【铝及铝合金的应用问题研究18000字（论文）】.docx

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1、铝及铝合金的应用研究目录1结论21.1 研究背景21.2 研究意义31.3 文献综述32导曰及舟目合金系应用现状62.1 A1-Si系铝合金62.2 A1-Cu系铝合金72.3 A1-Mg系铝合金72.4 A1-Zn-Mg-Cu系铝合金73铝及铝合金作用分析93.1 A1-Mn系合金概况93.2 合金兀素在铝锌系合金中的作用93.3 铝锦系合金的研究进展103.4 工业纯铝及硬铝合金114铝材料氧化应用延伸124.1 陶瓷材料124.2 聚合物改性134.3 复合材料134.4 吸附材料144.5 催化剂载体中的应用155铝元素对A1系合金组织和应用性能的影响155.1 A1-Mn二元合金铸态

2、显微组织分析175.2 A1-Mn-Fe系铝合金铸态显微组织的影响175.3 A1-Mn-Fe系铝合金性能的影响185.4 铝合金力学性能的影响196结语与展望196.1 新工艺和新方法206.2 低成本与低污染206.3 新材料与新领域20参考文献221结论1.1 研究背景21世纪以来，随着社会经济水平的大幅提升，人民生活水平显著改善，工业产品保有量逐年上升。然而，随着工业行业的蓬勃发展，因传统燃油工业产品的石油消耗和大量温室气体排放导致的环境污染、能源危机等一系列问题已成为全球关注的热点，节能环保便成为工业行业谋求新发展的目标和方向。因此，推动能耗更低、近似零排放的新工业产品发展成为了各个

3、国家保护环境和缓解能源供需矛盾的重要战略。新工业产品产业的发展不仅聚焦于工业产品领域，还力求在轻量化新材料领域有所突破。铝合金的储量丰富、成本低廉，还具有密度小、强度高、导热性好、耐蚀性和塑性优良等优点。从生产成本、材料性能、加工难易程度、可持续发展等多个角度出发，铝合金都理应是实现工业产品轻量化的首选材料。新工业产品通过采用铝不仅可以减轻自重来减少能源损耗，还大大降低了产品负荷，延长工业产品寿命。同时，铝合金的吸收冲击能力强，大大提高了工业产品安全性。铝合金相较于其他金属材料更易于回收，具有较高的经济性。铝合金产品的工业品散热器是一种重要的传热设备，确保工业产品零部件的工作温度在合理的安全运

4、行标准之内。散热器不仅被使用在工业产品发动机系统中，还被应用于大功率密度工业产品的电机和控制器中。由于散热器需要承受冷热循环和机械振动，且散热器内部流通着冷却液，故散热器的材料应具有较好的机械强度、优良的导热性和可焊接性、较强的耐蚀性、良好的成型性。此前，铜合金常被作为散热器材料，但因铜合金的密度大，生产成本也比铝合金高。因此，在工业产品轻量化的发展浪潮下，铝合金相关产品的散热器使用率已经越来越高，其中欧洲国家接近100%、美国达到65%-75%,日本达到30%-40%o自首次铝合金的制备成功以来，进一步激起了人们对新型材料的研究热情。在此过程中，人们发现了一些特殊的性能，如耐高温、高硬度等一

5、系列的特性。到目前为止,铝合金的方法主要有：反胶束法、溶胶-凝胶法、火焰喷雾热解法、沉淀、水热和燃烧法。铝合金具有良好的导热性能、高强度和高刚度、机械强度、对大多数酸碱的惰性、高吸附容量、耐磨性、氧化性、热稳定性和电绝缘性等一系列有用的性能。此外，它价格低廉，无毒，具有很强的研磨性。这些物理化学性质表明，铝由于比塑料、玻璃钢等材料更易于回收处理的特性，使其在当今推崇保护环境、净化人类生存空间的时代中，倍受绿色环保人士的青睐。1.2 研究意义铝及铝合金具有比重小、导电性好、耐蚀性强、散热性能好、比强度高和易于进行多种加工等特点，使其在各行业得到广泛应用全世界铝消耗量高达23000kta/以上，成

