协会会员单位泓淋电力联合哈理工攻克高强轻质铝合金技术难题

通过镧（La）微合金化技术，成功解决Al-Mg-Si合金强度与导电性难以兼顾的行业痛点，为轻量化应用提供新材料支撑。

一、导语：
  在新型电力系统建设与清洁能源转型的背景下，输电导线及各类结构件对材料的综合性能提出了更严苛的要求：既需要轻质铝合金的低密度特性以实现减重节能，又需要高强度以抵御极端工况，同时还需要高导电性以降低能耗。然而，对于传统的Al-Mg-Si合金而言，导电性与强度往往呈现负相关关系，难以兼得。近日，威海市泓淋电力技术股份有限公司联合哈尔滨理工大学，通过引入稀土元素镧（La）进行微合金化改性，在铸造Al-Mg-Si轻质铝合金的综合性能上取得了实质性突破。

二、技术背景：突破“强导悖论”，赋能轻量化

传统的Al-Mg-Si合金虽然具备铝合金固有的低密度优势，但在提升强度的过程中，通常会伴随导电率的显著下降。这主要是由于合金中的溶质原子和第二相会加剧对电子的散射。为了解决这一矛盾，研发团队将目光投向了稀土合金化。通过系统性的实验，我们验证了镧元素在细化晶粒、净化熔体及调控第二相形貌方面的关键作用，并确定了最佳工艺参数，旨在打造一款兼具轻量化、高强度与中导电率的新型工程材料。

三、核心数据：0.2%的镧，带来双重提升

实验数据表明，当镧（La）的添加量控制在 0.2wt.% 时，该轻质铝合金的微观结构与综合性能达到最优平衡。与未添加镧的基准合金相比，Al-Mg-Si-0.2La 轻质铝合金在多个关键指标上实现了显著提升：

1.强度提升：极限抗拉强度（UTS）达到 170 MPa（+9.0%），屈服强度（YS）达到 88 MPa（+15.8%）。

2.韧性飞跃：延伸率（EL）提升至 18.9%，增幅高达 70.3%，大幅改善了材料的加工成型性能。

3.导电优化：电导率达到 44.0% IACS（+17.3%），有效降低了传输过程中的电能损耗。

四、作用机理：镧元素如何优化轻质铝合金性能？

这一技术突破的核心，在于镧元素对合金微观结构的深度调控。通过金相分析与电镜观察，我们明确了以下三个主要作用机制：

1. 细晶强化：显著细化晶粒
镧元素的加入显著降低了α-Al的成核过冷度，促进了异质形核。实验数据显示，添加0.2%镧后，合金的平均晶粒尺寸较原始合金细化了47.9%。细小的晶粒不仅提升了轻质铝合金的整体强度，也极大地增强了材料的韧性。

2. 固溶原子脱溶：提升导电率
镧的加入促进了Mg₂Si相的析出，使得铝基体中的镁（Mg）和硅（Si）溶质原子浓度降低。根据马蒂森定律，基体纯度的提高直接减少了电子散射，从而在提升强度的同时，也实现了导电率的逆势增长。

3. 脆性相改性：消除应力集中
在微观结构观察中发现，镧元素有效改善了含铁相（AlFeSi）的形貌。原本沿晶界连续分布的针状脆性相，转变为不连续的颗粒状。这一转变消除了晶界脆性断裂的隐患，是延伸率大幅提升的关键因素。

五、实验验证：微观结构对比

为了直观展示镧元素的作用效果，我们截取了部分微观结构对比图：

图1：光学显微镜（OM）下的晶粒对比

• 上图（无La）：晶粒粗大，第二相呈粗大的针状和骨状，沿晶界连续分布。

• 下图（0.2% La）：晶粒明显细化，第二相数量减少且分布更均匀。

图2：拉伸断口形貌（SEM）

添加0.2% La： 断口分布着大量均匀的等轴韧窝，这是典型的韧性断裂特征，印证了材料优异的塑性变形能力。

六、结语

产学研落地，拓展轻质铝合金应用边界本次研发成果，不仅验证了稀土镧在铝合金改性中的巨大潜力，更形成了一套成熟的高强高导轻质铝合金铸造工艺。作为一家技术驱动型企业，威海市泓淋电力技术股份有限公司司始终致力于通过材料创新来提升产品竞争力。未来，我们将继续深化与高校的产学研合作，将这一技术成果推向产业化应用，为全球客户提供性能更卓越的导体材料及轻量化结构件解决方案。

七、【关于本研究】

本文数据源自《Effect of La content on microstructure, tensile properties and electrical conductivity of cast Al–Mg–Si–xLa alloys》，China Foundry, 2025.