铸造铝合金应用现状及未来前景分析

有色金属合金有：铜合金：常见的铜合金有黄铜,青铜及白铜等. 铝合金：根据铝合金的成分和生产工艺特点,通常分为形变与铸造铝合金两大类.工业上应用的主要有铝-锰,铝-镁,铝-镁-铜,铝-镁-硅-铜,铝-锌-镁-铜等合金.变形铝合金也叫熟铝合金,据其成分和性能特点又分为防锈铝,硬铝,超硬铝,锻铝和特殊铝等五种. 铅基合金：铅基轴承合金是铅锑锡铜合金,它的硬度适中,磨合性好,磨擦系数稍大,而韧性很低.回此,它适用于浇注受震较小,载荷较轻或速度较慢的轴瓦. 镍合金：镍能与铜,铁,锰,铬,硅,镁组成多种合金.其中镍铜合金是著名的孟乃尔合金,它强度高,塑性好,在750度以下的大气中,化学性能稳定,广泛用于电气工业,真空管,化学工业,医疗器材和航海船舶工业等方面. 锌合金：锌合金的主要添加元素有铝,铜和镁等.锌合金按加工工艺可分为形变与铸造锌合金两类.铸造锌合金流动性和耐腐蚀性较好,适用于压铸仪表,汽车零件外壳等. 镁合金：镁合金中的合金元素主要有铝,锌各锰,有时也加入少量的锆,铈,钍等.镁合金按生产工艺不同也可分为形变与铸造镁合金两大类.镁合金是重要的轻质结构材料,广泛应用于航空,航天工业方面. 钛合金：钛合金按组织可分三类.(1钛中加入铝和锡元素.2钛中加入铝铬钼钒等合金元素.3钛中加入铝和钒等元素.)钛合金具有强度高而密度又小,机械性能好,韧性和抗蚀性能很好.另外:钛合金的工艺性能差,切削加工困难.在热加工中,非常容易吸收氢氧氮碳等杂质.还有抗磨性差,生产工艺复杂.锡基合金：锡基轴承合金是锡锑铜合金.它的磨擦系数小,硬度适中,韧性较好,并有很好的磨合性,抗蚀性和导热性,主要用于高速重载荷条件下工作的轴瓦.

