铝合金的主要应用领域ppt课件.ppt

铝合金的主要应用领域及发展方向 2020 3 23 1 目录 铝合金应用概述普通铝合金的应用超高强度铝合金耐热铝合金铝基复合材料铝合金的加工工艺 2020 3 23 2 以铝为基的合金总称 主要合金元素有铜 硅 镁 锌 锰 次要合金元素有镍 铁 钛 铬 锂等 铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料 在航空 航天 汽车 机械制造 船舶铝合金及化学工业中已大量应用 铝合金密度低 但强度比较高 接近或超过优质钢 塑性好 可加工成各种型材 具有优良祥云火炬的导电性 导热性和抗蚀性 工业上广泛使用 使用量仅次于钢 铝合金概况与应用 2020 3 23 3 普通铝合金在生活中的应用 铝合金在我们的生活中十分常见 我们的门窗 床铺 炊具 餐具 自行车 汽车等 都包含有铝合金 2020 3 23 4 超高强度铝合金 超高强度铝合金研究现状及发展趋势高强度铝合金的导线应用提高铝合金强度的技术途径和方法 2020 3 23 5 超高强度铝合金前言 高强度铝合金具有比重小 强度高 加工性能好及焊接性能优良等特点 被广泛地应用于航空工业及民用工业等领域 尤其在航空工业中占有十分重要的地位 是航空工业的主要结构材料之一 近几十年来 国内外学者对高强度铝合金的热处理工艺及其性能等进行了大量的研究 取得了重要进展 并极大地促进了该类材料在航空工业生产等各方面中的广泛应用 超高强度铝合金主要是以AI Cu Mg和A1 Zn Mg Cu为材料的合金 前者的静强度略低于后者 但使用温度却比后者高 AI Cu Mg系合金是发展最早的一种热处理强化型合金 航空工业的发展 促进了该系合金的改进 本世纪20年代和30年代相继发展了2014和2024合金 随后又发展了2618合金 这个系的合金发展较为成熟 已先后定型了十几个牌号 这些合金作为航空材料及其他材料 已得到了广泛的应用 2020 3 23 6 高强度铝合金的导线应用 在国际上 铝镁硅型的高强度铝合金导线已被使用七十余年的历史 由于它具有的优点和对其生产工艺的不断改进 使它更具有实际使用价值 在欧洲 以法国为代表 在输电线路上大量采用 占线路总长的绝大部分 日本采用铝合金的输电线路在50 以上 美国和加拿大也有很大的比例 即使东南亚发展中的国家 像印度 印度尼西亚 菲律宾等也都采用铝合金用于导线输电线路 2020 3 23 7 8 2 超高强度铝合金发展趋势 超高强度铝合金是重要的轻质高强结构材料 具有广阔的应用前景 目前 需从以下几个方面开展工作 1 复合微合金化是铝合金强韧化研究的一个重要方向 需深入 系统地进行研究与开发 2 改进传统的铸锭冶金制备技术 开发先进的喷射成形制备工艺 以获得高质量的铸锭组织等 超高强铝合金正朝向高比强 高比模 高损伤容限 耐蚀方向发展 纯净化冶炼和先进的制坯技术是发展的前提 强韧化理论是基础 在现有强化理论的基础上 一是将微观力学理论与微观晶体缺陷理论相结合 提高合金成分优化设计水平 二是发展多级多相综合强韧化理论 利用微合金挖掘合金潜力 改善合金性能 开发新型铝合金 三是合金微观组织精确控制 形成组织性能精确调控理论 发展综合性能更加优良的超高强铝合金 2020 3 23 4 高强度铝合金的发展趋势高强度铝合金是重要的轻质高强结构材料 具有广阔的应用前景 铝及铝合金的应用受到钛及钛合金和复合材料的挑战 但其作为主体结构材料的地位基本不变 目前 高强铝合金的发展趋势从以下几个方面开展 复合微合金化 添加微量过渡族元素以及稀土元素 开发出各种满足不同需要的新型铝合金高强材料 改进传统的铸锭冶金制备技术 采用和研究各种先进的熔体净化和变质处理方法 提高铸锭冶金质量 深入研究高溶质状态下合金的热处理工艺 研究合金强化固溶处理及多级多重相时效析出的沉淀强化机制 提高合金基体的过饱和固溶度提高沉淀相的体积分数 通过MPt GBP和PEZ的最佳配合 使合金实现高强高韧 