6、为仅次于钢铁的第二大金属材料。由于科学技术的不断进步，铝的优良性能不断地被认识和利用，其用途日益扩大。除在建筑工业、包装工业上已取得巨大成功外，目前汽车上扩大用铝已成为全球的潮流，随着铝合金压铸成形技术的日益成熟，新材料的控制器、电池包托盘等散热壳体常采用压铸结合焊接的方式作为首选批量生产方式。压铸工艺使合金液在压力作用下以较高的速度充填模具型腔,待合金液凝固后取出铸件。铝是一种轻金属,密度小(279gcm3),纯铝强度较低但具有良好的塑性，铝合金具有较好的强度，超硬铝合金的强度可达600MPa,普通硬铝合金的抗拉强度也达200-450MPa,它的比强度远高于钢，因此在机械制造中得到广泛的运用

7、。铝的导电性仅次于银和铜,居第三位,用于制造各种导线。有良好的导热性，可用作各种散热材料。还具有良好的抗腐蚀性能和较好的塑性，适合于各种压力加工。此外，相比于其它的铸造成型方式，铝合金工艺可以选用的合金范围更广、金属液利用率更高。因此结合实际生产现状，本课题针对铝合金的不同运用方式进行合理的优化研究具有一定参考意义。1.3 文献综述A1-Zn-Mg-Cu系铝合金目前还没有广泛应用于航空航天领域，主要原因是其存在严重的应力腐蚀和缺口敏感等问题。但随着航天航空工业及其它民用产业的迅速发展，对该系合金提出了更高的要求在保证具有较高的延伸率和抗应力腐蚀性能的同时还应该具有更高的强度。通过改变热处理工艺

8、和添加微量元素可以有效改善合金的综合力学性能。在国外，美国在90年代在T77工艺基础上进一步研究，于1993年提出DSA缓饱和时效处理的概念，即DSA为连续时效处理工艺，通过对固溶时效的温度和时间变化的严格控制，在合金基体沉淀相晶界形成特别的微区原子浓度分布，使晶界和基体的化学电位差降低，从而使合金既达到了更高水平的强度，又改善了合金的耐腐蚀性能。国内汝继刚等人也对A1-Zn-Mg-CU系铝合金的DSA(T6,+DS+T6,)处理进行了进一步的一系列研究，结果发现DSA处理可明显改善超高强铝合金的综合力学性能以及抗应力腐蚀性能。随着现代工业的飞速发展，对7050铝合金的强度和抗应力腐蚀性等综合

9、力学性能有了进一步的研究。这种铝合金制品在服役过程中容易受到环境影响而发生局部腐蚀破坏，在局部腐蚀中应力腐蚀开裂往往是导致其失效的主要原因，世界上许多国家曾发生过由于铝合金应力腐蚀开裂而导致的事故。据研究发现，应力腐蚀断裂是瞬时断裂，断裂前没有任何征兆，且危害和破坏性极强，因此改善7000系铝合金的抗应力腐蚀性能意义重大。虽然我国在超高强铝合金的研究与生产都取得了一定的成就，但仍然远远落后于国外研究水平，我国目前所应用于航空航天领域上的高强度铝合金主要是1C9、1C4铝合金，因为合金的强度及综合性能方面的不足，限制了高强度铝合金在减重潜力方面的发挥，使得我国目前的现役飞机和正在设计制造的一些机

10、种均存在超重的问题，在结构重量系数这一指标上与国外飞机差距较大，这影响到了我国军工方面武器的轻量化以及提高武器装备性能的进程。锌是7050铝合金的主要元素,通过向合金中添加镁元素,可以使合金中形成MgZn2相，从而提高合金中的镁锌质量，从而提高合金的抗拉强度，通过热处理工艺，进而提高合金的耐腐蚀性能。Mg元素和Zn元素。Zn和Mg是7xxx系合金中形成强化相的主要元素，其中Zn的含量一般为4%12%,Mg的含量一般为1%3%,这两种元素溶入7050铝合金基体中能够有效改善合金的综合力学性能。合金中Zn和Mg的含量不同，所形成的的强化相也会有所不同，ZnZMg的比值决定形成的强化相主要有“目、(

11、AI)和T(A1ZnMgCu)共晶组织、Mg2Zn强化相。CU元素。研究表明，在铝合金中CU元素能够细化晶界沉淀相，降低晶界和晶内之间的化学电位差，同时还能使析出相均匀弥散分布在基体中。有研究者认为，Cu元素的含量随着ZiVMg的比值变化从而影响着高强铝合金的断裂韧性。铝合金中不可避免会存在Fe和Si等有害杂质元素，其主要来源于冶炼设备和原材料。含铁(Fe)量过1.2%时，降低合金流动性，损害铸件的品质，缩短压铸设备中金属组件的寿命。硅是改善流动性能的主要成分。从共晶到过共晶都能得到最好的流动性。但结晶析出的硅(易形成硬点，使切削性变差，所以一般都不让它超过共晶点。另外，硅可改善系铝合金的强度

