鋁合金結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用及其發(fā)展方向

李玉俊

摘 要：改革開(kāi)放時(shí)期至現(xiàn)今階段，建設(shè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的進(jìn)程進(jìn)入了全新的階段，整體的發(fā)展水平達(dá)到了新的高度，促進(jìn)我國(guó)各行各業(yè)以良好的勢(shì)態(tài)發(fā)展，這無(wú)形之中使我國(guó)金屬材料的用量變多。伴隨社會(huì)與日俱增的需求量，鋁合金材料的冶煉方式以及工程技術(shù)生產(chǎn)模式逐漸趨于多樣化，各行各業(yè)的發(fā)展速度越來(lái)越快，諸如交通運(yùn)輸業(yè)、航天科技、電子技術(shù)等都與鋁合金金屬材料息息相關(guān)，為了確保鋁合金金屬提煉的效率更高，鑄造方大多使用壓力鑄造的方法，壓力鑄造在冶煉金屬的所有方法中更先進(jìn)、無(wú)需切割保證原材料完整性的同時(shí)，提高了精密度以及整體效率。

關(guān)鍵詞：壓力鑄造;鋁合金;工藝技術(shù)

1 中國(guó)鋁加工業(yè)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的發(fā)展時(shí)期

從全球?qū)用婵?，近年?lái)，年均鋁需求增長(zhǎng)3～5%，而可以看到的是：中國(guó)則是以年均15～25%的速度在增長(zhǎng)，這表明在中國(guó)鋁工業(yè)進(jìn)入到了一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期。

經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新時(shí)期對(duì)節(jié)能、環(huán)保、安全，高效提出了新要求，鋁在新經(jīng)濟(jì)時(shí)期愈來(lái)愈發(fā)揮著重要作用。

1.1 鋁的冶煉（電解）過(guò)程是極大的賦能過(guò)程，其所耗電能是鋼的5倍，遠(yuǎn)高于其它大宗材料，從這個(gè)角度說(shuō)，它更適合于水電豐富的國(guó)度或區(qū)域，以儲(chǔ)自然之能。

1.2 鋁是一種可再生利用的資源，且其回收再生之用能極低，大約是原始用能的5%，再生節(jié)能效果明顯。

1.3 主要體現(xiàn)在交通運(yùn)輸及建筑結(jié)構(gòu)上，靈活性、輕量化、節(jié)能性、高速度這些是現(xiàn)代交通對(duì)應(yīng)用材料的現(xiàn)實(shí)要求，鋁正是這些綜合性選擇的最佳材料之一。

1.4 鋁的表面親合性，加工的相對(duì)簡(jiǎn)易，以及比剛度、比強(qiáng)度的優(yōu)勢(shì)（以及對(duì)能量的吸附能力）使人們對(duì)鋁的安全性及它的時(shí)尚特性賦以更多的內(nèi)涵。不僅如此，鋁及其合金在提高國(guó)防裝備性能、精確度、快速反應(yīng)能力及遠(yuǎn)程作戰(zhàn)等方面都起到不可替代的作用。

2 鋁合金材料的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

2.1 鋁及鋁合金材料的種類

目前巳達(dá)千種以上，常規(guī)使用的超過(guò)440種，用國(guó)際慣例表述涵蓋于1XXX系至9XXX系合金中，當(dāng)然，很多新合金各研制國(guó)會(huì)根據(jù)本國(guó)需求情況或是做預(yù)研或是做開(kāi)發(fā)或是做應(yīng)用定型。隨著科技的進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及航空、航天、裝備工業(yè)的需要和人民生活水平的提高對(duì)鋁合金在高強(qiáng)，高韌、高模、耐磨、耐蝕、耐疲勞、耐高溫、耐低溫、耐輻射、防火、防爆、易切割、易拋光、可表面處理、可焊接和超輕等方面有著更多的特性專項(xiàng)和綜臺(tái)性能的要求。

2.2 發(fā)展高強(qiáng)高韌等高性能鋁合金的新材料

最具代表性的是為適應(yīng)航空航天器高機(jī)動(dòng)性、高載荷、高抗壓和高耐疲勞及高速與高可靠性的要求而研制的高強(qiáng)高韌鋁合金，高性能除應(yīng)用于航空航天工業(yè)外，交通運(yùn)輸?shù)牡罔F、輕軌、高速列車、重載煤車等，弱電的電子電容產(chǎn)品、精密機(jī)械制造以及滿足不同用途的功能膜材料，薄化及強(qiáng)化的包裝材料等都在輕量化、高性能、均質(zhì)性以及特殊功能方面有著越來(lái)越多的要求。

高強(qiáng)度鋁合金是重要的輕質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。鋁及鋁合金的應(yīng)用受到鈦及鈦合金和復(fù)合材料的挑戰(zhàn)，但其作為主體結(jié)構(gòu)材料的地位基本不變。目前，高強(qiáng)鋁合金的發(fā)展趨勢(shì)從以下幾個(gè)方面開(kāi)展：

（1）復(fù)合微合金化，添加微量過(guò)渡族元素以及稀土元素，開(kāi)發(fā)出各種滿足不同需要的新型鋁合金高強(qiáng)材料。

（2）改進(jìn)傳統(tǒng)的鑄錠冶金制備技術(shù)，采用和研究各種先進(jìn)的熔體凈化和變質(zhì)處理方法，提高鑄錠冶金質(zhì)量。

（3）深入研究高溶質(zhì)狀態(tài)下合金的熱處理工藝，研究合金強(qiáng)化固溶處理及多級(jí)多重相時(shí)效析出的沉淀強(qiáng)化機(jī)制，提高合金基體的過(guò)飽和固溶度提高沉淀相的體積分?jǐn)?shù)，通過(guò) MPt、GBP 和PEZ 的最佳配合，使合金實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)高韌，良好抗蝕性能的優(yōu)化匹配。

