铝合金的应用领域

1、铝合金的应用领域 和发展方向 目录 铝合金应用概述铝合金应用概述 普通铝合金的应用普通铝合金的应用 超高强度铝合金超高强度铝合金 耐热铝合金耐热铝合金 铝基复合材料铝基复合材料 铝合金的加工工艺铝合金的加工工艺 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。 铝合金概况与应用铝

2、合金概况与应用 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。 超高强度铝合金 超高强度铝合金研究现状及发展超高强度铝合金研究现状及发展趋势趋势 高强度铝合金的导线应用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提高铝合金强度的技术途径和方法 超高强度铝合金 前言：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

3、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。 高强度铝合金的导线应用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

4、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。 8 2.2.超高强度铝合金发展趋势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

5、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。 4 4高强度铝合金的发展趋势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

6、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。 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

7、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。 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

8、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。 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（复合而成。复合材料可分为三类：聚合物基复合材料（PMCs

9、PMCs）、）、 金属基复合材料（金属基复合材料（MMCsMMCs）、陶瓷基复合材料（）、陶瓷基复合材料（CMCsCMCs）。金属基）。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 有许多特点有许多特点, ,如质量轻、密度小、可塑性好如质量轻、密度小、可塑性好, ,铝基复合技术容易铝基复合技术容易 掌握掌握, ,易于加工等。此外易于加工等。此外, ,铝基复合材料比强度和比刚度高铝基复合材料比强度和比刚度高, ,高高 温性能好温性能好, ,更耐疲劳和更耐磨更耐疲劳和更耐磨, ,阻尼性能好阻尼性能好, ,热膨胀系数低。同热膨胀

10、系数低。同 其他复合材料一样其他复合材料一样, ,它能组合特定的力学和物理性能它能组合特定的力学和物理性能, ,以满足产以满足产 品的需要。因此品的需要。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。用的、最重要的材料之一。 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

11、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。 一，铝基复合材料的基本成分一，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。 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

12、。 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。 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

13、学仪器中 的应用 3.4 在体育用品上的应用 31 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。 3.2在

14、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。 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

15、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。 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。 最具前途的铝基复合材料 -碳化硅颗粒增强铝基 复合材料 碳化硅颗粒增强铝基复合材料, 是目前普遍公认的 最有竞

16、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。 发展趋势及方向

17、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。 铝合金的发展前景 铝合金发展方向 热交换器用复合铝合金材料 稀土铝合金 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 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