铝合金结构材料的应用及其发展方向

李玉俊

摘 要：改革开放时期至现今阶段，建设国家经济的进程进入了全新的阶段，整体的发展水平达到了新的高度，促进我国各行各业以良好的势态发展，这无形之中使我国金属材料的用量變多。伴随社会与日俱增的需求量，铝合金材料的冶炼方式以及工程技术生产模式逐渐趋于多样化，各行各业的发展速度越来越快，诸如交通运输业、航天科技、电子技术等都与铝合金金属材料息息相关，为了确保铝合金金属提炼的效率更高，铸造方大多使用压力铸造的方法，压力铸造在冶炼金属的所有方法中更先进、无需切割保证原材料完整性的同时，提高了精密度以及整体效率。

关键词：压力铸造;铝合金;工艺技术

1 中国铝加工业进入了一个崭新的发展时期

从全球层面看，近年来，年均铝需求增长3～5%，而可以看到的是：中国则是以年均15～25%的速度在增长，这表明在中国铝工业进入到了一个新的发展时期。

经济发展的新时期对节能、环保、安全，高效提出了新要求，铝在新经济时期愈来愈发挥着重要作用。

1.1 铝的冶炼（电解）过程是极大的赋能过程，其所耗电能是钢的5倍，远高于其它大宗材料，从这个角度说，它更适合于水电丰富的国度或区域，以储自然之能。

1.2 铝是一种可再生利用的资源，且其回收再生之用能极低，大约是原始用能的5%，再生节能效果明显。

1.3 主要体现在交通运输及建筑结构上，灵活性、轻量化、节能性、高速度这些是现代交通对应用材料的现实要求，铝正是这些综合性选择的最佳材料之一。

1.4 铝的表面亲合性，加工的相对简易，以及比刚度、比强度的优势（以及对能量的吸附能力）使人们对铝的安全性及它的时尚特性赋以更多的内涵。不仅如此，铝及其合金在提高国防装备性能、精确度、快速反应能力及远程作战等方面都起到不可替代的作用。

2 铝合金材料的现状及发展趋势

2.1 铝及铝合金材料的种类

目前巳达千种以上，常规使用的超过440种，用国际惯例表述涵盖于1XXX系至9XXX系合金中，当然，很多新合金各研制国会根据本国需求情况或是做预研或是做开发或是做应用定型。随着科技的进步、经济的发展以及航空、航天、装备工业的需要和人民生活水平的提高对铝合金在高强，高韧、高模、耐磨、耐蚀、耐疲劳、耐高温、耐低温、耐辐射、防火、防爆、易切割、易抛光、可表面处理、可焊接和超轻等方面有着更多的特性专项和综台性能的要求。

2.2 发展高强高韧等高性能铝合金的新材料

最具代表性的是为适应航空航天器高机动性、高载荷、高抗压和高耐疲劳及高速与高可靠性的要求而研制的高强高韧铝合金，高性能除应用于航空航天工业外，交通运输的地铁、轻轨、高速列车、重载煤车等，弱电的电子电容产品、精密机械制造以及满足不同用途的功能膜材料，薄化及强化的包装材料等都在轻量化、高性能、均质性以及特殊功能方面有着越来越多的要求。

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：

（1）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。

（2）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。

（3）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。

综上所述，超高度铝合金研制基本上沿着高强度、低韧性→高强度、高韧性→高强度、高韧性、耐腐蚀方向发展，在合金设计方面的发展特点是合金化程度越来越高，Fe、Si等杂质含量越来越低，微量元素添加越来越合理，最终达到大幅度提高合金强度的同时保持合金具有优良的综合性能。我国铝及铝合金业相对应国外的研发水平还有相当大的差距，因此我国铝及铝合金的发展需要走一段相当长的路。可喜的是目前已对高性能铝基结构材料有了很大的重视。如“863”、“973”等重大科研项目均对该类材料的开发研究列项研制。相信几年后，我国高性能金属材料的研制将达到国际先进水平。

3 铝合金压力铸造的技术手段

铝合金压力铸造法可以提高冶炼金属的效率，解决冶炼过程中产生的一系列问题，提高产品质量，但从铝合金金属本身的结构来看，冶炼结束后铝合金压铸器件内会产生气孔、疏松等问题，降低金属材料的整体质量，产生不必要的风险，影响使用性能以及应用范围。为了保证生产中的问题有效地解决，现阶段铸造业普遍使用全新的冶炼方法减少金属材料冶炼问题，针对常见的几种问题分别有以下几种解决措施：

3.1 真空压铸

使用其他设备抽出压铸腔里的气体，形成真空環境，把金属液压铸成一定的形状，真空压铸具有的特征如下：（1）压铸器件内的气孔数降低，使压铸器件的性能、质量有所保障;（2）真空压铸使腔内的压力值缩减，运用小机器可实现较大、较薄器械的压铸;（3）可运用铸造性能不好的合金。

3.2 加氧压铸

加氧压铸指的是将氧气填充至腔内，填充过程中氧气从排气口漏出;而且喷出的铝液和未排出的氧气充分反应从而生成氧化铝，在压铸器件的任意位置都能找到这一物质，它可以使压铸器件表面不生成气孔。这一压铸方法具有以下几个特点：首先它减少了气孔数量，保证了压铸器件的质量，在加热处理后它的强度会增大，抗冲击的能力也会进一步加强;其次它在三百摄氏度的高温环境下仍能正常工作;和真空压铸相比，它的结构更简单，操作更得心应手。

4 結束语

中国铝加工进入了新一轮高速发展时期，铝材的应用在全球范围越来越广泛，并且已经看到全球以交通运输成为了铝材第一大使用行业，在中国现阶段仍是以建筑材料为第一消费行业，这符合中国国情，但随着经济的不断发展，产业结构的调整和消费的取向必将转移，为迎接未来的需求，中国铝加工业尚需不断努力。

中国铝加工业目前正面临新一场深刻的变革，且将进入一个空前的剧烈分化、调整、重组和大发展的时期。企业的优胜劣汰将会大大加速，大型化、集团化、规模化、现代化和国际化已成为当今铝加工的重要标志，产业和产品的不断调整，企业体制和机制将不断创新，管理将向科学化、信息化、高效化方向发展，以资本多元化的集约式组合，这都是铝加工企业发展的趋势。这里需要特别提出的是，如何在国家层面，以企业集团的技术中心、学院及研究院所共同构建铝加工的技术研发核心体系，形成具有自主创新并涵盖材料、工艺、技术、装备各要素的集约式研发基地，并同时构建基础理论、应用研究、产品开发综合体系，是值得我们共同关注和努力的。

参考文献

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