綜上所述，超高度鋁合金研制基本上沿著高強(qiáng)度、低韌性→高強(qiáng)度、高韌性→高強(qiáng)度、高韌性、耐腐蝕方向發(fā)展，在合金設(shè)計(jì)方面的發(fā)展特點(diǎn)是合金化程度越來(lái)越高，F(xiàn)e、Si等雜質(zhì)含量越來(lái)越低，微量元素添加越來(lái)越合理，最終達(dá)到大幅度提高合金強(qiáng)度的同時(shí)保持合金具有優(yōu)良的綜合性能。我國(guó)鋁及鋁合金業(yè)相對(duì)應(yīng)國(guó)外的研發(fā)水平還有相當(dāng)大的差距，因此我國(guó)鋁及鋁合金的發(fā)展需要走一段相當(dāng)長(zhǎng)的路。可喜的是目前已對(duì)高性能鋁基結(jié)構(gòu)材料有了很大的重視。如“863”、“973”等重大科研項(xiàng)目均對(duì)該類材料的開(kāi)發(fā)研究列項(xiàng)研制。相信幾年后，我國(guó)高性能金屬材料的研制將達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

3 鋁合金壓力鑄造的技術(shù)手段

鋁合金壓力鑄造法可以提高冶煉金屬的效率，解決冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的一系列問(wèn)題，提高產(chǎn)品質(zhì)量，但從鋁合金金屬本身的結(jié)構(gòu)來(lái)看，冶煉結(jié)束后鋁合金壓鑄器件內(nèi)會(huì)產(chǎn)生氣孔、疏松等問(wèn)題，降低金屬材料的整體質(zhì)量，產(chǎn)生不必要的風(fēng)險(xiǎn)，影響使用性能以及應(yīng)用范圍。為了保證生產(chǎn)中的問(wèn)題有效地解決，現(xiàn)階段鑄造業(yè)普遍使用全新的冶煉方法減少金屬材料冶煉問(wèn)題，針對(duì)常見(jiàn)的幾種問(wèn)題分別有以下幾種解決措施：

3.1 真空壓鑄

使用其他設(shè)備抽出壓鑄腔里的氣體，形成真空環(huán)境，把金屬液壓鑄成一定的形狀，真空壓鑄具有的特征如下：（1）壓鑄器件內(nèi)的氣孔數(shù)降低，使壓鑄器件的性能、質(zhì)量有所保障;（2）真空壓鑄使腔內(nèi)的壓力值縮減，運(yùn)用小機(jī)器可實(shí)現(xiàn)較大、較薄器械的壓鑄;（3）可運(yùn)用鑄造性能不好的合金。

3.2 加氧壓鑄

加氧壓鑄指的是將氧氣填充至腔內(nèi)，填充過(guò)程中氧氣從排氣口漏出;而且噴出的鋁液和未排出的氧氣充分反應(yīng)從而生成氧化鋁，在壓鑄器件的任意位置都能找到這一物質(zhì)，它可以使壓鑄器件表面不生成氣孔。這一壓鑄方法具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：首先它減少了氣孔數(shù)量，保證了壓鑄器件的質(zhì)量，在加熱處理后它的強(qiáng)度會(huì)增大，抗沖擊的能力也會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng);其次它在三百攝氏度的高溫環(huán)境下仍能正常工作;和真空壓鑄相比，它的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，操作更得心應(yīng)手。

4 結(jié)束語(yǔ)

中國(guó)鋁加工進(jìn)入了新一輪高速發(fā)展時(shí)期，鋁材的應(yīng)用在全球范圍越來(lái)越廣泛，并且已經(jīng)看到全球以交通運(yùn)輸成為了鋁材第一大使用行業(yè)，在中國(guó)現(xiàn)階段仍是以建筑材料為第一消費(fèi)行業(yè)，這符合中國(guó)國(guó)情，但隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和消費(fèi)的取向必將轉(zhuǎn)移，為迎接未來(lái)的需求，中國(guó)鋁加工業(yè)尚需不斷努力。

中國(guó)鋁加工業(yè)目前正面臨新一場(chǎng)深刻的變革，且將進(jìn)入一個(gè)空前的劇烈分化、調(diào)整、重組和大發(fā)展的時(shí)期。企業(yè)的優(yōu)勝劣汰將會(huì)大大加速，大型化、集團(tuán)化、規(guī)?；?、現(xiàn)代化和國(guó)際化已成為當(dāng)今鋁加工的重要標(biāo)志，產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品的不斷調(diào)整，企業(yè)體制和機(jī)制將不斷創(chuàng)新，管理將向科學(xué)化、信息化、高效化方向發(fā)展，以資本多元化的集約式組合，這都是鋁加工企業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。這里需要特別提出的是，如何在國(guó)家層面，以企業(yè)集團(tuán)的技術(shù)中心、學(xué)院及研究院所共同構(gòu)建鋁加工的技術(shù)研發(fā)核心體系，形成具有自主創(chuàng)新并涵蓋材料、工藝、技術(shù)、裝備各要素的集約式研發(fā)基地，并同時(shí)構(gòu)建基礎(chǔ)理論、應(yīng)用研究、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)綜合體系，是值得我們共同關(guān)注和努力的。

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