铝合金

铝合金是一种应用广泛的金属结构材料，由于其本身密度低、强度高、可塑性好等特点，具有十分广阔的发展前景。

此外，随着科学技术的进步和社会的不断发展，人们对铝合金产品质量提出了越来越高的要求，并且需要更多品种的铝合金以达到不同的使用需求。因此具有不同力学性能、不同结构特点、具有特殊功能、用途专一的铝合金产品快速出现，从而适应不同领域对铝合金的使用需求。^[1]

铝元素在地壳中含量丰富，铝在地壳中含量排名第三，是地壳中含量最高的金属元素。

铝合金坯料可以通过不同的工艺加工技术，能够形成具有不同外形、力学特性、表面质量的产品。但是，虽然不同的加工工艺能够不同程度地提升铝合金的力学性能，但是铝合金材料在强度、硬度方面依旧低于钢铁。因此可以通过加厚设计或优化设计来提升自身的强度和硬度，使铝合金也能够达到与钢铁同样的硬度水平前提下，还具有较轻的重量。相关数据指出，在相同的测试条件下，相比于钢材，铝合金的减重效果能达到 50%。铝合金材料的性能优势决定了铝合金板材具有较高的回收利用价值，截至目前，铝合金的回收利用率约为 80% 。^[2]

从加工工艺的角度看，铝合金可以被分为形变铝合金和铸造铝合金两大类，下面分别介绍两种铝合金的主要特点。

形变铝合金属于固溶体型合金，具有良好的塑性变形能力，可以根据使用要求加工成各种形状的半成品（桁架、建筑用门窗）^[3]。

此外，从金属热加工的角度分析，形变铝合金又可以被分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金。其中不可热处理强化型只能通过冷加工实现强化，它主要包括工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等。可热处理强化型铝合金可以通过淬cuì火和时效等热处理手段来提高机械性能，具体可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等不同类别。

铸造铝合金从化学成分的角度可以被分为铝硅合金，铝镁合金，铝锌合金和铝稀土合金等，铸造铝合金的组织、性能不仅与其化学组成成分相关，而且还与铸造工艺和热处理方法有关^[4]。

接下来分别介绍铝硅合金，铝镁合金，铝锌合金和铝稀土合金。

铝硅合金材料具有优良的导热性。但是在制造期间应当合理控制硅元素的含量，当硅元素过多时，会导致铝硅合金中出现类似针形的共晶硅组织，使合金的塑性和强度降低，机械性能下降。为了提升铝硅合金的机械性能，保证其良好的使用效果，在现代工艺中大都采用变质处理，热处理或精密铸造等方法达到调节组织形态和分布，进而得到优良的铝硅合金组织的目的^[5]。

铝镁合金是航天工程中一种重要的金属材料，从强度角度分类，其属于中高强度铝合金。在力学特性上，镁铝合金具有较高的塑性和疲劳性能，因此，目前在航空航天、交通运输、军工和机械制造等领域得到广泛应用^[6]。此外，由于铝镁合金质量轻，理论储氢量高，因此铝镁合金作为储氢材料具有广泛应用前景^[7]。

铝锌合金的摩擦性能与锌、铝的比例有关，在轴承制作中，当锌的质量分数为4％~6％时，可以适量添加Si可以提高轴瓦材料的耐磨性、抗疲劳强度及抗胶合性。此外，取1％~3％的Cu作为强化相加入，还可以提高合金的力学性能及抗疲劳强度^[8]。

铝稀土合金泛指含稀土金属的铝合金。在焊接领域中，稀土元素具有改善钎qiān料润湿性、晶粒细化、改变组织分布状态、提高钎焊接头力学性能等优点，因此为了获得较好的焊缝稳定性，铝稀土合金在钎料改性中具有十分广阔的应用前景^[9]。

1906年德国科学家发明了硬铝合金，经过测试得知，硬铝合金具有质量轻、强度高的特点，随后研究人员在此基础上又陆续开发了众多具有不同化学成分的铝合金，使吕合金具有了不同的力学性能，大大拓展了铝合金的使用场合^[10]。

铝是地壳中含量最多的金属元素，并且铝的合金具有易加工性、机械性能良好、制造成本低等特性。在美国，相关研究机构对汽车工业中金属材料的使用情况做了相应的调查。发现在1996～2000年四年间，铝合金材料的使用量猛增，并有取代钢材的趋势。由此可见，在众多的金属里，铝合金具有广阔的发展前景^[11]。

铝合金适用于各种冷热塑性成形，可以用以制作复杂紧密仪器。在我国，随着国防需求的不断提高，以及现代无线网络通信技术的逐步发展，航空铝合金也可以与无线网络监控技术相互沟通。比如通过建立航空铝合金设计与电子智能化监控虚拟平台，操作人员可以通过无线技术和卫星定位等多种技术达到对航空飞机的外壳状态进行监控，及时发现飞机飞行中的安全隐患^[12]。

在车辆的零部件回收处理过程中，通过对报废汽车铝合金零部件进行拆解、分类、破碎、磁选除铁、加热熔化成铝合金液等处理，实现了零部件的循环利用，降低了铝合金的生产成本，节约金属资源，有利于节能减排和保护生态环境^[13]。

传统的建筑材料不利于实现低碳环保的目标，而且作为建筑主要结构材料的钢材，其回收性能随着使用年限的增加而逐年下降；但是铝合金凭借强度高、耐腐蚀、废后可基本全部回收等良好性能，在公共基础设施建设中有出色的表现^[14]。

轮毂是汽车安全的重要组成部分，车辆行驶期间，轮毂不仅受车辆及其质量的影响，还受动态扭矩以及道路障碍物的影响。由于钢制轮毂不仅重量重，而且缺乏外观，容易腐蚀，但是铝合金轮毂刚性好、精度高、 重量轻，因此随着工业技术的发展，具有较高的耐久性和较长的使用寿命^[15]。

铝合金家具具有耐候、耐腐蚀、坚固耐用等优良特性，具有零甲醛、绿色环保、不变形等优点^[16]。

在建筑领域中，由于铝合金具有轻质高强、耐腐蚀、延性较好等钢材不具有的特性，因此可应用于建筑结构领域。并且随着铝合金的性能不断提高，以铝合金作为主体结构材料可应用于桥梁结构中^[17]。

铝合金由于具有密度小、导电导热性能好、优良的塑性和可焊接性好等特点，在车辆工程中可以使整车动力性、操控性和燃油经济性都得到很大提升。并且通过良好的加工技术还可以提高铝合金的耐腐蚀性，从而对车身形成严密的保护^[18]。