快速凝固铝合金的应用

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1、快速凝固铝合金的应用上世纪40年代中期，美国铝业工业公司的研究人员发现粉末冶金（PM）铝制品与常规工艺制造的材料相比，其性能优势十分明显，从而开始对其进行深入研究，并于1952年由美国Alcoa开发了第一代烧结铝粉末冶金(SAP)材料，该材料是Al-Al2O3的弥散合金，具有优异的高温强度和热稳定性。上世纪60年代后期，Storchheim将液相烧结技术应用于PM铝合金，从而开发出有价值的PM零件。到70年代，由于快速凝固技术、复合技术等先进技术的出现，导致了高性能PM铝合金的出现，并在80年代得到迅速发展。快速凝固铝合金分为普通快速凝固铝合金和高性

2、能快速凝固铝合金。与高性能快速凝固铝合金不同，这类合金的特点是：具有与铸锭冶金铝合金相应的化学成分；利用常规的PM工艺（即冷压、烧结）直接得到零件；在性能上主要是利用其比重低、耐腐蚀、高导热导电性等优点；该类合金主要应用于一般工业，如汽车工业、仪表工业等。国外常用的普通快速凝固铝合金主要有三类：第一类合金成分相应于2014，即为Al-Cu-Mg系合金，如美国Alcoa公司的201AB和Alcan公司的MD24及德国的Ecka-Alumix123；第二类合金成分相应于6061，即为Al-Mg-Cu-Si系合金；第三类合金成分相应于7075，即为Al-Z

3、n-Mg系合金，如Alcan的MD76。普通快速凝固铝合金由于铝的特殊性能（如密度小、无磁性，耐腐蚀，优良的导热导电性）及快速凝固的优势，目前，快速凝固铝合金零件在缝纫机、办公设备和汽车工业等领域获得了广泛应用，如缝纫机中的连杆，小型和微型电机的无磁外壳，复印机中的驱动轮、轴承、轴承套等，汽车上的后座镜、转向柱衬套等，此外还有医用设备里的小型热交换器，柴油机涡轮增压器的转子、油泵外壳，如能提高其摩擦阻力，还可以用于皮带轮。尽管有关快速凝固铝合金研究历史不长，但快速凝固铝合金零件的应用却大幅度增加。与铸锭冶金铝合金相比，一方面快速凝固铝合金的显微组织被

4、大大细化，偏析程度降低；另一方面其化学成分可以不同于原铸锭冶金铝合金，成分可设计的范围大大增加。因此，快速凝固铝合金的性能要远远优于铸锭冶金铝合金，其应用领域也大不相同。目前的高性能快速凝固铝合金主要分为以下几类：高性能快速凝固铝合金高强度、耐腐蚀的快速凝固铝合金。该种合金是在2×××和7×××系列铝合金上发展起来的。快速凝固铝锂合金。除Be以外，Li是唯一能使铝合金的弹性模量提高、密度降低的合金元素，但其容易偏析，同时这类合金的延展性和断裂韧性也很低，利用快速凝固技术可很好解决上述问题，获得高性能铝锂合金。快速凝固耐热铝合金。目前发展的快速凝固耐热

5、铝合金主要集中在三元和四元合金上，主要是添加有Ce、Mo或V+Si的Al-Fe合金。快速凝固铝基复合材料。基体材料为Al-Cu合金、Al-Mg-Si合金、Al-Zn合金，还有弥散强化的Al-Fe基、Al-Ti基合金。增强体主要是SiC、Al2O3、B4C、Si3N4、Al18B4O33。与颗粒增强复合材料相比，晶须增强复合材料性能更佳，但成本较高，且有害人体健康，因此其商业化应用进程一直很慢。耐磨、低热膨胀系数的粉末铝合金。主要是Al-Si合金，在合金中添加Cu、Mg可提高其强度，加Fe或Ni可提高其高温性能，从而满足汽车发动机、压缩机中一些零件的应

6、用要求。上述几种快速凝固铝合金已有不少具体应用实例，如Lockheed公司将粉末冶金的7091合金用于S-3型飞机机翼上使其重量减轻116kg；波音757的起落架、A-7型飞机的着陆襟翼等也准备使用这些材料。快速凝固Al-Li合金不仅密度低、强度、刚度高，而且疲劳性能、超塑性、耐蚀性等性能也很好。据估计用Al-Li合金取代普通铝合金后能使机体总重量减轻10~20%，若波音747飞机的结构零件全部用Al-Li合金代替，机体重量可以减轻45t。虽然快速凝固Al－Li合金的工业应用还存在很多问题，但是从目前情况看，Al-Li合金在航空领域的大量使用已成必然

7、趋势。快速凝固耐热铝合金，其性能主要表现在良好的热稳定性、蠕变强度、腐蚀能力和疲劳强度方面。一般认为，在一些航天航空用零件中，高温快速凝固铝合金可以取代2×××合金，在一定范围内甚至可与钛合金相匹敌。如美国铝公司生产的快速凝固粉末冶金Al-Fe-Ce合金已经代替2219-T6铝合金锻件，用于F-8飞机辅助动力装置中的压气叶轮。目前已经对快速凝固铝基复合材料的工业化生产进行了研究，如美国的先进复合材料公司、DWA公司、Novamet公司等生产的SiC晶须或颗粒增强铝基复合材料，因其具有高强度、高刚度、低密度、低热膨胀系数等优点，已经应用于航空航天、国防

8、等领域，如Lockheed采用25%SiCp/6061铝合金复合材料制造飞机电子设备框架，其重量比原7075