鋁合金結構材料的應用及其發展方向

李玉俊

摘 要：改革開放時期至現今階段，建設國家經濟的進程進入了全新的階段，整體的發展水平達到了新的高度，促進我國各行各業以良好的勢態發展，這無形之中使我國金屬材料的用量變多。伴隨社會與日俱增的需求量，鋁合金材料的冶煉方式以及工程技術生產模式逐漸趨于多樣化，各行各業的發展速度越來越快，諸如交通運輸業、航天科技、電子技術等都與鋁合金金屬材料息息相關，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、無需切割保證原材料完整性的同時，提高了精密度以及整體效率。

關鍵詞：壓力鑄造;鋁合金;工藝技術

1 中國鋁加工業進入了一個嶄新的發展時期

從全球層面看，近年來，年均鋁需求增長3～5%，而可以看到的是：中國則是以年均15～25%的速度在增長，這表明在中國鋁工業進入到了一個新的發展時期。

經濟發展的新時期對節能、環保、安全，高效提出了新要求，鋁在新經濟時期愈來愈發揮著重要作用。

1.1 鋁的冶煉（電解）過程是極大的賦能過程，其所耗電能是鋼的5倍，遠高于其它大宗材料，從這個角度說，它更適合于水電豐富的國度或區域，以儲自然之能。

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%，再生節能效果明顯。

1.3 主要體現在交通運輸及建筑結構上，靈活性、輕量化、節能性、高速度這些是現代交通對應用材料的現實要求，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，加工的相對簡易，以及比剛度、比強度的優勢（以及對能量的吸附能力）使人們對鋁的安全性及它的時尚特性賦以更多的內涵。不僅如此，鋁及其合金在提高國防裝備性能、精確度、快速反應能力及遠程作戰等方面都起到不可替代的作用。

2 鋁合金材料的現狀及發展趨勢

2.1 鋁及鋁合金材料的種類

目前巳達千種以上，常規使用的超過440種，用國際慣例表述涵蓋于1XXX系至9XXX系合金中，當然，很多新合金各研制國會根據本國需求情況或是做預研或是做開發或是做應用定型。隨著科技的進步、經濟的發展以及航空、航天、裝備工業的需要和人民生活水平的提高對鋁合金在高強，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和綜臺性能的要求。

2.2 發展高強高韌等高性能鋁合金的新材料

最具代表性的是為適應航空航天器高機動性、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高韌鋁合金，高性能除應用于航空航天工業外，交通運輸的地鐵、輕軌、高速列車、重載煤車等，弱電的電子電容產品、精密機械制造以及滿足不同用途的功能膜材料，薄化及強化的包裝材料等都在輕量化、高性能、均質性以及特殊功能方面有著越來越多的要求。

高強度鋁合金是重要的輕質高強結構材料，具有廣闊的應用前景。鋁及鋁合金的應用受到鈦及鈦合金和復合材料的挑戰，但其作為主體結構材料的地位基本不變。目前，高強鋁合金的發展趨勢從以下幾個方面開展：

（1）復合微合金化，添加微量過渡族元素以及稀土元素，開發出各種滿足不同需要的新型鋁合金高強材料。

（2）改進傳統的鑄錠冶金制備技術，采用和研究各種先進的熔體凈化和變質處理方法，提高鑄錠冶金質量。

（3）深入研究高溶質狀態下合金的熱處理工藝，研究合金強化固溶處理及多級多重相時效析出的沉淀強化機制，提高合金基體的過飽和固溶度提高沉淀相的體積分數，通過 MPt、GBP 和PEZ 的最佳配合，使合金實現高強高韌，良好抗蝕性能的優化匹配。

綜上所述，超高度鋁合金研制基本上沿著高強度、低韌性→高強度、高韌性→高強度、高韌性、耐腐蝕方向發展，在合金設計方面的發展特點是合金化程度越來越高，Fe、Si等雜質含量越來越低，微量元素添加越來越合理，最終達到大幅度提高合金強度的同時保持合金具有優良的綜合性能。我國鋁及鋁合金業相對應國外的研發水平還有相當大的差距，因此我國鋁及鋁合金的發展需要走一段相當長的路。可喜的是目前已對高性能鋁基結構材料有了很大的重視。如“863”、“973”等重大科研項目均對該類材料的開發研究列項研制。相信幾年后，我國高性能金屬材料的研制將達到國際先進水平。

3 鋁合金壓力鑄造的技術手段

鋁合金壓力鑄造法可以提高冶煉金屬的效率，解決冶煉過程中產生的一系列問題，提高產品質量，但從鋁合金金屬本身的結構來看，冶煉結束后鋁合金壓鑄器件內會產生氣孔、疏松等問題，降低金屬材料的整體質量，產生不必要的風險，影響使用性能以及應用范圍。為了保證生產中的問題有效地解決，現階段鑄造業普遍使用全新的冶煉方法減少金屬材料冶煉問題，針對常見的幾種問題分別有以下幾種解決措施：

3.1 真空壓鑄

使用其他設備抽出壓鑄腔里的氣體，形成真空環境，把金屬液壓鑄成一定的形狀，真空壓鑄具有的特征如下：（1）壓鑄器件內的氣孔數降低，使壓鑄器件的性能、質量有所保障;（2）真空壓鑄使腔內的壓力值縮減，運用小機器可實現較大、較薄器械的壓鑄;（3）可運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，填充過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，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特點：首先它減少了氣孔數量，保證了壓鑄器件的質量，在加熱處理后它的強度會增大，抗沖擊的能力也會進一步加強;其次它在三百攝氏度的高溫環境下仍能正常工作;和真空壓鑄相比，它的結構更簡單，操作更得心應手。

4 結束語

中國鋁加工進入了新一輪高速發展時期，鋁材的應用在全球范圍越來越廣泛，并且已經看到全球以交通運輸成為了鋁材第一大使用行業，在中國現階段仍是以建筑材料為第一消費行業，這符合中國國情，但隨著經濟的不斷發展，產業結構的調整和消費的取向必將轉移，為迎接未來的需求，中國鋁加工業尚需不斷努力。

中國鋁加工業目前正面臨新一場深刻的變革，且將進入一個空前的劇烈分化、調整、重組和大發展的時期。企業的優勝劣汰將會大大加速，大型化、集團化、規模化、現代化和國際化已成為當今鋁加工的重要標志，產業和產品的不斷調整，企業體制和機制將不斷創新，管理將向科學化、信息化、高效化方向發展，以資本多元化的集約式組合，這都是鋁加工企業發展的趨勢。這里需要特別提出的是，如何在國家層面，以企業集團的技術中心、學院及研究院所共同構建鋁加工的技術研發核心體系，形成具有自主創新并涵蓋材料、工藝、技術、裝備各要素的集約式研發基地，并同時構建基礎理論、應用研究、產品開發綜合體系，是值得我們共同關注和努力的。

參考文獻

[1]胡尋新.鋁合金焊接技術的應用及發展[J].數字通信世界，2018（2）.

[2]劉攀.鋁及鋁合金中元素分析的標準應用現狀與方法研究進展[J].冶金分析，2018（4）.

[3]趙喆.鋁合金螺栓的研制及其在發動機上的應用[J].機械研究與應用，2018（3）.

[4]劉啟蒙，許金凱，于化東，等.7075鋁合金弱剛性薄壁特征結構的銑削試驗研究[J].工具技術，2018（2）：43-47.