一、特点 1、抛光液不含铬酸，符合当今环保要求，节省环保设备投资及废水处理费用。 2、抛光电流密度较传统工艺要小，因此不仅电耗低，抛光液使用寿命长，而且更适合大型铝和铝合金件的表面抛光。 3、适用范围广，适用于纯铝及除硅含量大于2%的各种型号的铝合金。 二、抛光液组成和操作条件 浓磷酸（比重 1.74） 70%（重量） YB-66添加剂 30%（重量） 温度 55–65℃ 最佳60℃ 阳极电流密度，DA 2–8 A/dm2 （无搅拌） 12–20 A/dm2 （搅拌） 电压 10–15 伏 抛光时间 3–5 分钟 阴极材料 铅或不锈钢 阴极面积∶阳极面积 2–3∶1 三、开槽步骤 1、该抛光液在使用前的比重在1.50–1.52的范围内。根据所欲配制的抛光液容积、抛光液比重及抛光液中磷酸所占的重量比，计算出所要加入的磷酸量并加入之。 2、同样计算出所需YB-66添加剂的重量并加入之。 3、加热至操作温度。 四、操作指导 1、抛光时是否采用搅拌（阴极移动、空气搅拌）主要取决于抛光件的形状：若抛光件形状简单，横向宽度较窄，则不采用搅拌；反之，若抛光件形状不规则或横向宽度较大，尤其当抛光件某些部位阻碍气体逸出形成“气袋”而影响表面抛光的情况下则必须采用搅拌方式。在采用搅拌的状况下，必须相应提高阳极电流密度，否则抛光表面难以达到高光亮。 2、抛光时大部分杂质沉积于阴极表面，但仍有部分因抛光生成的固体污泥留在抛光液内，因此需定期过滤抛光液把杂质除去。 3、在抛光过程中，由于磷酸盐的产生，水的电解及挥发以及抛光液的夹带损失，故需不断补充磷酸和YB-66添加剂。 4、磷酸与YB-66添加剂的添加比例一般仍按70%∶30%添加，但在每次添加后应测定抛光液比重，根据测定结果再予以适当调整。 5、该抛光液在配制后未经使用前的原始比重在1.50–1.52的范围内，在抛光槽运转过程中，抛光液的比重应控制在1.50–1.65的范围内。抛光液比重过高说明抛光液含水量不足；反之，抛光液比重过低，表明抛光液水含量过高，磷酸含量偏低。经常用比重计测定抛光液比重是控制抛光液组分浓度及抛光质量的有效手段。 6、在较高阳极电流密度下长时期抛光有可能造成抛光液中铝含量过高（抛光液顶部出现半融状物质就是铝含量过高的标志），此时必须用新抛光液部分更换之，以降低抛光液中的铝含量。 五、镀前处理与镀后处理 1、镀前处理 铝或铝合金件在抛光前须先经除油处理。根据抛光件表面油泥沾污程度，一般可选择以下两种除油工艺中的一种进行处理。 第一种工艺：铝件表面油泥沾污轻微且分布较均匀，通常采用弱浸蚀碱性除油液，其成分与操作条件如下： 无水碳酸钠 25 g/L 磷酸三钠 25 g/L 温度 60–70℃ 浸渍时间 1–3 分钟 第二种工艺：铝件表面油泥沾污较重，常用无浸蚀碱性除油液，其成分与操作条件如下： 无水碳酸钠 40–60 g/L 磷酸三钠 40–60 g/L 硅酸钠 20–30 g/L 温度 50–70℃ 浸渍时间 15–30 分钟 硅酸钠是缓蚀剂，它可抑制铝的浸蚀，但使用这种缓蚀剂时铝件表面会生成一层硅酸铝膜，因此，在除油及清洗后必须接着在含有氟离子的溶液内进行去污泥处理（常称出光）。铝及铝合金去污泥处理液的成分及操作条件如下： 硝酸（含量65 %） 500–700 ml/L 氟化氢铵 50–120 g/L 温度 20–25℃ 浸渍时间 30秒 2、后处理 多数铝及铝合金在电解抛光及清洗后即可施加各种镀涂层，如阳极氧化、电泳涂漆及各种金属镀层。但某些铝合金，如高铜含量的铝合金在电解抛光及清洗后尚需进行去污泥处理以提高其表面光亮性。

