随着经济的快速发展,电力消费也在逐年增加。由于主要电力生产单位集中在边远地区,而主要电力消费城市集中在东部沿海,发电端到受电端的距离较远,这种生产与消费地域空间上的分布不均衡特点导致长距离输送电力不可避免。在金属结构材料中,银、铜、金和铝的导电率逐渐下降,但是综合考虑性能表现和经济因素,铝是架空输电导线上应用最多的导体材料。架空导线在服役过程中需要承受风载、冰载和自重,输电过程中在线路上会产生能耗。因此,抗拉强度和导电率是架空导线用金属铝导体材料最为重要的两个性能指标。高的强度可以保证架空导线在服役过程中的安全可靠性,高的导电率则有利于降低电力传输过程中的电能损耗。然而,金属材料的强度和导电率通常相互制约。如何打破金属材料的强度和导电率制约关系并制备出高强度和高导电率铝及铝合金线是极为重要的科学问题和亟待解决的工业难题。工业纯铝、Al-Mg-Si合金和Al-Fe合金是架空导线最常用的导体材料。本文以工业纯铝线、Al-Mg-Si合金线和Al-Fe合金线为研究对象,系统地研究了它们的强化机制和高导机制以及强度-导电率制约关系的演化规律和机制。此外,本文还提出了一种铝包铝合金复合结构线及制备工艺,并对复合线的组织和性能分别进行了表征和测试。从实际生产线上选取了不同拉拔变形量的工业纯铝线为研究对象,并绘制了强度和导电率关系曲线,发现工业纯铝线的导电率随强度的增加先下降后上升,据此发现了“反常强度-导电率制约关系”现象,即强度和导电率同步提升。进一步微观组织观察表明,随着变形量增大,晶粒沿着轴向逐渐被拉长。晶粒尺寸统计结果表明:晶粒厚度逐渐减小,而晶粒长度先保持不变后大幅增加。减小晶粒厚度可以增加铝线强度并且损失较小的导电率,而增加晶粒长度则大幅提高导电率并不损失强度。此外,当变形量增大时,工业纯铝线内部的<001>软织构逐渐向<111>硬织构转变,并且织构的转变起到了强化作用但几乎不影响导电率。简言之,利用细长晶粒结合硬取向织构可以改善纯铝线“强度-导电率制约关系”。并依据此原则改进了传统工业纯铝线的生产工艺,制备出强度满足要求,导电率超过63.0%IACS的高导电率工业纯铝线。采用预时效加冷变形工艺,制备出强度和导电率分别为352.3 MPa和55.97%IACS的Al-Mg-Si合金线,与其它文献中的Al-Mg-Si合金线性能相比,本文制备的Al-Mg-Si合金线的性能更为优异。此外,与传统工艺制备的Al-Mg-Si合金线相比,采用预时效加冷变形工艺制备的Al-Mg-Si合金线内部观察到了大量的纳米析出相,其强度和导电率同步提高。当固溶原子以纳米析出相的形式析出时,既可以净化基体提高导电率,又可以实现析出强化。根据理论推导,建立了析出强化和导电率与析出相半径的定性关系。结果表明,当析出相半径小于临界纳米尺寸时,随着析出相半径的增大,Al-Mg-Si合金线强度和导电率同步增加,即打破了“强度-导电率制约关系”。采用低固溶合金元素Fe合金化,制备出一种Al-Fe合金线,其抗拉强度和导电率分别高达306.8 MPa和58.94%IACS。与目前文献报道的Al-Mg-Si合金线性能相比,当二者强度相同时,Al-Fe合金线具有更高的导电率。Al-Fe合金线的高强度高导电率机制为Fe与Al反应生成的纳米Al6Fe析出相导致析出强化。Fe在Al中的极低固溶度导致大量析出,这种行为净化了基体,提升了导电率。此外,分析了不同变形量Al-Fe合金线的组织演化规律,绘制了强度-导电率关系曲线。鉴于高压交流输电存在“集肤效应”,本文采用过盈配合的方法成功地制备了铝包铝合金坯锭,其外层为工业纯铝,内层为铝合金,并采用多道次拉丝制备出了铝包铝合金线,其抗拉强度和导电率分别为226.5 MPa和59.35%IACS。在铝包铝合金线的纯铝与铝合金之间界面上观察到了完整的晶粒,并且在界面处未见缺陷和金属间化合物,表明本文的工艺可以用于制备界面结合良好的双金属复合线。与纯铝线和铝合金线的性能对比发现,铝包铝合金线结合了纯铝的高导电特性和铝合金的高强度特性,这一发现为改善强度和导电率制约关系并制备高强度高导电率铝线提供了一种新思路。通过对工业纯铝线、Al-Mg-Si合金线、Al-Fe合金线和铝包铝合金线强度-导电率制约机制研究,针对铝及铝合金导体材料提出了打破“强度-导电率制约关系”的四种机制,即晶粒细长化、织构<111>化、合金元素低固溶和析出相纳米化。高强度高导电率铝及铝合金导体材料是架空导线用金属铝导体材料发展的主要方向,本文通过典型铝及铝合金线强度-导电率制约行为的研究,揭示了金属铝导体材料“强度-导电率制约机制”,不仅奠定了打破“强度-导电率制约关系”的理论基础,同时也制备出了高强度高导电率金属铝导体材料,为金属铝导体材料制备技术的改进提供了重要的参考。