环境工程
2018·10
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Chenmical Intermediate
当代化工研究
＊徐默雷
碳海绵
（浙江省衢州第一中学 浙江 324000）
摘要：现代工业对于资源、能源和环境问题越发关注，这也促成了以铝合金材料为代表的轻合金材料成为了应用最广泛的材料之一。本
文主要综述了铝合金材料的基本概念、制备方法、性能以及在各领域中的实际应用，最后对其发展前景作出展望。 关键词：铝合金；材料
中图分类号：T 文献标识码：A
Application and Development Potential of Aluminum Alloy Materials
Xu Molei压屏机
(Quzhou No.1 Middle School of Zhejiang Province, Zhejiang, 324000)
Abstract ：Modern industry has paid more attention to the resources, energy and environment problems, which also contributed to the
application of light alloy materials represented by aluminum alloy materials as one of the most widely used materials. This paper mainly reviewed the basic concepts, preparation methods, properties and practical applications in various fields of aluminum alloy materials, and finally, it prospected the development prospects.
Key words ：aluminum alloy ；materials
铝合金是指以金属铝为基体，并向其中加入其它合金元素从而形成的合金材料。由于合金化的作用，铝合金具有高强度、高硬度、可加工性强等优越的性能，此外丰富的种类和性能又使得铝合金材料可以满足不同领域的需求。对比传统钢铁材料，铝合金的密度仅为其1/3，并且耐腐蚀性要远高于钢铁。而对比另一种轻合金材料——钛合金，铝合金具有更便宜的价格和更好的可切削加工性能。这些其它主流金属材料所不具备的优势，促使世界各国投入了大量物资和人力对铝合金材料进行研究开发。当前，以铝合金为代表的轻合金材料用量的多少，已经成为衡量一个国家科技和经济实力的标准之一。本文主要针对铝合金材料的基本情况和研究应用进行综述，并且对铝合金未来的发展方向作出展望。
1.铝合金的基本概述
铝合金的应用可追溯到19世纪末期，霍尔-埃鲁电解法的发明和直流电解生产技术的提高使得工业大规模生产铝的成本下降，铝成为一种工业上常用的金属。随后，研究者通过加入镁和铜等合金元素制造出了硬铝合金，使铝的强度提高了两倍，在两次世界大战中这种合金被大量应用于船舶和其他军火工业中。军事上成功的应用促使企业投入更多的人力和资金到铝合金的研究领域。战后，军需的锐减又迫使各大铝业公司积极开发民用新产品，把铝合金的应用进一步推广到电子电气、日用五金、生活建筑和食品包装等领域，使得铝合金用量逐年递增。截止2009年，世界原铝（包括再生铝）的产量和消费量已超过4200万吨，相对于1970年翻了接近5倍，预计到2020年世界原铝和再生铝产量将突破1亿吨 大关。
铝合金有着庞大的家族体，通过加工方法的不同可以将其分为变形铝合金和铸造铝合金。变形铝合金指通过挤压、拉拔、锻造和轧制等机械加工方法生产出的棒材、型材、板材等铝合金材料，这类合金通常具备较好的塑性和可加工性能，常见的有1xxx系、3xxx系合金等。而铸造铝合金
则泛指通过铸造加工获得的铝合金，通常具备较好的流动性和收缩性，常见的方法有低压铸造、真空铸造等。铸造成形后的材料具有极高的耐磨性能和硬度，常用作承构件，比如被广泛用于船舶舷窗框和支架的ZAlMg10铸造铝合金。
2.铝合金的加工制备
为了满足工业和民用各领域的需求，当今世界每年铝产量85%以上的都被加工成了板材、带材、棒材、型材、自由锻件、铸件及其深加工等铝合金产品。铝合金的加工方法分为铸造法和塑性加工法两大类，深加工法则是对上述方法半成品的进一步加工。
铸造法是指根据所需形状制备各种模型，然后根据所需性能的不同在特定的温度、速度和外力等条件下将铝合金熔液浇入指定的模型中的方法。和铸造法不同，塑性成形法是在指定的温度和速度下，直接对铝合金原料施加不同类型的外应力，从而获得指定形状、规格尺寸和组织结构的铝合金板材、带材、棒材、管材等的加工方法。深加工法则是对上述两种方法制备出的半成品的一个再加工，利用表面处理、腐蚀、机械或电加工、焊接、冲击等其他冷加工方法来获得指定性能的零件或部件。
