鋁基復合材料的發展及加工

摘 要：科學技術的不斷發展從一定程度上帶動了金屬行業的創新和飛躍。在眾多的金屬行業中，由于鋁合金具有密度低、塑性好及導電導熱抗蝕的優點，使其在工業上有著非常廣泛的運用。隨著鋁制品在許多領域的大量使用，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于人類，國內外知名人士對于它的發展現狀和所面臨的問題都進行著不斷的探討和研究。

關鍵詞：鋁合金材料;發展現狀;探討和研究

1.引言

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

2.鋁基復合材料的優點分析

基于經濟發展形勢下，社會企業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在運輸和加工鋁合金材料的綜合成本，創造出更多的社會經濟效益。

3.國內外對鋁基復合材料的研究

目前，在美國和歐洲發達國家，鋁基復合材料已廣泛應用于航空航天、汽車、軍事等領域。美國 DWA 特種復合材料公司成功將導槽的制造材料由 7075Al 替換為性能更好的 25%SiCP/6061Al 復合材料。ARCO 先進復合材料分公司所制備的 SiCP/2024Al 復合材料具有十分優良的拉伸性能，同時其彈性模量更是高達 150 GPa，可以用于替換傳統的鈦合金和鋁合金等材料[3， 4]。英國的航天金屬基復合材料公司（AMC）利用機械合金化技術成功研制出了耐疲勞、耐疲勞的 SiCP/Al 復合材料，并將其應用于 Eurocopter 公司設計制造的 EC-120 民用直升飛機[5]。經過 30 年的發展，我國在顆粒增強鋁基復合材料的體系設計、工藝研發、性能評價等多方面已經與國際接軌，甚至達到領先水平[6]。目前，國內致力于研究顆粒增強鋁基復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自主生產的顆粒增強鋁基復合材料產業化，目前在國內已建成了國家級的實驗室和中試基地，且已經具備了上百噸的年產能力[7-9]。

4.納米顆粒增強鋁基復合材料的發展狀況

雖然顆粒增強鋁基復合材料具有比強度和比剛度高、熱膨脹系數低等眾多的優異性能，但是陶瓷顆粒的加入使得鋁基復合材料的塑性大大降低，隨著科技的進一步發展，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，同時還需保持優異的延展性，傳統的顆粒增強鋁基復合材料已難以滿足要求。納米相增強鋁基復合材料是近年來迅速發展起來的一種新型材料，由于納米相獨特的小尺寸效應和表面與界面效應，使其表現出了不同于傳統 纖維或顆粒增強鋁基復合材料的電學、熱學、力學、光學和磁學性能，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]。與傳統的微米顆粒增強鋁基復合材料相比，納米顆粒增強鋁基復合材料的制備要復雜和困難的多，許多現有的成熟工藝都無法直接應用于鋁基納米復合材料的制備，這與納米顆粒特殊的物理和化學性質有關。在國內外材料科學工作者的努力下，目前已開發出了多種新型的鋁基納米復合材料的制備技術。

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選擇，應盡量使加工基準與設計、裝配及測量的基準一致。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的要求，在加工的過程中應對形狀較為復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生的誤差。

參考文獻：

[1] 張國定，趙昌正.金屬基復合材料[M].上海：上海交通大學出版社， 1996.

[2] 吳人潔.金屬基復合材料的現狀與展望[J].金屬學報， 1997， 33（1）：78-84.

[3] 崔巖.碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的航空航天應用[J].材料工程，2002， 6（3）：3-6.

[4] RohatgiP. Castaluminum-matrixcompositesforautomotiveapplications [J]. JOM， 1991， 43（4）： 10-15.

[5] RawalSP. Metal-matrixcompositesforspaceapplications [J]. JOM， 2001， 53（4）： 14-17.

[6] 樊建中， 桑吉梅. 顆粒增強鋁基復合材料的研制，應用與發展[J]. 材料導報， 2001， 15（10）： 55-57.

[7] 王瑩， 劉向東. 碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的現狀及發展趨勢[J]. 鑄造設備研究， 2003， （3）： 18-22.

[8] 李明偉. 顆粒增強鋁基復合材料的研究與應用[J]. 熱加工工藝， 2009， （8）： 69-72.

[9] 蒲澤林， 褚景春. 顆粒增強金屬基復合材料的制備方法綜述[J]. 現代電力， 2002， 19（6）： 31-37.

[10] TjongSC. NovelNanoparticle-ReinforcedMetalMatrixCompositeswithEnhancedMechanicalProperties [J]. Advancedengineeringmaterials， 2007， 9（8）： 639-652.

[11]賀春林， 劉常升， 孫旭東， 等. 納米 SiC 顆粒增強鋁基復合材料的拉伸性能 [J]. 東北大學 學報 （自然科學版）， 2005， 26（6）： 554-557.

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。