体，随着工业化进程的发展，对电力电缆的需求量逐渐增加。目前在我国，电缆的导体绝大部分采用铜和铝两种材料。铜导体具有优越的导电性、抗腐蚀性、力学性能，其用量远远超过铝导体的，是电缆导体的首选材料。正由于铜导体的优越性能，使得其需求量越来越大。据统计，我国每年用于制造电缆的铜达到500万t。但我国目前铜矿资源储藏约为2 600万t，不足六年使用时间，所以我国对精铜主要依赖于进口。
关键词：金属元素；稀土复合添加；铝合金性能；影响；分析
引言：随着蛋白质组学研究的不断深入，其研究方向由定性表达谱向定量研究发展，而新的定量方法的研究是生物标志物发现、验证和确认的重要支撑。蛋白质组学定量方法包括基于标记和非标记结合生物质谱的方法，而基于非标记的质谱是半定量方法，限制了其在定量研究中的应用，因此研究工作仍然侧重于基于标记的质谱定量方法。蛋白质标记方法主要有化学标记和生物标记。铝的导电性仅次于银、铜，我国的铝资源探明储量约为30亿t，远多于铜。我国每年生产的电缆总产值高达1.2万亿元，其中铜电缆占市场的97%，铝及铝合金电缆只占市场3%，开发高性能铝合金电缆对缓解电解铝产能过剩也具有重要意义。架空输电线的导线材料除了要求有良好的电导率外，还应具有好的强度以支持其自身的重量和外部的自然载重(风荷载、冰荷载)。
1.金属元素与稀土复合添加对导电铝合金组织的影响
使用纯铝导体材料作为电线电缆线芯，存在力学强度、抗蠕变性能较差，易发热、腐蚀等缺点。添加Zr、B、Cu和RE等元素，其力学性能、导电性能和安全性能得到了极大地改善。
1.1 Zr与Ce、La复合添加对导电铝合金组织的影响
Zr可以细化导电铝合金的晶粒，但Zr分别与0．15%La、0．2%Ce(质量分数，下同)复合加入的细化效果则更加明显。这是由于合金元素加入增加了铝合金结晶形核数量，且稀土表面活性大，易在相界面和晶界上吸附偏聚，阻碍晶粒的长大而使晶粒得到细化。
1.2 Sc对导电铝合金组织的影响
Sc的晶粒细化作用比Ti、Zr、V元素的强，且Al3Sc化合物的晶格常数a=0.4104nm，铝的晶格常数a=0.404nm，二者非常接近，符合作为晶粒形核核心的尺寸、结构匹配原则，析出相Al3Sc呈弥散细小分布，有更好的晶粒细化效果。
1.3 Er对导电铝合金组织的影响
Er具有资源丰富以及价格较低等优点，作为诸多铝合金的微合金化元素之一，Er具有类似于Sc的效果，微合金化作用显著。元素Er在铝合金中可形成纳米级Al3Er强化相，比Al3Sc相具有更好的热稳定性;可明显细化铝合金组织，可能原因是一方面初生的Al3Er粒子在凝固时作为非均质形核核心来提高形核率，因而使晶粒细化，另一方面Er在晶界偏聚形成初生Al3Er相，也能够阻碍晶粒长大。
2.金属元素基本信息
一是金属元素是具有金属通性的元素。除Sn(锡)、Sb(锑)、Bi(铋)等少数几种金属的原子最外层电子数大于或等于4以外，绝大多数金属原子的最外层电子数均小于4，所以其原子容易失去电子而本身常以阳离子形态存在于化合物中。它们的化合物和氢氧化物一般呈碱性。二是原子结构特征。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆除Sn、Sb、Bi等少数几种金属的原子最外层电子数大于或等于4以外，绝大多数金属原子的最外层电子数均小于4，主族金属原子的外围电子排布为ns1或ns2或np(1-4)，过渡金属的外围电子排布可表示为ns(1-2)(n-1)d(1-10)。主族金属元素的原子半径均比同周期非金属元素(稀有气体除外)的原子半径大。三是金属元素在元素周期表里的排布。第一主族(除H)为碱金属元素，第二主族为碱土金属元素。第三副族到第二副族为过渡金属，过渡金属一般密度较大，熔沸点较高，有较好的导电、导热、延展性和耐腐蚀性。过渡金属的化合物及其溶液大多带有颜色。
3.金属元素与稀土复合添加对导电铝合金导电性能的影响
3.1 Zr与Ce、La复合添加对铝合金导电性的影响
电导率随着Zr含量的增加呈先减小、后增大、再减小的趋势，在w(Zr)=0．03%～0．04%时出现一个峰值。说明稀土La、Ce的加入，在一定程度上弥补了Zr对电导率的不利影响，Ce对电导率影响作用高于La的。因为稀土La、Ce加入后，可使铝中的部分Si、Fe从固溶态转变成析出态，从而对其导电性有利。
3.2 Sc对导电铝合金电导率的影响
东北大学的研究，Al-0.16Zr合金在520℃固溶1.5h，在250℃时效处理，随时效时间延长抗拉强度与导电率均增加，时效48h两者达到最大值，抗拉强度为49 N/mm2，电导率为62.72%(IACS)。Al-0.16Sc合金经过在630℃固溶1.5 h后，在320℃时效处理，随着时效时间的延长抗拉强度与导电率都增加，时效6h抗拉强度与电导率达到最大值，抗拉强度为110 N/mm2，电导率为63.6%(IACS)。说明Sc提高导电铝合金的强度和电导率明显优于Zr。2.3 Er对导电铝合金导电率的影响张宋等人在纯铝中添加Er量分别为0.04%、0.1%、0．2%，其电阻率基本相同。这种现象的原因可能是Al和Er形成共晶合金。由相图可知仍然有少量Er元素固溶在铝基体中，其余的Er元素大部分都以第二相的形式析出。由于添加Er元素的量很少，对导电性的影响不大，呈现导电性基本不变。也就是在含量很低时Er元素对合金的导电性能影响不明显。在上述三种Al-Er合金中加入相同的0.04%Zr，导电性几乎都有下降，可能是由于Zr元素的添加量很少，主要以固溶形式存在与基体中，从而增大了电子的散射，使导电性降低。同时在三种样品中同时加入相同量的B，这三组样品的导电性都超过了60%IACS。并且A1-0.1Er-Zr-B样品的导电性能最好，与纯铝接近。原因可能是，添加的Er元素作为稀土存在，与B元素一起起到了净化作用。
总结：全球资源的现状是铜贫铝富，铝代铜是必然选择。由于纯铝存在性能上缺点，需要添加合金元素、稀土元素提高其抗拉强度、蠕变和耐腐蚀等性能，若添加金属、稀土元素不适当会降低其电导率。目前，虽然我国在导电铝合金研究中取得了一定的成绩，但还远远不能满足市场的需求。开发出新的合金配方，以及研究金属元素、稀土共同作用的机制将是今后的重点。
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论文作者:宁红玉
论文发表刊物:《防护工程》2018年第24期
论文发表时间:2018/12/26
标签：金属元素论文; 铝合金论文; 稀土论文; 导电性论文; 晶粒论文; 元素论文; 合金论文; 《防护工程》2018年第24期论文;