参考资料： http://www-yibang.anyp.cn/54.aspx

汽车工业中的能源材料

高强度铝合金 通过节能降低环境污染具有重要意义。在汽车材料领域，除了依靠零件薄壁化、中空化及小型化等方法节能外，主要的方法是材料的轻量化，所以轻量化材料的研究是目前国际上汽车材料领域最活跃的研究方向之一。 目前轻量化材料主要采用各种高强度钢，能够降低汽车重量１５％-２０％。九十年代以来国外广泛采用高比强度Ａｌ合金、Ｍｇ合金和塑料，其中最重要的轻量化材料是铝合金，它具有塑性好、比强度高、耐腐蚀性好、韧性好、加工成本低和可延长使用寿命等优点，每使用１Ｋｇ的Ａｌ，可降低汽车重量２．２５Ｋｇ。 美国每台车的Ａｌ合金重量已经从７０年代的３０Ｋｇ增至９０年代的９０Ｋｇ。１９９６年Ａｕｄｉ公司生产的全铝Ａ８轿车，采用Ａｌ合金挤压车架，重量降低了３５％，抗扭刚度增加了５０％；１９９７年又生产了全Ａｌ车身的双座敞篷汽车和双座轿车。ＢＭＷ公司１９９６年生产的５系列全铝轿车，其车身、车架、桥壳、齿轮箱箱体和双联前轴都是由Ａｌ合金制造，整体刚度增加８０％，据德国铝业人士估计，仅使用Ａｌ车身，一年就可节约运行费用２．５万马克。 另外，Ｈｏｎｄａ、Ｎｉｓｓａｎ、Ｃｈｒｙｓｌｅｒ、ＢＭＷ和Ａｕｄｉ等公司都生产了全铝发动机，它采用具有低热膨胀系数、良好的高温机械性能和耐磨性的过共晶铝硅合金活塞；缸体、连杆和曲轴采用压力铸造纤维增强和颗粒增强铝合金复合材料；车身采用Ａｌ－１％Ｓｉ－０．５％Ｍｇ合金。这种合金在深冲成型时呈固溶态，塑性好；时效后，通过析出Ｍｇ２Ｓｉ而增加强度。此外，采用管状铝材构成“空间立体构架”，其重量比钢车身降低４０％，成本只增加２０％，汽车总重量和燃料费都降低１０％以上。 通过改变合金组织提高铝合金的强度，能够降低铝合金成本，使其得到更广泛的应用。由于我国以生产低中档轿车为主，所以这一点对我国的汽车工业具有特殊的意义。 此类合金的重要特征是强度高、耐腐蚀和韧性好。非晶和纳米晶高强度铝合金通常采用粉末冶金方法制造（冷速为４０Ｋ／ｓ），采用真空或氢气保护，在过冷液态温度下压制成型，制成的样品密度接近１００％。例如Ａｌ９４Ｖ４Ｆｅ２合金，其基体中含有高密度晶界和过饱和Ｆｅ和Ｖ。由于Ｆｅ阻碍晶粒长大，其组织为纳米晶＋非晶。 在成型过程中，合金表面的氧化铝膜被挤碎，在合金中呈弥散分布，因此该合金同时具有缺陷强化、固溶强化和弥散强化几个方面的强化机制，而组织中的非晶则有力的改善了合金的韧性，该合金最高强度达到１３９０ＭＰａ，其它合金也存在类似的性能。这些合金的铝含量在８５％-９４％之间，铝含量越低，合金韧性越好，成本越高。由于上述合金需要在压力下成型，所以用这些合金制造的零件应具有较简单的形状。 现在汽车发动机连杆使用的材料主要是中碳碳素钢和合金钢，其强度在６００-１０００ＭＰａ之间。如果高强度铝合金的强度达到７００-９００ＭＰａ，则铝合金的比强度是中碳钢的３倍，而其重量只有原有重量的１／３，这不但能够提高发动机的工作效率和节约能源，而且由于连杆重量的减轻可降低发动机工作时的振动，从而提高发动机的使用寿命和可靠性。 2、储氢合金 估计到２０２０年石油作为能源的比例将由目前的４０％降至２０％，所以需要研究替代能源。汽车未来能源除采用天然气和液化气以及各种双燃料外，可采用太阳能、电能和氢能。 太阳能电池从材料角度出发，要解决非晶硅的低成本制造（本世纪末只能达到１ｗ／０．２＄）和光电转换率低的问题（２４％）；电池储能需要解决高效电池（低成本、储电的高比能量和比功率及高储电次数）的问题；而氢能则需要解决低成本分解水和氢气储存问题。 对于氢气储存问题通常采用储氢合金解决，目前主要是镧系（ＬａＮｉ５），钛系（ＴｉＦｅ和ＴｉＦｅＶ）和镁系（Ｍｇ２Ｎｉ）金属间化合物，一般能够储存比本身体积大１０００倍以上的氢量。 这些合金的缺点是储氢次数低（储氢和放氢使其体积反复膨胀和收缩，导致合金粉化）、容易中毒和储氢密度低。如果采用锆镍和铜钛非晶合金储氢，则由于它的非晶结构，不容易发生晶界开裂，从而避免形成粉末。但是一般非晶合金在制造过程中需要急冷，因此很难制成大块样品，需要研制出具有高非晶形成能力的合金。 我们根据８０年代末国外的文献报道，研究了在镧系、锆系和镁系非晶合金中加入其它组元（Ａｌ、Ｙ和Ｃｏ等）后的非晶形成能力。虽然不能达到文献报道的通过压力铸造制成直径１０ｍｍ左右的铸件的水平，但铸造出了直径大于５ｍｍ的非晶合金。以这些合金为基础，有可能研究出长寿命的储氢非晶合金，其性能指标预期可达到: ａ．储氢能力达到２００ｍｍ３／ｇ； ｂ．放电量５０Ｗ／Ｋｇ； ｃ．充放电次数大于５００次； ｄ．在１００-１５０℃氢的蒸气压大于５ＭＰａ； ｅ．压力平台温度范围在２０-３０℃之间。 通过解决水的低成本分解（目前也可通过电厂电力输出低谷时富余的电力电解水）或由于汽油的价格的上涨（石油短缺），都可以导致氢燃料汽车的应用。因为氢燃烧后生成无害的水，所以该研究对于环境保护有着重要意义。

以上是一片参考文献，仅供参考