铝合金的制造工艺
铝和铝合金可以用各种不同的方法熔炼。常使用的是无芯感应炉和槽式感应炉、坩埚炉和反射式平炉（使用天然气或燃料油燃烧）以及电阻炉和电热辐射炉。炉料种类广泛，从高质量的预合金化铸锭一直到专门由低等级废料构成的炉料都可以使用。然而，即使在最适宜熔炼浇注的条件下，熔化的铝也易受三种类型的不良影响：
·在高温条件下，随着时间的推移，氢气的吸附导致溶解在熔液中氢气的增加。
·在高温条件下，随着时间的推移，熔液发生氧化。
·合金元素的丧失。
氢气是很容易被熔化的铝吸附的。不幸的是，在熔化的铝合金中，氢气的溶解度基本上大于其在固体铝中的溶解度。当铝合金凝固时，氢气从熔液中排出，收缩孔隙度扩大并放大，同时伴随着力学性能的丧失。氢气一般源自湿炉料和潮湿的熔化工具，但主要的氢气源是环境中的湿气。因为熔炼时几乎难以防止氢气的吸附，所以浇注前必须从熔液中除去氢气。最常使用的方法是向熔液中鼓入于燥的氮气或氩气泡。使用氯气除去氢气是格外有效的。然而，由于环境和安全原因常排除它在生产中使用。
过去已利用减压测试法测量出溶解在熔液中的氢气量，其过程是将熔化铝的试样注入钢杯中，并让它在真空腔中凝固。观察凝固过程发现，在凝固过程中气泡变化的程度指示了存在的氢气量。同时使用凝固后的试样切片可以检查形成气泡的大小。遗憾的是，这些方法并不精确，而且受到熔体中作为氢气泡晶核存在的氧化物颗粒的影响很大。测试溶解氢气的更好方法是使用专门设计的利用液体萃取技术显示氢气的仪器。
铝在熔液表面瞬时形成非常稳定的氧化物。氧化的速度随着温度的升高和某些合金元素(如镁和铍)的存在而增加。而如果铝熔液表面没有受到于扰，那么在其表面形成的氧化物膜是自我限制的，任何紊流都会将氧化物膜搅和到大部分的熔液中，并产生新鲜的表面以有利于更多的氧化物形成。生成的氧化物膜和氧化物杂质非常有害于铸铝件的性能，然而，在合金冶炼、熔化金属的转运或浇注和铸型注满的过程中都会引起紊流。
熔液中的氧化物颗粒成为形成缩孔和气孔的品核。缺少氧化物杂质时，气孔和碾微孔隙也就基本消失了。对于铸铝件的生产，减少氰化物杂质足特别重要的一个条件．因为通常它们的液相线与固相线之问有非常大的幅差，而在多孔隙的状态下冷凝，则很难给孔隙提供补给。
铸件的氧化膜则形成了极易失效的脆弱面，铸铝合金力学性能的不均匀性恰恰就是由于这些氧化膜的存在而引起的，如果没有这些氧化膜．不均匀性就会减少，铸件性能的重复性就会优于锻件，用X射线检查时，这些氧化膜通常是不可见的，但必须做到事前预防而不要等事后发现时再去修补。，
在熔融状态下，可以利用熔剂的覆盖来控制氧化物。这些熔剂一般为氯化镁盐。它们漂浮在熔液的表而上。但仍要定期从熔液表面清除氧化物，可以采用熔液通过过滤床的办法从大熔炉中清除这些悬浮的氧化物杂质。较小规模生产时，可以在浇注系统中设置过滤器来清除氧化物。
为了防止在铸件中形成氧化膜，则需要让金属以毫尤紊流的状态进入到铸型的型腔．对大多数铸件来说，利用重力浇注的方法就不可能做到这一点，因为直浇道的水头高度会加快流动速度从而发生紊流，所以一定要采用反重力法或液位模具浇注技术。这样过滤器减缓金属流动的速度，使其慢到足以防止氧化物产生。另外必须从底部注入模具的型腔，注入铸件各个液位的次序电要精心设计好，以免发生“瀑布”——模具中液态金属从较高液位掉落到较低的液位，从而在新生金属表面形成氧化物。利用从底部注入模具的方法，液态金属顶上的氧化层将升入到上砂箱层面的顶部并流入冒口的顶，这样则不会损害铸件。