12、、硬度以及切削性能，而使延伸率降低。现如今铝合金已经发展成为航空航天、工装模具、机械设备等工业生产领域的重要材料。且铝合金是可热处理强化的超高强合金，常用的热处理工艺有固溶处理、时效处理等。其中固溶处理是指将合金加热到高温单相区恒温保持，使基体中残留相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。而时效处理是指合金工件经固溶处理，冷塑性变形或铸造，锻造后，在较高的温度或室温放置，其性能、形状、尺寸随时间而变化的热处理工艺，时效处理又分自然时效和人工时效处理。龚澎等人采用400匕的退火温度对铸锭进行热处理，使合金中的第二相均匀弥散析出，从而抑制了再结晶过程，进而增强了7050铝合

13、金的淬透性，从而达到了细化晶粒，有效改善合金的综合力学性能。2铝及铝合金系应用现状铝合金材料常被归类为铸造铝合金和变形铝合金，随着压铸工艺的日渐成熟和应用,铸造铝合金中又分出一支新的合金种类一一压铸铝合金。因铝合金工艺利用压力实现熔融金属液的充型和凝固，与压铸技术存在部分相似，但在充型速度、压力作用和传递方式、压力大小等方面存在差异。通常铝合金会从材料流动性、开裂倾向、凝固方式、收缩性质等多个方面来评价其铸造性能，但对于铝合金技术而言，其良好的成型性扩大了其适用合金的成分范围，包含各种铸造铝合金和变形铝合金，县至是新的合金系或含量范围15。在现有的铝合金铝合金基础上，按照其主要添加元素可以分为

14、以下几类：2.1 A1-Si系铝合金A1-Si系铸造铝合金具有优良的铸造性能和加工性能，是目前种类最多、使用最广的一类铸造铝合金。合金中的主要加入元素Si在改善合金流动性的同时，还具有强化合金的作用，使合金的硬度和强度提升。亚共晶AI-Si合金的显微组织中，共晶组织多分布在树枝晶骨架中，晶界中的共晶体比例随合金中Si含量的增加而增加。因为针状的共晶硅对合金的强度和塑性产生负面影响，一般通过改性共晶硅和细化晶粒的方式来提高铝硅合金的力学性能。过共晶A1-Si合金的微观组织因硅含量较高，初生硅会分布在aSi共晶体的基体中。初生硅相硬而脆，它的存在提高了耐磨性和硬度，但又恶化了材料的铸造性能和力学性

15、能。当采用铝合金成型方式时，A1-Si系合金在高机械压力下凝固结晶，共晶点会向着富硅、高温的方向移动。因此，经铝合金成型的合金组织发生变化，亚共晶和共晶A1-Si合金中枝晶噌加且更为细密，对过共晶A1-Si合金而言，不仅减少初生Si的数量，还能细化初生Sio铝合金在细化晶粒的同时，还能大幅减少气孔、缩松等缺陷。以上这些因压力导致合金微观组织变化的现象，均可以明显的改善合金的力学性能。国内外针对铝硅合金的铝合金工艺进行了大量的研究。E1-KhairM研究了不同挤压压力对A1-6Si-0.3Mg的影响，结果表明随着挤压压力的增大，在增大组织致密度的同时也减ZJ了-A1晶粒的尺寸。在压力为160MP

16、a时，合金的屈服强度、抗拉强度、延伸率分别为114MPa、132MPa和6.5%。张东城的研究发现，对经稀土和Sr元素复合变质后的高强韧铝硅合金A1fSi-Cu-Zn-Mg进行挤压铸铸造成型，成型压力的增大不仅使合金的组织细化，还降低了第二相体积分数。在200MPa的成型压力下，合金的抗拉强度和延伸率提升至304.98MPa、8.51%o2.2 AI-CU系铝合金A1-Cu系合金是使用较早且用途很广的硬铝合金。它具有优良的耐热性和机械性能，由于其结晶温度间隔较宽，普通的铸造方式容易形成缩松、热裂等缺陷。通常，A1-Cu系合金中一般会加入少量Mg,加入镁后合金中生成强化效果极好的S(CUMgA12)相；合金中Mn的加入，可提高合金的耐蚀性以及高温机械性能；微量Ti元素的加入，可以有效