铝基合金材料

铝基合金材料的发展与应用

孙*

（齐鲁工业大学机械与汽车工程学院 20130102****）

摘要：

现代科学的发展和技术的进步，对材料性能提出了更高的要求，往往希望材料具有某些特殊性能的同时，又具备良好的综合性能。铝基复合材料具有优异的性能。本文介绍了铝基复合材料的发展过程、种类及其性能。综述了颗粒、晶须增强材料的制备方法。列举了常用颗粒增强体及晶须增强体的部分特性，指出了铝基复合材料应用潜力及妨碍铝基复合材料广泛应用的主要障碍。

关键词：铝基复合材料

Abstract：

Modern advances in the development of science and technology，material properties put forward higher requirements，often want materials with special properties，it also has a good overall performance.Aluminum matrix composites possess excellent performance． The development process，types and performances of the aluminum matrix composites have been introduced．The preparation method of particle and grain reinforced material has been summarized．Par-tial performances of grain whisker reinforcement and common particulate reinforcement have been enumerated． The application potential and main obstacle for widely using aluminum matrix composites have been indicated．

Key words：aluminum matrix composite materials

1 前言：

复合材料是应现代科学发展需求而涌现出的具有强大生命力的材料，是由两种或两种以上成分不同，性质不同，有时形状也不同的相容性材料以物理方式合理的进行复合而制成的一种材料。其以最大限度的发挥各种材料的特长，并赋予单一材料所不具备的优良性能，复合材料的性能还具有可设计性的重要特征。铝在制作复合材料上有许多特点，如质量轻、密度小、可塑性好，铝基复合技术容易掌握，易于加工等。此外，铝基复合材料【1】比强度和比刚度高，高温性能好，更耐疲劳和更耐磨，阻尼性能好，热膨胀系数低。同其他复合材料一样，它能组合特定的力学和物理性能，以满足产品的需要【2】。因此，铝基复合材料已成为金属基复合材料中最常用的、最重要的材料之一。

2 铝基复合材料的概念

铝及铝合金很适合作金属基复合材料的基体。铝的资源丰富，容易获得，价格合理，密度小，质量轻，比强度与比弹性模量大，熔点不高，可塑性良好，制造工艺与设备不甚复杂，易于与增强材料复合和进行第二次加工，此外，还有很好的导电性与导热性、抗蚀性等。这些都是复合材料为满足使用要求所应具备的特性，也是铝基复合材料得到快速发展的主要原因。

当前铝基复合材料所使用的基体有：工业纯铝，铸锭冶金变形铝合金，粉末冶金变形铝合金，铸造铝合金，先进的新型铝合金。在铸锭冶金变形铝合金中，多采用热处理可强化的，如2014、2024、2124、2219、2618、6061、7975、7475 铝合金等，一般不采用含Mn和Cr的铝合金，因为它们会形成脆性相。在粉末冶金变形铝合金中可用上述的铸锭冶金变形铝合金制成的粉末作复合材料基体，常用的有6061、7064、8090铝合金等。铸造铝合金中主要使用A356( ZL101)、A357及其他含硅量高的铝合金等。

3 铝基复合材料的制备

金属基复合材料的制备工艺较复杂，主要是因为金属熔点较高，需要在高温下操作，不少金属对增强体表面的润湿性很差，加上金属在高温下较活泼，易与多种增强体发生反应。目前的制备方法主要是液态法、固态法、沉积法和原位法。

下面简单介绍几种常见的制造工艺【3-4】。

3.1 粉末冶金法 (固态法)

粉末冶金法是最早用来制造铝基复合材料的方法，是一种比较成熟的工艺。首先，将颗粒增强物和铝合金粉末用机械手段均匀混合，进行冷压实，然后加热除气，在液相线与固相线之间进行真空热压烧结，得到复合材料的坯料，再将坯料进行挤压、轧制、锻造和拉拔等二次加工，就可以制成所需要的型材零件。该法中铝合金粉末和增强物混合均匀是整个工艺的关键，应使两者的粒度相差不要太大。

采用粉末冶金法可将增强物颗粒和铝合金按照任意比例混合，随意调整工艺路线，制出的复合材料有高比强、高比模、低膨胀和高抗磨的特点。这种方法制备的铝基复合材料中增强相分布均匀、界面反应易于控制，在性能和稳定性上大大优于其他工艺方法制备的材料。但制造工艺及装备复杂，生产成本高。

3.2 压力浸渗工艺 (液态法)

此工艺先将增强体制成预制件，再将预制件放入模具后，以惰性气体或机械装置为压力媒体，将铝液压入预制件的间隙，凝固后即形成复合材料。由于预制件中的气体不易在凝固前排出而造成气孔与疏松，同时预制件也易产生变形和偏移，由此提出了真空压力浸渗工艺，即将预制件放入承压容器中的模具内，抽出预制件内的气体后，将熔融铝液有通道压入模具内，使之浸渗预制件。此法制品质量高，增强体含量亦可很高，但需专用设备。

3.3 反应自生成法 (原位法)

反应自生成法分为固态自生成法和液态自生成法，两者均是在基体中通过反应生成增强相来增强金属基体。固相反应自生成法是将预期构成增强相的两种组分均匀混合，加热到基体熔点以上温度，当达到反应温度时，两元素发生放热反应，温度迅速升高，在基体溶液中生成弥散颗粒增强物。液相反应自生成法是在基体熔体中加入能反应生成预期增强颗粒的元素或化合物，在一定温度下发生反应，生成细小、弥散、稳定的颗粒增强物，形成自生增强铝基复合材料。

4 铝基复合材料的加工设计

4.1 纳米相增强铝基复合材料