很多铸铝合金都含有像镁这样的会慢慢与氧气发生反应的元素，熔化的金属保存时间过长，这些元素就会被逐渐氧化，导致铸件的化学成分不达标，而其他一些合金元素，例如具有低气化压的锌，还会从浴槽的表而蒸发。 硅对硬质合金有腐蚀作用。虽然一般将超过12%Si的铝合金称为高硅铝合金，推荐使用金刚石刀具，但这不是绝对的，硅含量逐渐增多对刀具的破坏力也逐渐加大。因此有些厂商在硅含量超过8%时就推荐使用金刚石刀具。
硅含量在8%-12%之间的铝合金是一个过渡区间，既可以使用普通硬质合金，也可以使用金刚石刀具。但使用硬质合金应使用经PVD(物理镀层)方法、不含铝元素的、膜层厚度较小的刀具。因为PVD方法和小的膜层厚度使刀具保持较锋利的切削刃成为可能(否则为避免膜层在刃口处异常长大需要对刃口进行足够的钝化，切铝合金就会不够锋利)，而膜层材料含铝可能使刀片膜层与工件材料发生亲合作用而破坏膜层与刀具基体的结合。因为超硬镀层多为铝、氮、钛三者的化合物，可能会因硬质合金基体随膜层剥落时少量剥落造成崩刃。
建议使用下列三类刀具之一：
1.不镀层的超细颗粒硬质合金刀具
2.带未含铝镀层(PVD)方法的硬质合金刀具，如镀TiN、TiC等
3.用金刚石刀具
刀具的容屑空间要大，一般建议用2齿，前角、后角要大(如12°-14°，包括端齿后角)。
如果只是一般铣面，可以用45°主偏角的可转位面铣刀，配用专门加工铝合金的刀片，应该效果更好。
铝合金常用板材厚度:高级金属屋面(和幕墙)系统的一般为0.8-1.2mm(而传统的一般要≥2.5mm).
冶炼铝可以用热还原法，但是成本太高。
工业上冶炼铝应用电解法，主要原理是霍尔-埃鲁铝电解法：以纯净的氧化铝为原料采用电解制铝 ，因纯净的氧化铝熔点高（约2045℃），很难熔化，所以工业上都用熔化的冰晶石(Na3AlF6)作熔剂,使氧化铝在1000℃左右溶解在液态的冰晶石中，成为冰晶石和氧化铝的熔融体，然后在电解槽中，用碳块作阴阳两极，进行电解。
全面介绍如下：
《铝的生产加工》
铝在生产过程中有四个环节构成一个完整的产业链：铝矿石开采－氧化铝制取－电解铝冶炼－铝加工生产。
一般而言，两吨铝矿石生产一吨氧化铝；两吨氧化铝生产一吨电解铝。
（一）氧化铝的生产方法
迄今为止，已经提出了很多从铝矿石或其它含铝原料中提取氧化铝的方法。由于技术和经济方面的原因，有些方法已被淘汰，有些还处于试验研究阶段。已提出的氧化铝生产方法可归纳为四类，即碱法、酸法、酸碱联合法与热法。目前用于大规模工业生产的只有碱法。
铝土矿是世界上最重要的铝矿资源，其次是明矾石、霞石、粘土等。目前世界氧化铝工业，除俄罗斯利用霞石生产部分氧化铝外，几乎世界上所有的氧化铝都是用铝土矿为原料生产的。
铝土矿是一种主要由三水铝石、一水软铝石或一水硬铝石组成的矿石。到目前为止，我国可用于氧化铝生产的铝土矿资源全部为一水硬铝石型铝土矿。
铝土矿中氧化铝的含量变化很大，低的仅约30％，高的可达70％以上。铝土矿中所含的化学成分除氧化铝外，主要杂质是氧化硅、氧化铁和氧化钛。此外，还 含有少量或微量的钙和镁的碳酸盐、钾、钠、钒、铬、锌、磷、镓、钪、硫等元素的化合物及有机物等。其中镓在铝土矿中含量虽少，但在氧化铝生产过程中会逐渐 在循环母液中积累，从而可以有效地回收，成为生产镓的主要来源。
衡量铝土矿优劣的主要指标之一是铝土矿中氧化铝含量和氧化硅含量的比值，俗称铝硅比。
用碱法生产氧化铝时，是用碱（NaOH或Na2CO3）处理铝矿石，使矿石中的氧化铝转变成铝酸钠溶液。矿石中的铁、钛等杂质和绝大部分的硅则成为不溶 解的化合物。将不溶解的残渣（赤泥）与溶液分离，经洗涤后弃去或进行综合处理，以回收其中的有用组分。纯净的铝酸钠溶液即可分解析出氢氧化铝，经分离、洗 涤后进行煅烧，便获得氧化铝产品。分解母液则循环使用来处理另一批矿石。碱法生产氧化铝有拜耳法、烧结法以及拜耳--烧结联合法等多种流程。 拜耳法是由奥地利化学家拜耳（K·J·Bayer）于1889～1892年发明的一种从铝土矿中提取氧化铝的方法。一百多年来在工艺技术方面已经有了 许多改进，但基本原理并未发生变化。为纪念拜耳这一伟大贡献，该方法一直沿用拜耳法这一名称。