良好抗蚀性能的优化匹配 2020 3 23 9 耐热铝合金 快凝耐热铝合金的应用及存在的问题开发快凝耐热铝合金的最终目的是取代飞机零件中的钛合金 近些年来的研究成果表明 这方面的工作已取得了很大进展 快凝耐热铝合金的某些性能已相当或超过了部分钛合金的 快凝耐热铝合金已成功地用于制造气体涡轮发动机的压缩翼片和叶片 以及涡轮和散热片等部件 还可以用于制造火箭和宇宙飞船上的某些构件 当快凝耐热铝合金用于制造飞机构件时 造价一般只是钛合金的30 50 而飞机重量却可以减轻15 左右 如果进一步提高其耐热性能 应用范围还将扩大 2020 3 23 10 耐热铝合金今后的研究方向 快凝耐热铝合金今后的研究方向将主要集中在以下几方面 1 发展低成本的新型快凝工艺 由于喷射沉积快凝工艺相对RS PM工艺而言 生产工序简化 避免了原始粉末颗粒界面氧化问题 可使合金的韧性得到提高 生产成本降低 因此 应进一步完善喷射沉积快凝工艺 使其应用于实际生产 2 进一步研究合金的耐热机理 包括过固溶的基体在受热过程中的作用 3 研究引起合金中温脆性的原因及解决措施 进一步提高合金的韧性 2020 3 23 11 铝基复合材料 复合材料是应现代科学发展需求而涌现出的具有强大生命力的材料 它由两种或两种以上性质不同的材料通过各种工艺手段复合而成 复合材料可分为三类 聚合物基复合材料 PMCs 金属基复合材料 MMCs 陶瓷基复合材料 CMCs 金属基复合材料基体主要是铝 镍 镁 钛等 铝在制作复合材料上有许多特点 如质量轻 密度小 可塑性好 铝基复合技术容易掌握 易于加工等 此外 铝基复合材料比强度和比刚度高 高温性能好 更耐疲劳和更耐磨 阻尼性能好 热膨胀系数低 同其他复合材料一样 它能组合特定的力学和物理性能 以满足产品的需要 因此 铝基复合材料已成为金属基复合材料中最常用的 最重要的材料之一 2020 3 23 12 主要类型及应用概况 按照增强体的不同 铝基复合材料可分为纤维增强铝基复合材料和颗粒增强铝基复合材料 纤维增强铝基复合材料具有比强度 比模量高 尺寸稳定性好等一系列优异性能 但价格昂贵 目前主要用于航天领域 作为航天飞机 人造卫星 空间站等的结构材料 颗粒增强铝基复合材料可用来制造卫星及航天用结构材料 飞机零部件 金属镜光学系统 汽车零部件 此外还可以用来制造微波电路插件 惯性导航系统的精密零件 涡轮增压推进器 电子封装器件等 2020 3 23 13 一 铝基复合材料的基本成分 铝及其合金都适于作金属基复合材料的基体 铝基复合材料的增强物可以是连续的纤维 也可以是短纤维 也可以是从球形到不规则形状的颗粒 目前铝基复合材料增强颗粒材料有SiC AL2O3 BN等 金属间化合物如Ni Al Fe Al和Ti Al也被用工作增强颗粒 2020 3 23 14 二 铝基复合材料的性能 1低密度2良好的尺寸稳定性3强度 模量与塑性增强体的加入在提高铝基复合材料强度和模量的同时 降低了塑性 4耐磨性高的耐磨性是铝基复合材料 SiC Al2O3增强 的特点之一 5疲劳与断裂韧性铝基复合材料的疲劳强度一般比基体金属高 而断裂韧性却下降 影响铝基复合材料疲劳性能和断裂的主要因素有 增强物与基体的界面结合状态 基体与增强物本身的特性和增强物在基体中的分布等 6热性能增强体和基体之间的热膨胀失配在任何复合材料中都难以避免 为了有效降低复合材料的热膨胀系数 使其与半导体材料或陶瓷基片保持热匹配 常选用低膨胀的合金作为基体和采用不同粒径的颗粒制备高体积分数的复合材料 2020 3 23 15 2020 3 23 16 2020 3 23 17 三 铝基复合材料的应用 3 1在汽车领域的应用3 2在航空航天领域的应用3 3在电子和光学仪器中的应用3 4在体育用品上的应用 2020 3 23 18 3 1在汽车领域的应用 铝基复合材料在汽车工业的应用研究起步最早 上个世纪年代 日本丰田公司成功地用复合材料制备了发动机活塞 美国的研制出用颗粒增强铝基复合材料制造汽车制动盘 使其重量减轻了 