鋁基復(fù)合材料的發(fā)展及加工

摘 要：科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展從一定程度上帶動了金屬行業(yè)的創(chuàng)新和飛躍。在眾多的金屬行業(yè)中，由于鋁合金具有密度低、塑性好及導(dǎo)電導(dǎo)熱抗蝕的優(yōu)點，使其在工業(yè)上有著非常廣泛的運用。隨著鋁制品在許多領(lǐng)域的大量使用，鋁合金材料的機械加工工藝研究也隨之深入。因此，為了讓鋁合金材料在未來能更好的服務(wù)于人類，國內(nèi)外知名人士對于它的發(fā)展現(xiàn)狀和所面臨的問題都進行著不斷的探討和研究。

關(guān)鍵詞：鋁合金材料;發(fā)展現(xiàn)狀;探討和研究

1.引言

金屬基復(fù)合材料（Metal Matrix Composites， MMCs）起源于 20 世紀(jì) 60 年代初期，具有高比強度和比剛度、耐高溫、耐磨損等優(yōu)異的綜合性能，因而在航空航天、國防工業(yè)、汽車等行業(yè)有著廣闊的應(yīng)用和發(fā)展。MMCs 按照基體材料的不同，可分為鎂基、鋁基、鎳基、銅基復(fù)合材料等，也可根據(jù)增強相的不同分為非連續(xù)增強金屬基復(fù)合材料和纖維增強金屬基復(fù)合材料 [1， 2]。

2.鋁基復(fù)合材料的優(yōu)點分析

基于經(jīng)濟發(fā)展形勢下，社會企業(yè)對于各項金屬資源的需求變得越來越大，鋁合金材料與其它金屬材料相比較，其具備了以下4方面特點：①良好的導(dǎo)熱性能;②良好的腐蝕性能;③高強度;④密度小。這樣有利于降低企業(yè)在運輸和加工鋁合金材料的綜合成本，創(chuàng)造出更多的社會經(jīng)濟效益。

3.國內(nèi)外對鋁基復(fù)合材料的研究

目前，在美國和歐洲發(fā)達國家，鋁基復(fù)合材料已廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、軍事等領(lǐng)域。美國 DWA 特種復(fù)合材料公司成功將導(dǎo)槽的制造材料由 7075Al 替換為性能更好的 25%SiCP/6061Al 復(fù)合材料。ARCO 先進復(fù)合材料分公司所制備的 SiCP/2024Al 復(fù)合材料具有十分優(yōu)良的拉伸性能，同時其彈性模量更是高達 150 GPa，可以用于替換傳統(tǒng)的鈦合金和鋁合金等材料[3， 4]。英國的航天金屬基復(fù)合材料公司（AMC）利用機械合金化技術(shù)成功研制出了耐疲勞、耐疲勞的 SiCP/Al 復(fù)合材料，并將其應(yīng)用于 Eurocopter 公司設(shè)計制造的 EC-120 民用直升飛機[5]。經(jīng)過 30 年的發(fā)展，我國在顆粒增強鋁基復(fù)合材料的體系設(shè)計、工藝研發(fā)、性能評價等多方面已經(jīng)與國際接軌，甚至達到領(lǐng)先水平[6]。目前，國內(nèi)致力于研究顆粒增強鋁基復(fù)合材料的單位主要有北京有色金屬研究總院、中科院金屬研究所等。同時，為了進一步促進國內(nèi)自主生產(chǎn)的顆粒增強鋁基復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)化，目前在國內(nèi)已建成了國家級的實驗室和中試基地，且已經(jīng)具備了上百噸的年產(chǎn)能力[7-9]。

4.納米顆粒增強鋁基復(fù)合材料的發(fā)展?fàn)顩r

雖然顆粒增強鋁基復(fù)合材料具有比強度和比剛度高、熱膨脹系數(shù)低等眾多的優(yōu)異性能，但是陶瓷顆粒的加入使得鋁基復(fù)合材料的塑性大大降低，隨著科技的進一步發(fā)展，已對金屬材料的性能提出了更高要求，不僅要求其具有良好的強度和剛度，同時還需保持優(yōu)異的延展性，傳統(tǒng)的顆粒增強鋁基復(fù)合材料已難以滿足要求。納米相增強鋁基復(fù)合材料是近年來迅速發(fā)展起來的一種新型材料，由于納米相獨特的小尺寸效應(yīng)和表面與界面效應(yīng)，使其表現(xiàn)出了不同于傳統(tǒng) 纖維或顆粒增強鋁基復(fù)合材料的電學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)、光學(xué)和磁學(xué)性能，其比強度、比模量、等不僅有大幅提升，同時還具有它們不具備的一些其它性能，如良好的塑性等[10-11]。與傳統(tǒng)的微米顆粒增強鋁基復(fù)合材料相比，納米顆粒增強鋁基復(fù)合材料的制備要復(fù)雜和困難的多，許多現(xiàn)有的成熟工藝都無法直接應(yīng)用于鋁基納米復(fù)合材料的制備，這與納米顆粒特殊的物理和化學(xué)性質(zhì)有關(guān)。在國內(nèi)外材料科學(xué)工作者的努力下，目前已開發(fā)出了多種新型的鋁基納米復(fù)合材料的制備技術(shù)。

5.鋁合金材料的機械加工工藝研究

5.1對鋁合金材料的粗加工

在鋁合金加工的工程中首先要做加工基準(zhǔn)選擇，應(yīng)盡量使加工基準(zhǔn)與設(shè)計、裝配及測量的基準(zhǔn)一致。由于鋁合金零件加工尺寸精度及表面粗糙度不易達到高精準(zhǔn)的要求，在加工的過程中應(yīng)對形狀較為復(fù)雜的材料進行粗加工。在粗加工的過程中為了避免鋁合金材料地性能應(yīng)選用合適的方法，從而在提高材料地利用率的同時保證其加工的尺寸精度。

5.2對鋁合金材料的精加工

在對鋁合金材料進行機械加工的時候，為了保證鋁合金材料成品的尺寸精度及表面粗糙度達到較高的要求，在精加工的過程中應(yīng)采用較高精度的道具來增加加工的精確度。同時在加工切削的過程中會產(chǎn)生切削熱，由于鋁合金的熔點較低，在較高溫的情況下，容易使原有的鋁合金材料發(fā)生變形，因而在精加工的過程中要選用冷卻度較好、粘度較低的切削液從而降低零件加工的溫度，減小零件溫度的變形程度，從而降低切削過程中產(chǎn)生的誤差。

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作者簡介：

劉順強，男，漢族，1986年2月生，甘肅省通渭人，大專，助理工程師，研究方向：材料加工。