大学化学论文金属合金

铝合金材料简述 作者 指导老师 机电工程学院 电话邮箱 摘要 摘要 铝及铝合金作为工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料 近年来在航空航天 汽车 机械制造 船舶及化学工业中已大量应用 在我国仍有很大的发展前景 本文仅从 铝和铝合金材料的各方面性质作简要论述 并结合实际 举例简要说明铝合金在工业生产 中的应用 并结合目前的发展状况对未来我国铝及铝合金行业的发展方向进行预估 关键字 关键字 铝合金 材料 合金应用 一 引言 铝是第二大金属 产量和用量仅次于钢铁 铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅 居 第三位 是地壳中含量最丰富的金属元素 铝合金是纯铝加入一些合金元素制成的 如铝 锰合金 铝 铜合金 铝 铜 镁系硬铝合金 铝 锌 镁 铜系超硬铝合金等 铝合 金比纯铝具有更好的物理力学性能 易加工 耐久性高 适用范围广 装饰效果好 花色 丰富 铝合金分为防锈铝 硬铝 超硬铝等种类 各种类均有各自的使用范围 并有各自 的代号 以供使用者选用 铝合金仍然保持了质轻的特点 但机械性能明显提高 铝合金 材料的应用有以下三个方面 一是作为受力构件 二是作为门 窗 管 盖 壳等材料 三是作为装饰和绝热材料 利用铝合金阳极氧化处理后可以进行着色的特点 制成各种装 饰品 铝合金板材 型材表面可以进行防腐 轧花 涂装 印刷等二次加工 制成各种装 饰板材 型材 作为装饰材料 航空 建筑 汽车三大重要工业的发展 要求材料特性具 有铝及其合金的独特性质 这就大大促进了这种新金属铝的生产和应用 二 性质 1 铝的物化性质 铝为银白色轻金属 有延展性 商品常制成柱状 棒状 片状 箔状 粉状 带状和丝状 纯铝的密度小 大约是铁的 1 3 熔点低 为面心立方结构 故具有很高的塑性 易于加工 可制成各种型材 板材 抗腐蚀性能好 但是纯铝的强度很低 故不宜作结构材料 铝是 活泼金属 在干燥空气中铝的表面立即形成厚约 50 埃 1 埃 0 1 纳米 的致密氧化膜 使 铝不会进一步氧化并能耐水 但铝的粉末与空气混合则极易燃烧 熔融的铝能与水猛烈相 应的金属 铝是两性的 极易溶于强碱 也能溶于稀酸 在常温下 铝在浓硝酸和浓硫酸 中被钝化 不与它们反应 所以浓硝酸是用铝罐 可维持约 180 小时 运输的 纯铝较软 在 300 左右失去抗张强度 铝以其轻 良好的导电和导热性能 高反射性和耐氧化而被 广泛使用 2 铝合金物化性质 铝合金是以铝为基的合金总称 对铝进行合金化 铝合金保持了纯铝的基本物化性能 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 良的导电性 导热性和抗蚀性 铝合金冷变形和热处理后 抗拉强度可达 500 600Mpa 相 当于低合金钢 广泛应用于结构材料 使用量仅次于钢 经处理过的铝合金 质轻而较坚 韧 可用阳极氧化的方法在铝材或铝器皿表面上涂覆色彩鲜艳的氧化膜 使其美观又经久 耐用 在航空 航天 汽车 机械制造 船舶及化学工业中已大量应用 三 铝及铝合金的应用 1 铝的应用概述 铝是第二大金属 产量和用量仅次于钢铁 铝的密度小 导电 导热和反光性能良好 铝有良好的抗腐蚀性能 铝和多种铝合金有很好的延展性 可以进行各种塑性加工 铝有 熔点低 铸造性能好等特性 1956 年世界铝产量开始超过铜而居有色金属的首位 近 20 年 建筑 汽车 包装用铝成为西方工业发达国家的三大用途 我国铝型材产量由 2001 年的 171 9 万 t 增加到 2009 年的 729 万 t 复合增长率为 19 8 2009 年我国建筑铝型材 和工业铝型材产量分别是 496 万 t 和 233 万 t 2010 年我国铝型材产销量将超过 1000 万 t 其中建筑铝型材消费量可望突破 600 万 t 而到 2012 年我国铝型材产销量预计将达到约 1440 万 t 在工业领域 目前我国工业铝型材占铝型材总应用量仅约 30 而同期欧洲 北美和 日本的铝型材消费结构中 工业耗用比例分别达到为 60 55 和 40 远高于我国 消 费结构的差异反映出我国铝型材在工业领域的生产 开发和应用方面不足 预示着我国工 业铝型材消费具有巨大的增长空间 预计未来 5 10 年 