铝基复合材料的发展及加工

摘 要：科学技术的不断发展从一定程度上带动了金属行业的创新和飞跃。在众多的金属行业中，由于铝合金具有密度低、塑性好及导电导热抗蚀的优点，使其在工业上有着非常广泛的运用。随着铝制品在许多领域的大量使用，铝合金材料的机械加工工艺研究也随之深入。因此，为了让铝合金材料在未来能更好的服务于人类，国内外知名人士对于它的发展现状和所面临的问题都进行着不断的探讨和研究。

关键词：铝合金材料;发展现状;探讨和研究

1.引言

金属基复合材料（Metal Matrix Composites， MMCs）起源于 20 世纪 60 年代初期，具有高比强度和比刚度、耐高温、耐磨损等优异的综合性能，因而在航空航天、国防工业、汽车等行业有着广阔的应用和发展。MMCs 按照基体材料的不同，可分为镁基、铝基、镍基、铜基复合材料等，也可根据增强相的不同分为非连续增强金属基复合材料和纤维增强金属基复合材料 [1， 2]。

2.鋁基复合材料的优点分析

基于经济发展形势下，社会企业对于各项金属资源的需求变得越来越大，铝合金材料与其它金属材料相比较，其具备了以下4方面特点：①良好的导热性能;②良好的腐蚀性能;③高强度;④密度小。这样有利于降低企业在运输和加工铝合金材料的综合成本，创造出更多的社会经济效益。

3.国内外对铝基复合材料的研究

目前，在美国和欧洲发达国家，铝基复合材料已广泛应用于航空航天、汽车、军事等领域。美国 DWA 特种复合材料公司成功将导槽的制造材料由 7075Al 替换为性能更好的 25%SiCP/6061Al 复合材料。ARCO 先进复合材料分公司所制备的 SiCP/2024Al 复合材料具有十分优良的拉伸性能，同时其弹性模量更是高达 150 GPa，可以用于替换传统的钛合金和铝合金等材料[3， 4]。英国的航天金属基复合材料公司（AMC）利用机械合金化技术成功研制出了耐疲劳、耐疲劳的 SiCP/Al 复合材料，并将其应用于 Eurocopter 公司设计制造的 EC-120 民用直升飞机[5]。经过 30 年的发展，我国在颗粒增强铝基复合材料的体系设计、工艺研发、性能评价等多方面已经与国际接轨，甚至达到领先水平[6]。目前，国内致力于研究颗粒增强铝基复合材料的单位主要有北京有色金属研究总院、中科院金属研究所等。同时，为了进一步促进国内自主生产的颗粒增强铝基复合材料产业化，目前在国内已建成了国家级的实验室和中试基地，且已经具备了上百吨的年产能力[7-9]。

4.纳米颗粒增强铝基复合材料的发展状况

虽然颗粒增强铝基复合材料具有比强度和比刚度高、热膨胀系数低等众多的优异性能，但是陶瓷颗粒的加入使得铝基复合材料的塑性大大降低，随着科技的进一步发展，已对金属材料的性能提出了更高要求，不仅要求其具有良好的强度和刚度，同时还需保持优异的延展性，传统的颗粒增强铝基复合材料已难以满足要求。纳米相增强铝基复合材料是近年来迅速发展起来的一种新型材料，由于纳米相独特的小尺寸效应和表面与界面效应，使其表现出了不同于传统 纤维或颗粒增强铝基复合材料的电学、热学、力学、光学和磁学性能，其比强度、比模量、等不仅有大幅提升，同时还具有它们不具备的一些其它性能，如良好的塑性等[10-11]。与传统的微米颗粒增强铝基复合材料相比，纳米颗粒增强铝基复合材料的制备要复杂和困难的多，许多现有的成熟工艺都无法直接应用于铝基纳米复合材料的制备，这与纳米颗粒特殊的物理和化学性质有关。在国内外材料科学工作者的努力下，目前已开发出了多种新型的铝基纳米复合材料的制备技术。

5.铝合金材料的机械加工工艺研究

5.1对铝合金材料的粗加工

在铝合金加工的工程中首先要做加工基准选择，应尽量使加工基准与设计、装配及测量的基准一致。由于铝合金零件加工尺寸精度及表面粗糙度不易达到高精准的要求，在加工的过程中应对形状较为复杂的材料进行粗加工。在粗加工的过程中为了避免铝合金材料地性能应选用合适的方法，从而在提高材料地利用率的同时保证其加工的尺寸精度。

5.2对铝合金材料的精加工

在对铝合金材料进行机械加工的时候，为了保证铝合金材料成品的尺寸精度及表面粗糙度达到较高的要求，在精加工的过程中应采用较高精度的道具来增加加工的精确度。同时在加工切削的过程中会产生切削热，由于铝合金的熔点较低，在较高温的情况下，容易使原有的铝合金材料发生变形，因而在精加工的过程中要选用冷却度较好、粘度较低的切削液从而降低零件加工的温度，减小零件温度的变形程度，从而降低切削过程中产生的误差。

参考文献：

[1] 张国定，赵昌正.金属基复合材料[M].上海：上海交通大学出版社， 1996.

[2] 吴人洁.金属基复合材料的现状与展望[J].金属学报， 1997， 33（1）：78-84.

[3] 崔岩.碳化硅颗粒增强铝基复合材料的航空航天应用[J].材料工程，2002， 6（3）：3-6.

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[5] RawalSP. Metal-matrixcompositesforspaceapplications [J]. JOM， 2001， 53（4）： 14-17.

[6] 樊建中， 桑吉梅. 颗粒增强铝基复合材料的研制，应用与发展[J]. 材料导报， 2001， 15（10）： 55-57.

[7] 王莹， 刘向东. 碳化硅颗粒增强铝基复合材料的现状及发展趋势[J]. 铸造设备研究， 2003， （3）： 18-22.

[8] 李明伟. 颗粒增强铝基复合材料的研究与应用[J]. 热加工工艺， 2009， （8）： 69-72.

[9] 蒲泽林， 褚景春. 颗粒增强金属基复合材料的制备方法综述[J]. 现代电力， 2002， 19（6）： 31-37.

[10] TjongSC. NovelNanoparticle-ReinforcedMetalMatrixCompositeswithEnhancedMechanicalProperties [J]. Advancedengineeringmaterials， 2007， 9（8）： 639-652.

[11]贺春林， 刘常升， 孙旭东， 等. 纳米 SiC 颗粒增强铝基复合材料的拉伸性能 [J]. 东北大学 学报 （自然科学版）， 2005， 26（6）： 554-557.

作者简介：

刘顺强，男，汉族，1986年2月生，甘肃省通渭人，大专，助理工程师，研究方向：材料加工。