鋁及鋁合金材料簡(jiǎn)介

       鋁是地殼中分布最廣、儲(chǔ)量最多的金屬元素，約占地殼總質(zhì)量的7.3~8.3%，僅次于氧和硅；鋁于19世紀(jì)初被發(fā)現(xiàn)，20世紀(jì)初開(kāi)始具有生產(chǎn)規(guī)模；20世紀(jì)初發(fā)明了硬鋁合金，一戰(zhàn)期間大量應(yīng)用于軍事工業(yè)。

       鋁合金：以鋁為基添加一定量其他合金化元素的合金，是輕金屬材料之一。

鋁合金VS鋼鐵

       鋁合金具有低密度、中等強(qiáng)度、較高的比強(qiáng)度、比剛度；優(yōu)良的耐腐蝕性；較高的導(dǎo)熱率、電導(dǎo)率；中等延伸率，塑性加工需嚴(yán)格控制工藝參數(shù)；焊接難度略高。

鋁及鋁合金的分類（按加工方法）

       鑄造鋁合金：利用鋁合金熔體良好的流動(dòng)性和可填充性，在一定溫度、速度和外力條件下澆鑄到各種模型中獲得的具有所需形狀與組織性能的鋁合金。

       變形鋁合金：以合金配料熔鑄的鋁錠為坯料，以各種壓力加工方法（軋制、擠壓、拉伸、鍛造等）制成的板材、管材、棒材、線材、型材等各種半成品鋁合金。

鑄造鋁合金和變形鋁合金

       鑄造鋁合金與變形鋁合金的主要差別：鑄造鋁合金中合金化元素硅的含量超過(guò)多數(shù)變形鋁合金中的硅含量；變形鋁合金組織致密，成分性能均勻，強(qiáng)度高，塑性好；鑄造鋁合金鑄造工藝性好，受零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)限制小，生產(chǎn)效率高；鑄造鋁合金具有良好的鑄造性能，可以制成形狀復(fù)雜的零件；不需要龐大的附加設(shè)備；具有節(jié)約金屬、降低成本、減少工時(shí)等優(yōu)點(diǎn)，在航空工業(yè)和民用工業(yè)得到廣泛應(yīng)用。還用于制造汽車的氣缸蓋、變速箱和活塞，儀器儀表的殼體和增壓器泵體等零件。

       變形鋁合金在航空、航天產(chǎn)品用料中占主要地位，如飛機(jī)蒙皮、主梁、框架、析條、翼肋、起落架零件、導(dǎo)管、鉚釘?shù)?，還廣泛用于造船、汽車及建筑工業(yè)。

鑄造鋁合金牌號(hào)表示方法（GB/T 8063-2017）

      目前，鑄造鋁合金在國(guó)際上無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，各國(guó)（公司）都有自己的合金命名及術(shù)語(yǔ)。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：鑄造有色金屬牌號(hào)由“Z”和基體金屬的元素符號(hào)、主要合金元素符號(hào)以及表明合金元素名義含量的數(shù)字組成；當(dāng)合金元素多于2個(gè)時(shí)，合金牌號(hào)中應(yīng)列出足以表明合金主要特性的元素符號(hào)及其名義含量的數(shù)字；合金元素符號(hào)按其名義含量遞減的次序排列；除基體元素的名義含量不標(biāo)注外，其他合金元素的名義含量均標(biāo)注于該元素符號(hào)之后。

鑄造鋁合金代號(hào)

變形鋁及鋁合金牌號(hào)表示方法（GB/T 16474-2011）

      變形鋁及鋁合金牌號(hào)采用四位字符體系牌號(hào)命名方法：第一、三、四位為阿拉伯?dāng)?shù)字，第二位為英文大寫(xiě)字母；第一位數(shù)字表示鋁及鋁合金的組別；第二位數(shù)字或字母表示原始純鋁或鋁合金的改型情況；最后兩位數(shù)字標(biāo)識(shí)同一組中不同的鋁合金或鋁的純度；國(guó)際四位數(shù)字體系牌號(hào)可直接引用。例如：7A04，7075。

