耐热铝合金导线的发展和应用
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摘要：介绍了耐热铝合金导线的特点，生产工艺及应用情况，同时指出了研发新型耐热铝合金导线需注意的技术问题。
关键词：耐热铝合金 高强度 高导电率
0 引言
应用研究表明[1，2]，采用耐热铝合金导线的新建线路既可以大幅增加线路的输送容量，同时较普通导线线路可以节省5%～8%的投资。由于耐热铝合金导线在超高压线路和大跨越线路上运行效果良好，因此其已经被广泛采用。使用较为广泛的耐热铝合金导线按导电率分主要有58%、60%、55%IACS等几档[3]。
1 耐热铝合金生产工艺
目前，耐热铝合金导线的生产主要采用连铸连轧技术。生产工艺如下：①选料：材料的Al含量应该大于99.5%。②添加合金元素：Zr元素可以细化晶粒，提高合金的抗蠕变性能[4]和力学性能等[5，6]，但会降低导电率；Ti元素可细化晶粒；Fe、Mg、Si等元素可提高合金强度。③浇注工艺：为去除杂质，铝液在进入浇包前需进行过滤[7]。浇注时需调整冷却方式和铸造速度以获得均匀的组织，防治缩孔、开裂、冷隔等铸造缺陷[8]。④均匀化处理：为使导线获得高强度、强耐热性和高电导率[9]，Zr需以ZrAl3弥散质点均匀的分布在晶粒内部。⑤轧制：通过轧制使金属的形状、尺寸和性能发生改变[10]。⑥拉制：轧制铝合金线材经过模具，使其长度增大、截面积减小的拉伸加工过程[11]。⑦人工时效处理：时效处理可以提高合金的强度和导电率[12]，同时析出适量的第二相，可以有效地增加蠕变裂纹扩展抗力[13]。⑧绞制：通过盘式或笼式绞线机将多根耐热铝合金单线与钢芯（钢绞线）绞制成钢芯耐热铝合金导线。
2 生产耐热铝合金导线的技术问题
2.1 添加Zr对导电率的影响。添加Zr会降低合金的导电率，因此为了提高导电率，应采用适当的热工艺使使Zr以Al3Zr析出质点的形式存在，减少α（Al）固溶体。
2.2 导线的蠕变。蠕变是通过晶内切变、位错运动和迁动实现的。在导线的生产工艺中，采用热处理工艺除了可以提高其强度、导电率、耐热性外，还可以提高其抗蠕变性能。
2.3 导线运行温度与弧垂。虽然添加适量的Zr提高了提高导线的耐热性（运行温度），但运行温度越高电阻和导线的弧垂越大，会增加杆塔的高度和数量，会带来经济损失。使用高强度的殷钢做芯线可以降低其弧垂。
2.4 Zr在Al中的存在形式。Zr的添加对耐热铝合金导线的导电率、强度和耐热性等性能都有决定性影响。亚稳B’（Al3Zr）是一种极为有效的强化弥散体和再结晶抑制剂，其与母相失配率只0.8%，因此应对合金进行合适的均匀化处理，使Al3Zr质点分布均匀以提高合金的强度和耐热性。
铝合金导线于上世纪20年代，率先应用于美国、瑞士的高压输电线路。由于铝合金导线的技术性能优越，运行效果良好，特别是在超高压线路和大跨越线路上使用效果更好，因而逐渐被世界各国广泛采用。随着电力需求的不断增大，美国、瑞士、法国等发达国家使用广泛的使用耐热铝合金导线进行输电。日本耐热铝合金导线的使用量更是已经达到了输电线路总长的70%，东南亚地区在近20年来对其使用量增长迅速。
我国耐热铝合金导线发展与西方国家相比，应用较迟缓[14]。耐热铝合金导线在我国应用只有20余年的历史。随着相关国际标准的出台，2005年已基本淘汰了58%IACS的耐热铝合金线，现在国产的60%IACS耐热铝合金导线的导电率和耐热性能技术指标也达到了国际标准。目前，我国220 kV以上的大跨越输电线路大多采用国产的钢芯铝合金导线，仅少数几条大跨越输电线路采用了进口的耐热铝合金导线。国已具备了一般耐热导线与金具的研制和生产能力，应大力发展自主研发的具有高性价比的新型耐热铝合金导线。
4 结束语
导线还需具有良好的抗热膨胀性、抗蠕变性、一定的延伸率、较好的耐蚀性等以延长其使用寿命。耐热铝合金导线能有效的提高输电线路的输电容量，节约大量工程投资，因此得到世界各国的广泛应用和重视。新型耐热铝合金导线的研发需要综合考虑导电率、强度和弧垂、蠕变等各方面的因素，使导线的综合性能达到最佳。
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