拜耳法包括两个主要过程。首 先是在一定条件下氧化铝自铝土矿中的溶出（氧化铝工业习惯使用的术语，即浸出。以下同）过程，然后是氢氧化铝自过饱和的铝酸钠溶中水解析出的过程，这就是 拜耳提出的两项专利。拜耳法的实质就是以湿法冶金的方法，从铝土矿中提取氧化铝。在拜耳法氧化铝生产过程中，含硅矿物会引起Al2O3和Na2O的损失。
在拜耳法流程中，铝土矿经破碎后，和石灰、循环母液一起进入湿磨，制成合格矿浆。矿浆经预脱硅之后预热至溶出温度进行溶出。 溶出后的矿浆再经过自蒸发降温后进入稀释及赤泥（溶出后的固相残渣）的沉降分离工序。自蒸发过程产生的二次汽用于矿浆的前期预热。沉降分离后，赤泥经洗涤 进入赤泥堆场，而分离出的粗液（含有固体浮游物的铝酸钠溶液，以下同）送往叶滤。粗液通过叶滤除去绝大部分浮游物后称为精液。精液进入分解工序经晶种分解 得到氢氧化铝。分解出的氢氧化铝经分级和分离洗涤后，一部分作为晶种返回晶种分解工序，另一部分经焙烧得到氧化铝产品。晶种分解后分离出的分解母液经蒸发 返回溶出工序，形成闭路循环。氢氧化铝经焙烧后得到氧化铝。
不同类型的铝土矿所需要的溶出条件差别很大。三水铝石型铝土矿 在105℃的条件下就可以较好地溶出，一水软铝石型铝土矿在200℃的溶出温度下就可以有较快的溶出速度，而一水硬铝石型铝土矿必须在高于240℃的温度 下进行溶出，其典型的工业溶出温度为260℃。溶出时间不低于60分钟。
拜耳法用于处理高铝硅比的铝土矿，流程简单，产品 质量高，其经济效果远比其它方法为好。用于处理易溶出的三水铝石型铝土矿时，优点更是突出。目前，全世界生产的氧化铝和氢氧化铝，90%以上是用拜耳法生 产的。由于中国铝土矿资源的特殊性，目前中国大约50%的氧化铝是由拜耳法生产的。
将拜耳法和烧结法二者联合起来的流程称 之为联合法生产工艺流程。联合法又可分为并联联合法、串联联合法与混联联合法。采用什么方法生产氧化铝，主要是由铝土矿的品位（即矿石的铝硅比）来决定 的。从一般技术和经济的观点看，矿石铝硅比为3左右通常选用烧结法；铝硅比高于10的矿石可以采用拜耳法；当铝土矿的品位处于二者之间时，可采用联合法处 理，以充分发挥拜耳法和烧结法各自的优点，达到较好的技术经济指标。
目前全球氧化铝年产量在5500万吨左右，我国的氧化铝产量约为680万吨。
（二）原铝、铝合金及铝材的生产方法
目前工业生产原铝的唯一方法是霍尔－埃鲁铝电解法。由美国的霍尔和法国的埃鲁于1886年发明。霍尔－埃鲁铝电解法是以氧化铝为原料、冰晶石 （Na3AlF6）为熔剂组成的电解质，在950－970℃的条件下通过电解的方法使电解质熔体中的氧化铝分解为铝和氧，铝在碳阴极以液相形式析出，氧在 碳阳极上以二氧化碳气体的形式逸出。每生产一吨原铝，可产生1.5吨的二氧化碳，综合耗电在15000kwh左右。
工业铝电解槽大体上可以分为侧插阳极自焙槽、上插阳极自焙槽和预焙阳极槽三类。由于自焙槽技术在电解过程中电耗高、并且不利于对环境的保护，所以自焙槽技术正在被逐渐淘汰。目前全球原铝年产量约为2800万吨，我国的原铝年产量约为700万吨。
必要时可以对电解得到的原铝进行精炼得到高纯铝。目前的铝合金生产方法主要以熔配法为主。由于铝及其合金具有优良的可加工性能，所以通过锻、铸、轧、冲、压等方法生产板、带、箔、管、线等型材。
废铝料的备制 首先，对废铝进行初级分类，分级堆放，如纯铝、变形铝合金、铸造铝合金、混合料等。对于废铝制品，应进行拆解，去除与铝料连接的钢铁及其他有色金属件，再经清洗、破碎、磁选、烘干等工序制成废铝料。废铝的液化分离是今后回收金属铝的发展方向。
