快速凝固铝合金的应用

除航空航天及国防领域，目前高性能凝固铝合金正在汽车、 电子、办公设备、体育器材等方面寻找应用，如日本 Sumitomo电气工业公司开发的快速凝固Al-Si合金可用于 压缩机的叶片、转子，由于其重量轻（转子重量由0.7kg减 轻到0.3kg），尤其适用于汽车空调。铝基复合材料在作为 汽车发动机连杆和其它往复零件方面也表现出很强的吸引力， 同时它还将成为新一代的电子封装材料。 快速凝固铝合金尽管其发展历史很短，但是由于高新技术的 发展，出现了一系列高性能的快速凝固铝合金，从而开辟出 了一个新的领域。普通快速凝固铝合金已经比较成熟，其应 用正在稳步发展，而高性能快速凝固铝合金还处于研发阶段， 这些材料一般由于价格较高，其应用还局限于航空航天、国 防以及高档运动器材等领域，但随着技术的进步和工艺的成 熟，其成本将不断下降，从而显示出越来越强的竞争力，应 用也必将越来越广泛。
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飞机辅助动力装臵中的压气叶轮。
高性能快速凝固铝合金
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：
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AlAl2O3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能快速凝固铝合金。
普通快速凝固铝合金
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-CuMg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AlZn-Mg系合金，如Alcan的MD76。
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。
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－T6铝合金框 架减轻17%。为满足美国空军的要求，DWA公司正在计划生产272kg的坯锭 以用于军用飞机。
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。
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ห้องสมุดไป่ตู้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。