我国工业铝型材的消费量将持续增 长 在铝型材产品中的比例将由目前的约 30 上升到 2015 年的 45 50 左右 而根据我国 政府的相关规划 未来 10 年内 工业材占铝型材总应用量的比重将接近 70 中国铝的消费从总量上已超过日本 德国 法国 意大利 韩国 加拿大 英国等发 达国家 仅次于美国 跃居世界第二位 但从人均消费水平上看还有很大差距 铝市场前 景相当广阔 中国对铝需求相当大 2 铝合金在各行业中的应用 1 轻工业 目前轻工业是中国消费铝大户 七五 和 八五 期间轻工业耗铝量约占全国铝消 费量的 32 8 和 22 5 以日用五金 家用电器 日用玻璃和日用化工用铝最多 分别占 轻工业耗铝量的 52 31 5 和 3 西方工业发达国家轻工业用铝所占比例要小 2 电气电子行业 中国高压输电线路几乎都是钢芯铝绞线 另外变压器线圈 感应电动机转子 母线排 等也多用铝 还有铝电力电缆 铝布电线 铝电磁线等 电线电缆用铝量约占电气行业用 铝量的 75 85 七五 及 八五 期间电气行业耗铝量约占全国铝消费量的 24 5 和 13 8 八五 期间由于铝价过于坚挺 以铝代铜势头减弱 年均用铝量没有明显增加 所占比例相对下降 电子行业用铝广泛 民用产品及基础器件收音机 扩大机 电视机及 电容 电位器 扬声器等 军工产品雷达 雷达侦察干扰设备 战术导弹加套设备 卫星 地面站加套设备等均大量用铝 七五 及 八五 期间电子行业耗铝量均占全国铝消费 量的 3 4 和 3 6 3 汽车行业 目前国外生产 1 台汽车平均耗铝量约 70kg 而且还有不断增加的趋势 七五 和 八五 期间中国生产 1 台汽车平均耗铝量分别为 38 7kg 和 22 1kg 比国外少得多 除了 近几年大量使用进口零部件在国内进行组装因素外 说明中国汽车行业用铝的潜力很大 包括科技进步 进一步提高汽车零部件的国产化率和铝合金化率 4 冶金行业 铝主要用于炼钢脱氧 铁合金和特种钢生产的添加剂 大体上炼万吨钢需消耗铝 8 8t 一般普通钢耗铝量 0 4 0 5kg t 不锈钢耗铝量高达 30kg t 随着冶金行业产品结构调 整 增加高效钢和锈钢产量比例 用铝量还会增多 5 建筑行业 中国从 20 世纪 70 年代开始生产建筑铝型材 经过 80 年代和 90 年代两次出现生产铝 型材热潮 铝型材生产厂家从 70 年代 12 家发展到目前的上千家 铝型材产量从 1980 年 0 47 万吨增加到 1997 年 88 6 万吨 其中近半数用在建筑行业上 制作铝门窗 结构件 装饰板 铝幕墙等 应用潜力很大 8 包装材料 全铝易拉罐是当今全球包装行业中备受青睐的包装材料 目前全球年消费易拉罐 1500 亿只 耗铝高达 300 万吨 中国全铝易拉罐生产能力超过 100 亿只 包括啤酒 碳酸饮料 非碳酸饮料在内 约需用制罐特薄铝板带 30 万吨 年 香烟包装是铝箔最大用户 目前中 国 1 万箱精装烟消耗铝箔 1t 年需用铝箔 4 万吨左右 糖果 药品 茶叶 饮料 酱菜 营养品 小食品 牙膏 化妆品的包装也需用大量的铝箔 9 其他行业 用铝行业很多 铁路耗铝用于机车 车辆 客车制造 铁路电气化也要用铝 公路 港口 内河航运和民用航空也消耗铝 航空 航天 造船 石油及国防军工部门更需要高 精尖铝合金材料 四 铝合金的发展方向 随着技术的进步和新型铝合金材料的开发利用 锻造铝产品将会有更大的提升空间 铝合金锻件必将得到更广泛的应用 随着铝加工工艺技术不断创新 并向节能降耗 安全 环保 精简连续 高速高效方发展 必将促使铝加工设备加速更新换代 并向大型化 集 约化 精密化 自动化和标方向发展 特别是新的技术 新的工艺和新材料的研发过程 一定将伴随着新装备的发 新技术的开发成功都是由新装备为基础来实现的 近年来我国 铝加工装备有了很大的发展 但与世界先进水平相比仍有很大差距 需要加速发展 并更 多应着力于自主新和开发 或是在引进 消化 吸收基础上以创建我国相对完整的铝合金 材料及加工技术 工艺 装备的自主知识产权体系 目前 我国已掀起了铝加工发展的第 三次高潮 拟建大批具有一定规模和高装备水平的挤压生产线 精密模锻生产线 深加工 生产线 同时大力开发新产品和新技术 不断提高质量 提高生产效率和经济效益 可以 预料 铝及铝合金工业将成为我国的支柱产业之一 参考文献 1 方华婵 巢宏 Al Zn M