變形鋁及鋁合金的組別

變形鋁及鋁合金狀態(tài)代號(hào)（GB/T16475-2008）

      變形鋁及鋁合金基礎(chǔ)狀態(tài)代號(hào)：F（自由加工狀態(tài)）、O（退火狀態(tài)）、H（加工硬化狀態(tài)）、W（固溶熱處理狀態(tài)）、T（熱處理狀態(tài)）。

鋁合金材料的性能與狀態(tài)直接相關(guān)

變形鋁及鋁合金牌號(hào)

      我國(guó)鋁合金曾用牌號(hào)：LG1、LD10；按合金性能和用途分：工業(yè)純鋁（L）、工業(yè)高純鋁（LG）、包覆鋁（LB）、防銹鋁（LF）、硬鋁（LY）、超硬鋁（LC）、鍛鋁（LD）、特殊鋁（LT）等；一般能夠與四位字符體系牌號(hào)對(duì)應(yīng)，GB/T 3190-2008可查。

我國(guó)鋁合金材料發(fā)展現(xiàn)狀

      我國(guó)是鋁合金材料生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)；鋁合金材料在交通、海洋、空天等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，尤其在汽車、飛機(jī)、航天、艦船等領(lǐng)域的一些輕量化關(guān)鍵部件上，鋁合金材料具有不可替代性；我國(guó)是世界上鋁材產(chǎn)量較大、生產(chǎn)裝備規(guī)模較大的國(guó) 家；目前國(guó)內(nèi)絕大部分鋁合金材料屬于中低端產(chǎn)品，部分產(chǎn)品仍需從國(guó)外高價(jià)購(gòu)買后處理水平落后，產(chǎn)品穩(wěn)定性較差。

我國(guó)鋁合金材料發(fā)展目標(biāo)

      2019年中國(guó)工程院《基礎(chǔ)材料發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告（有色金屬類）》。中國(guó)有色金屬協(xié)會(huì)結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況與我國(guó)鋁合金領(lǐng)域所遇瓶頸，提出以下中期發(fā)展目標(biāo)：到2030年，高性能鋁合金材料達(dá)到國(guó)際水平，部分達(dá)到國(guó)際良好水平，材料綜合力學(xué)和工藝性能滿足現(xiàn)代制造業(yè)指標(biāo)要求；到2035年，鋁合金材料達(dá)到國(guó)際良好水平，實(shí)現(xiàn)絕大部分鋁合金材料的自給和輸出，實(shí)現(xiàn)全球鋁合金產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

我國(guó)鋁合金材料新進(jìn)展

       下游應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Υ笠?guī)格、高性能鋁合金材料有迫切需求；顯微組織細(xì)致化；通過(guò)添加鋰或稀土元素等；通過(guò)后加工技術(shù)：多次精軋、大變形等；鋁基復(fù)合材料；粉末冶金鋁合金；噴射成形、觸凝成形、觸變成形。

9系高性能粉末冶金鋁合金

       中科院長(zhǎng)春應(yīng)化所歷時(shí)20余年的研發(fā)成果；青島中科應(yīng)化技術(shù)研究院孵化項(xiàng)目；世界上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的粉末冶金鋁合金項(xiàng)目；采用機(jī)械合金化+半固態(tài)成型/粉末冶金生產(chǎn)技術(shù)，制備系列高強(qiáng)（9S）、高耐蝕（9C）、耐高溫服役（9H）、低膨脹高耐磨（9E）的特種鋁合金；填補(bǔ)了我國(guó)鋁合金的空白，可代替進(jìn)口7075、5083、CZ42和4032鋁合金。

材料性能

       粉末冶金方法制備的特種鋁合金材料，強(qiáng)度高，性能穩(wěn)定，指標(biāo)顯著優(yōu)于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的傳統(tǒng)鋁合金；材料在三維方向上力學(xué)性能指標(biāo)基本相同。

