Al-Li 合金概述及实验：航空用Al- Li合金阳极氧化对粘接性能的影响

Al-Li 合金概述及实验：航空用Al- Li合金阳极氧化对粘接性能的影响Al-Li 合金一、什么是Al-Li合金？定义：Al-Li合金是指以锂为主要合金元素的新型铝合金。锂(Li)是元素周期表中最轻的金属元素,密度只有5360kg/m3。在铝中每加入1%(质量比)的锂,可使合金密度降低3%,并增加弹性模量约6%。构件质量减轻，刚度提高。二、 Al-Li合金的特点优点：1、低密度、高比强度、高比刚度；2、优良的低温性能；3、良好的耐腐蚀性能；4、卓越的超塑成形性能；5、用其取代常规铝合金,可使构件质量减轻10%-15%，刚度提高15%-20%；6、成形、维修等都较复合材料方便, 成本也远远低于复合材料。缺点：1、铝锂合金韧性、塑性较常规铝合金低; 2、各向异性较大；3、热稳定性差等。三、Al-Li合金的发展1.第一个阶段:初步发展阶段，时间跨度为20世纪50年代至60年代初。这一阶段研究成果是以1957年美国Alcoa公司研究成功的2020合金为代表。2.第二个阶段:繁荣发展阶段，时间跨度为20世纪70年代至80年代后期。在这一时期,对Al-Li合金进行了全面研究,Al-Li合金得到了迅猛发展。 在繁荣发展阶段，研制成功了低密度型、中强耐损伤型和高强型等一系列较为成熟的Al-Li合金产品。如前苏联研制成功的1420合金、美国Alcoa公司研制出的2090合金、英国Alcoa公司的8090和8091合金、法国Pechiney公司开发出的2091 合金等。3.第三阶段：新型Al-Li合金发展阶段。进入90年代以后,人们针对Al-Li合金存在诸如各向异性、不可焊、塑韧性及强度水平较低等缺点开发出了具有一定特殊优势的Al-Li合金。目前,已开发出的新型Al-Li合金，主要有高强可焊的1460和Weldalite系列合金；低各向异性AF/ C489 、AF/ C458合金；高韧性的2097 、2197合金；高抗疲劳裂纹的C2155合金，以及经特殊真空处理的XT系列合金等。四、Al-Li合金的制备1.铸锭冶金法(IM)铸锭冶金法是Al-Li合金的主要生产方法。该方法优点是成本较低，可生产大规模铸锭，但是用该方法制备的Al-Li合金，锂的质量分数不超过3%，很难满足对轻型合金的要求。2.粉末冶金法(PM)粉末冶金法是一种能制备复杂形状形产品的生产技术,也是生产Al-Li合金的重要方法。该法的生产工艺为粉末制取粉末成型粉末烧结。为了提高材料的性能,各国科学家已开发出多种不同的生产工艺(如高温烧结、复压复烧、粉末锻造、 热等静压、喷射沉积、急冷快速凝固制粉等)。3.其他制备方法：鉴于传统的合金制备方法存在的缺陷，研究者已经开始探索其他的一些更好的制备方法，其中较有代表性的有熔盐电解法和模拟微重力状态制备法五、Al-Li合金的生产工艺1.热处理及精整工艺所有的铝锂合金都是热处理强化合金。高温加热时，为防止合金半成品表面“失锂”现象，采用无氧化气氛加热，再经过水冷淬火，后采用拉伸变形使精整变形量在2%-7%的范围内。2.压力加工3.焊接4.超塑成型超塑成形是利用材料在特殊条件下所表现出的超强变形能力，对形状复杂、精度高、用常规工艺方法难以加工或难以满足要求的薄壁零件，采用吹塑胀形等方法进行成型的过程。六、新型Al-Li合金的改善途径1.微合金化在铝锂合金中通常加入的合金元素有Cu、Mg、Zr、Cd、Sc、Ce等，以影响合金的析出行为和析出相的化学成分、类型、数量、形状、尺寸和分布，改善晶界特性，可全面提高合金的各项性能。2.形变热处理铝锂合金固溶处理冷变形使合金中形成密布的位错或位错缠结，成为S、T1相非均匀形核的位置增大位错不能切割的沉淀相的体积分数，减小合金的共面滑移及晶界应力集中进行时效使时效过程中析出的第二相微粒更为弥散均匀分布，并减小无析出带宽度改善合金的综合力学性能。3.纯净化用真空纯化法使合金内的碱金属和氢含量显著降低使合金韧性显著提高。利用真空纯化法，使碱金属含量由原来的(3-6)10-6降到110-6以下，氢含量也显著降低，合金韧性得到显著提高。用此法制得的2090合金的断裂韧性比碱金属含量大于510-6的铝锂合金高得多，且在65下暴露1000h后韧性几乎不降低。4.再结晶、在不同方向上拉伸或冷轧、减小变形量、改变弥散相类型等方法,这些方法可以改善合金的各向异性。 七、新型铝锂合金的性能特点(1)适当的密度降低(一般比常规铝合金低5-8,Li1.8)，而不是片面的追求低密度；(2)更好的强度韧性平衡；(3)耐损伤、抗疲劳性能优良；(4)各向异性小；(5)耐腐蚀优良；(6)热稳定性好，有较好的耐热性；(7)良好的加工成型性(适用于激光束焊接、搅拌摩 擦焊接、时效成形)；(8)更高的性价比。八、新型铝锂合金产品新型铝锂合金主要产品形式有中厚板、薄板、挤压型材等，国外已认证或在飞机上使用的产品牌号主要有没铝的2099、2199、2397和加铝的2196、2098、2198等，部分铝锂合金具备AMS材料规范，主要应用于地板梁、机身蒙皮、长桁、框、梁、腹板等部位。九、Al-Li合金在航空的应用1.航天航空用铝合金铸件；2.航天航空用大型挤压型材；3.航空航天用铝合金厚板。Al-Li合金已经在军用飞机、民用客机和直升飞机上使用或试用，主要用于机身框架、襟翼翼肋、垂直安定面、整流罩、进气道唇口、舱门、燃油箱等。法国的Rafele军用战斗机以及Airbus公司的A330，A340和A380等机型的机翼前后缘、附件盖、座椅滑轨、地板梁、机身与机身蒙皮等部件均使用了铝锂合金材料。空客A380-800飞机的主舱横梁采用了2196铝锂合金锻压件。A350XWB机身为混合结构，由铝锂合金机身框、纵梁、肋板、地板梁、起落架舱等组成“导电网络”，一方面为飞机上的电子设备提供必要的回路；另一方面能有效防止复合材料不利于电气设