它将废铝杂料的预处理与重新熔铸相结合，既缩短了工艺流程，又可以最大限度地避免空气污染，而且使得净金属的回收率大大提高。装置中有一个允许气体微粒通过的过滤器，在液化层，铝沉淀于底部，废铝中附着的油漆等有机物在450℃以上分解成气体、焦油和固体炭。
再通过分离器内部的氧化装置完全燃烧。废料通过旋转鼓搅拌，与仓中的溶解液混合，砂石等杂质分离到砂石分离区，被废料带出的溶解渡通过回收螺旋桨返回液化仓。
根据废铝料的备制及质量状况，按照再生产品的技术要求，选用搭配并计算出各类料的用量。配料应考虑金属的氧化烧损程度，硅、镁的氧化烧损较其他合金元素要大，各种合金元素的烧损率应事先通过实验确定之。废铝料的物理规格及表面洁净度将直接影响到再生成品质量及金属实收率。
除油不干净的废铝，最高将有 20 %的有效成分进入熔渣。再生变形铝合金 用废铝合金可生产的变形铝合金有3003 、3105 、3004 、3005 、5050 等，其中主要是生产3105合金。为保证合金材料的化学成分符合技术要求及压力加工的工艺需要，必要时应配加一部分原生铝锭。
再生铸造铝合金废铝料只有一小部分再生为变形铝合金，约 1／4 再生成炼钢用的脱氧剂，大部分用于再生铸造用铝合金。废铝料只有一小部分再生为变形铝合金。美、日等国广泛应用的压铸铝合金 A380 、 ADCl0 等基本上是用废铝再生的。再生铝的主要设备一般采用燃油或燃气的专用静置炉。
扩展资料铝和铝合金的塑性加工，应保证产品达到稳定，一致的所需尺寸精度，力学性能和良好的表面质量。还要注意防止机械损伤和腐蚀，控制晶粒度和组织结构，这些质量要求主要靠生产工艺及设备来保证。铝及其合金一般具有较好的塑性，易于塑性加工。硬铝的相组分较复杂。
存在低熔相和金属间化合物等脆性组织，它的塑性加工具有一些特点：如进行均匀化处理消除坯锭冷却时产生的内应力和晶内偏析；坯锭表面要进行铣削加工，去掉低熔相产生的表面偏析物。某些铝合金为提高耐蚀性和加工性还要进行包铝。铝合金有过热敏感性，必须严格控制加热温度。
熔炼炉多用燃气反射炉或燃油反射炉，一般容量为20～40吨或更大；也采用电阻加热反射炉，容量一般为10吨左右。为缩短装炉时间，提高熔化效率，减少吸收气体和卷入氧化膜，工业上已采用倾转式顶装料圆型炉。熔炼时最好应用快速分析仪器分析合金成分，并及时调整。
参考资料来源：百度百科-铝加工
随着对铝合金材料方面的研究深入，高强铝合金(2000、7000系列)以其优异的综合性能在商用飞机上的使用量已经达到其结构质量的80%以上，因此得到全球航空工业界的普遍重视。铝合金开始逐渐应用于生活、军事、科技方面。物质特性 铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、 导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。一些铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能、物理性能和抗腐蚀性能。硬铝合金属AI—Cu—Mg系，一般含有少量的Mn，可热处理强化．其特点是硬度大，但塑性较差。超硬铝属Al一Cu—Mg—Zn系，可热处理强化，是室温下强度最高的铝合金，但耐腐蚀性差，高温软化快。锻铝合金主要是Al—Zn—Mg—Si系合金，虽然加入元素种类多，但是含量少，因而具有优良的热塑性，适宜锻造，故又称锻造铝合金。
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