成型方法

       優(yōu)良的燒結(jié)工藝，不需時(shí)效處理即可達(dá)到良好性能，工藝簡(jiǎn)單。

焊接性能

       9系鋁合金材料的顯微增強(qiáng)機(jī)制，摩擦焊焊接處強(qiáng)度下降不明顯。

鋁合金在家電領(lǐng)域的應(yīng)用探討

鋁合金在家電領(lǐng)域的應(yīng)用探討——板材

       鋁板耐腐蝕性能優(yōu)于鋼板；普通陽(yáng)極氧化可提高美觀性；硬質(zhì)陽(yáng)極氧化/微弧氧化可提高耐磨性、安全性；可用于面板、結(jié)構(gòu)板、抽屜等；耐污、耐日曬、不易刮擦。

       可能的技術(shù)難點(diǎn)：大尺寸板材表面處理的均勻度。

鋁合金在家電領(lǐng)域的應(yīng)用探討——型材、管材

       鋁合金型材可替代鋼鐵，用于家電結(jié)構(gòu)支撐材料；薄壁細(xì)管可用于空調(diào)/冰箱換熱管，替代銅管；9C1*系列鋁合金，99%以上成分為鋁；抗拉強(qiáng)度達(dá)到300MPa以上，導(dǎo)熱系數(shù)210W/m?K±；耐腐蝕，制冷劑流動(dòng)性好。

鋁合金在家電領(lǐng)域的應(yīng)用探討——零配件

       替代合金銅，生產(chǎn)冰箱/空調(diào)接續(xù)納子、直接等；ρ(9S)=2.80，ρ(9C)=2.70，ρ(H62)=8.93，ρ(T2、T3)=7.83；替代鋼鐵，生產(chǎn)螺栓、螺母；防止殼體電化學(xué)腐蝕；提高電器綜合使用性能。

鋁合金在家電領(lǐng)域的應(yīng)用探討——熱水器內(nèi)膽

       目前采用鋼板折彎+焊接+搪瓷化工藝，焊縫不平整，易腐蝕、漏液，影響使用壽命。

       建議：換為鋁合金內(nèi)膽。

       方案一：擠壓管材+攪拌摩擦焊+微弧氧化，方案二：鋁板折彎+攪拌摩擦焊+微弧氧化。

       攪拌摩擦焊焊縫平整，可靠性好；微弧氧化后內(nèi)膽表面為氧化鋁陶瓷層，安全無(wú)毒。

鋁合金在家電領(lǐng)域的應(yīng)用探討——渦旋盤(pán)

       新能源汽車空調(diào)廣泛使用渦旋壓縮機(jī)，體積小、工作效率高；鋁合金渦旋盤(pán)重量輕、振動(dòng)小、噪聲低；國(guó)外某品牌家用空調(diào)采用渦旋壓縮機(jī)鋁合金動(dòng)盤(pán)能效比達(dá)到3.6。

傳統(tǒng)方法

      低壓鑄造；液態(tài)模鍛；熱模鍛；背壓成型；4032鋁合金；室溫抗拉強(qiáng)度360MPa，硬度110HB。

新材料與新工藝

      粉末精密模鍛成型技術(shù)；鍛件產(chǎn)品尺寸與成品零件接近；可實(shí)現(xiàn)少切削或無(wú)切削；鍛件強(qiáng)度及耐高溫性好。9E系列鋁合金：室溫抗拉強(qiáng)度450MPa，硬度135HB；350℃抗拉強(qiáng)度180MPa；最高耐熱溫度可達(dá)450℃。

鋁合金在家電領(lǐng)域的應(yīng)用探討——滾筒洗衣機(jī)內(nèi)桶

      目前滾筒洗衣機(jī)內(nèi)桶多為不銹鋼材質(zhì)；用高強(qiáng)耐蝕鋁合金替代不銹鋼；可減重50%以上；理論上可提效降噪。

洗衣機(jī)空載功率