3.铝合金的实际应用
铝合金具有回收性强、耐蚀性好、高强度等多种优异的性能，使其能够广泛适用于工业和民用的各个领域中，并逐步成为交通运输、航空航天、电子电气等领域优先选择的金属材料。
(1)铝合金在交通运输领域的应用
高速、节能、环保是当今社会交通运输业所面临的重要课题，而在材料上选用铝合金则是实现该目标的最为有效的方式之一。因此，从上个世纪80年代以来，铝材逐渐成为交通运输业的首选材料。目前，交通运输业用铝量早已超过30%，其中汽车用铝量超过16%，已然成为全球用铝量第一 大户。
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当代化工研究
技术应用与研究铝合金本身具有优异的抗拉伸、弯曲等力学性能以及
抗振和抗冲击性能，完全达到高速列车、汽车等选用材料的标准。此外，铝合金的密度仅为钢铁材料的三分之一，这有效降低了车身重量，减少行驶阻力，从而节约燃油消耗量。而且铝合金本身的耐蚀性和耐磨性非常好，不需要除锈，这大大降低了制造和维护的成本，更重要的是相对于传统的钢铁，铝合金更加便于回收利用，一辆报废车辆的回收价值铝结构车为钢结构车的5倍。因此，铝合金被大量用于制造高铁、火车、汽车、摩托车等的车身结构件、空调器、蒙皮等，以及各种巡洋舰、客船、游艇等的装甲板、蒙皮和发动机部件等。随着我国高铁建设的推进，预计在2020年以前仅高铁用铝就会达到56万吨，高铁和动车车身均采用全铝合金结构。在汽车材料领域中，车身框架常选用强度较高的6xxx 系铝合金型材。
(2)铝合金在航空航天领域的应用
20世纪70年代，美国铝业公司通过加入Mn、Zr、Ti等微量元素开发出新的7075合金，并将这种铝合金成功用于波音747飞机上，揭开了铝合金在飞机上大规模投产的序幕。目前，铝合金已成为飞机和航天器轻量化的首选材料，在民用飞机结构上的用量为70%～80%，比如空客A380的铝合金用量为72%。
当前几乎所有种类的铝合金均可以投入到航空航天领
域。Al-Cu-Mg系合金与Al-Zn-Mg-Cu系合金由于强度高，可
切削加工性好，常被用作飞机上的结构材料，如框架、壁
板、受力结构件、螺旋桨等。Al-Li系合金由于低温韧性好，密度低等特点，被大量用于制造飞机和火箭的低温燃
料箱。(3)铝合金在电子电气领域的应用
目前，全世界每年生产的原铝（包括再生铝）约有8%被用于电子电气领域，其中电子导体几乎全是铝合金。究其原因，首先铝及铝合金在价格上远低于铜及铜合金，这能有限控制铺设电缆等的成本。其次，由于铝合金的密度远低于铜合金，这使得铝合金可以在较轻的质量下获得所需的电导率，并且显著降低运输成本。此外，铝合金的回收利用率远高于铜合金，并且耐腐蚀性极高，这能有效降低维修费用。当前，高压输电线中常用的为铝包钢芯铝绞线，该合金具有良好的导电性和较高的强度，并且通过加入Zr、Y等元素，增强了高温耐热性能。
铝合金在计算机、通信设备、家用电器等领域也有着相当大的需求。铝制电解电容器凭借优良的性能和低廉的价格，一直是电容器市场的首选之一。在电解电容器中，阴极箔是一种腐蚀材料，其表面既要有良好的耐蚀性，又需要局部腐蚀的特性，因此常采用3xxx系Al-Mn系合金。家用空调中则常选用
散热性好的铝合金作为散热器的材料，如8079铝合金。此外，铝合金还常用于计算机和家电的包装材料，雷达天线的抛物面板材，计算机的磁盘基板等。
4.铝合金未来的发展趋势
铝合金材料作为现代社会使用量最大，适用领域最广泛的材料之一，凭借其优异的性能和巨大的发展潜力承担了推动材料工业发展和科技进步的重要使命和任务，并逐渐成为了当代世界衡量一个国家科技实力和国民经济水平的重要标准之一。
随着科学技术的进步与全球一体化的大力发展，铝合金
行业势必在未来会有更大的发展，并逐渐取代钢铁的地位，其主要的发展趋势如下：
(1)改善产能结构，集中物力、财力和人力研发轻质高强，耐腐蚀性等各种性能更为优越的产品，以满足航空航天、交通运输、建筑生活和电器包装等各领域的需求；
(2)研发铝基复合材料。许多新型铝基复合材料在原合金性能的基础上具有更好的力学和物理性能，也是未来研究和发展的道路之一；
(3)发展和普及铝合金回收、再生和综合利用技术，提高回收效率；
(4)革新工艺设备，改良加工方法。
铝合金是当今社会发展的必备材料之一，其自身具备了一系列不可比拟的优点，成为了现代交通运输和航空航天轻量化、高速化发展的关键。2016年，我国的铝加工材的实际产量已达3300万吨，而且仍保持着每年5%的速度持续增长。铝合金在改善环境、节约能源和增强安全感方面为人类发展做出了巨大贡献，在未来社会的发展中也必将发挥更大的 作用。多向指示牌
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•【作者简介】
徐默雷，男，浙江省衢州第一中学：研究方向：材料类。
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