而且提高了耐磨性能 噪音明显减小 摩擦散热快 同时该公司还用颗粒增强铝基复合材料制造了汽车发动机活塞和齿轮箱等汽车零部件 用复合材料制成的汽车齿轮箱在强度和耐磨性方面均比铝合金齿轮箱有明显的提高 铝合金复合材料也可以用来制造刹车转子 刹车活塞 刹车垫板 卡钳等刹车系统元件 铝基复合材料还可用来制造汽车驱动轴 摇臂等汽车零件 2020 3 23 19 3 2在航空航天领域的应用 现代科学技术的发展 对材料性能提出了越来越高的要求 特别是航空航天领域要制造轻便灵活 性能优良的飞机 卫星等 铝基复合材料恰能满足这方面的要求 采用熔模铸造工艺研制成复合材料 用该材料代替钛合金制造直径大 重量重的飞机摄相镜方向架 使其成本和重量明显降低 导热性提高 同时该复合材还可用来制造卫星反动轮和方向架的支撑架 2020 3 23 20 3 3在电子和光学仪器中的应用 铝基复合材料 特别是增强铝基复合材料 由于具有热膨胀系数小 密度低 导热性能好等优点 适合于制造电子器材的衬装材料 散热片等电子器件 颗粒增强铝基复合材料的热膨胀系数完全可以与电子器件材料的热膨胀相匹配 而且导电 导热性能也非常好 在精密仪器和光学仪器的应用研究方面 铝基复合材料用于制造望远镜的支架和副镜等部件 另外铝基复合材料还可以制造惯性导航系统的精密零件 旋转扫描镜 红外观测镜 激光镜 激光陀螺仪 反射镜 镜子底座和光学仪器托架等许多精密仪器和光学仪器 2020 3 23 21 3 4在体育用品上的应用 铝基复合材料可以代替木材及金属材料来制作网球拍 钓鱼竿 高尔夫球杆和滑雪板等 用颗粒增强铝基复合材料制作的自行车链齿轮重量轻 刚度高 不易挠曲变形 性能优于铝合金链齿轮 2020 3 23 22 最具前途的铝基复合材料 碳化硅颗粒增强铝基复合材料 2020 3 23 23 碳化硅颗粒增强铝基复合材料 是目前普遍公认的最有竞争力的金属基复合材料品种之一 尽管其力学性能尤其是强度难与连续纤维复合材料相匹敌 但它却有着极为显著的低成本优势 而且相比之下制备难度小 制备方法也最为灵活多样 并可以采用传统的冶金工艺设备进行二次加工 因此易于实现批量生产 冷战结束后的20世纪90年代 由于各国对国防工业投资力度的减小 即使是航空航天等高技术领域 也越来越难以接受成本居高不下的纤维增强铝基复合材料 于是 颗粒增强铝基复合材料又重新得到普遍关注 特别是最近几年来 它作为关键性承载构件终于在先进飞机上找到了出路 且应用前景日趋看好 进而使得其研究开发工作也再度升温 2020 3 23 24 发展趋势及方向 目前 铝基复合材料面临的最主要问题是制造成本高 尤其是纤维增强体的铝基复合材料 随着增强体与基体结合理论的进一步研究 成本更低的增强体和制备工艺的不断开发 加上废品回收再利用等 铝基复合材料在保持优异性能的同时 成本将更加低廉 其应用领域将越来越广 2020 3 23 25 铝合金的发展前景 2020 3 23 26 铝合金发展方向 热交换器用复合铝合金材料稀土铝合金 2020 3 23 27 铝合金中添加适量稀土元素对精炼效果具有促进作用 稀土对铝合金的细化作用 稀土对铝硅合金的变质作用 2020 3 23 28 稀土铝合金是代替铜材制造电线电缆的理想材料 我国冶炼厂生产的铝锭 由于受自然资源的影响 含硅量较高 而硅又是影响导电性能的主要有害杂质 使我国以往生产的铝导线导电性能常常达不到国际电工委员会的标准 成为长期困扰我国铝导线行业的一大难题 我国科学家们借助稀土的作用解决了这个难题 在世界上率先采用微量稀土处理铝液 使其与硅使用形成硅化物析出晶界 加上稀土的微合金化作用 克服了硅的有害影响 明显改善了导电性能 由于稀土还能细化晶粒强化基体 还提高了电线电缆的机械强度和加工性能 使我国生产的铝电线电缆不但导电性能略高于国际电工委员会标准 还比以前机械强度提高了20 抗腐蚀性能提高了一倍 耐磨性能更是提高了约10倍 一举改变了我国铝电线电缆生产的落后状况 使产品达到了国际先进水平 2020