一，鋁合金簡(jiǎn)介
以鋁為基的合金總稱。主要合金元素有銅、硅、鎂、鋅、錳，次要合金元素有鎳、鐵、鈦、鉻、鋰等。鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天、汽車、機(jī)械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中已大量應(yīng)用。鋁合金密度低，但強(qiáng)度比較高，接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗蝕性，工業(yè)上廣泛使用，使用量?jī)H次于鋼。
二，鋁合金的分類
鋁合金按照其性質(zhì)和應(yīng)用的不同可劃分為普通鋁合金，超高強(qiáng)度鋁合金，耐熱鋁合金，鋁基復(fù)合材料。其應(yīng)用的領(lǐng)域各有側(cè)重，涵蓋了鋁合金的所有應(yīng)用領(lǐng)域。
三，鋁合金的應(yīng)用
1，典型用途
1050 食品、化學(xué)和釀造工業(yè)用擠壓盤管，各種軟管，煙花粉
1060 要求抗蝕性與成形性均高的場(chǎng)合，但對(duì)強(qiáng)度要求不高，化工設(shè)備是其典型用途
1100 用于加工需要有良好的成形性和高的抗蝕性但不要求有高強(qiáng)度的零件部件，例如化工產(chǎn)品、食品工業(yè)裝置與貯存容器、薄板加工件、深拉或旋壓凹形器皿、焊接零部件、熱交換器、印刷板、銘牌、反光器具
1145 包裝及絕熱鋁箔，熱交換器
1199 電解電容器箔，光學(xué)反光沉積膜
1350 電線、導(dǎo)電絞線、匯流排、變壓器帶材
2011 螺釘及要求有良好切削性能的機(jī)械加工產(chǎn)品
2014 應(yīng)用于要求高強(qiáng)度與硬度（包括高溫）的場(chǎng)合。飛機(jī)重型、鍛件、厚板和擠壓材料，車輪與結(jié)構(gòu)元件，多級(jí)火箭第一級(jí)燃料槽與航天器零件，卡車構(gòu)架與懸掛系統(tǒng)零件
2017 是第一個(gè)獲得工業(yè)應(yīng)用的2XXX系合金，目前的應(yīng)用范圍較窄，主要為鉚釘、通用機(jī)械零件、結(jié)構(gòu)與運(yùn)輸工具結(jié)構(gòu)件，螺旋槳與配件
2024 飛機(jī)結(jié)構(gòu)、鉚釘、導(dǎo)彈構(gòu)件、卡車輪轂、螺旋槳元件及其他種種結(jié)構(gòu)件
2036 汽車車身鈑金件
2048 航空航天器結(jié)構(gòu)件與兵器結(jié)構(gòu)零件
2124 航空航天器結(jié)構(gòu)件
2218 飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)活塞，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸頭，噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪和壓縮機(jī)環(huán)
2219 航天火箭焊接氧化劑槽，超音速飛機(jī)蒙皮與結(jié)構(gòu)零件，工作溫度為-270~300℃。焊接性好，斷裂韌性高，T8狀態(tài)有很高的抗應(yīng)力腐蝕開裂能力
2319 焊拉2219合金的焊條和填充焊料
2618 模鍛件與自由鍛件?；钊秃娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)零件
2A01 工作溫度小于等于100℃的結(jié)構(gòu)鉚釘
2A02 工作溫度200~300℃的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的軸向壓氣機(jī)葉片
2A06 工作溫度150~250℃的飛機(jī)結(jié)構(gòu)及工作溫度125~250℃的航空器結(jié)構(gòu)鉚釘
2A10 強(qiáng)度比2A01合金的高，用于制造工作溫度小于等于100℃的航空器結(jié)構(gòu)鉚釘
2A11 飛機(jī)的中等強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)件、螺旋槳葉片、交通運(yùn)輸工具與建筑結(jié)構(gòu)件。航空器的中等強(qiáng)度的螺栓與鉚釘
2A12 航空器蒙皮、隔框、翼肋、翼梁、鉚釘?shù)?，建筑與交通運(yùn)輸工具結(jié)構(gòu)件
2A14 形狀復(fù)雜的自由鍛件與模鍛件
2A16 工作溫度250~300℃的航天航空器零件，在室溫及高溫下工作的焊接容器與氣密座艙
2A17 工作溫度225~250℃的航空器零件
2A50 形狀復(fù)雜的中等強(qiáng)度零件
2A60 航空器發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)輪、導(dǎo)風(fēng)輪、風(fēng)扇、葉輪等
2A70 飛機(jī)蒙皮，航空器發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、導(dǎo)風(fēng)輪、輪盤等
2A80 航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片、葉輪、活塞、漲圈及其他工作溫度高的零件
2A90 航空發(fā)動(dòng)機(jī)活塞
3003 用于加工需要有良好的成形性能、高的抗蝕性可焊性好的零件部件，或既要求有這些性能又需要有比1XXX系合金強(qiáng)度高的工作，如廚具、食物和化工產(chǎn)品處理與貯存裝置，運(yùn)輸液體產(chǎn)品的槽、罐，以薄板加工的各種壓力容器與管道
3004 全鋁易拉罐罐身，要求有比3003合金更高強(qiáng)度的零部件，化工產(chǎn)品生產(chǎn)與貯存裝置，薄板加工件，建筑加工件，建筑工具，各種燈具零部件
3105 房間隔斷、檔板、活動(dòng)房板、檐槽和落水管，薄板成形加工件，瓶蓋、瓶塞等
3A21 飛機(jī)油箱、油路導(dǎo)管、鉚釘線材等；建筑材料與食品等工業(yè)裝備等
5005 與3003合金相似，具有中等強(qiáng)度與良好的抗蝕性。用作導(dǎo)體、炊具、儀表板、殼與建筑裝飾件。陽(yáng)極氧化膜比3003合金上的氧化膜更加明亮，并與6063合金的色調(diào)協(xié)調(diào)一致
5050 薄板可作為致冷機(jī)與冰箱的內(nèi)襯板，汽車氣管、油管與農(nóng)業(yè)灌溉管；也可加工厚板、管材、棒材、異形材和線材等
5052 此合金有良好的成形加工性能、抗蝕性、可燭性、疲勞強(qiáng)度與中等的靜態(tài)強(qiáng)度，用于制造飛機(jī)油箱、油管，以及交通車輛、船舶的鈑金件，儀表、街燈支架與鉚釘、五金制品等
5056 鎂合金與電纜護(hù)套鉚釘、拉鏈、釘子等；包鋁的線材廣泛用于加工農(nóng)業(yè)捕蟲器罩，以及需要有高抗蝕性的其他場(chǎng)合
5083 用于需要有高的抗蝕性、良好的可焊性和中等強(qiáng)度的場(chǎng)合，諸如艦艇、汽車和飛機(jī)板焊接件；需嚴(yán)格防火的壓力容器、致冷裝置、電視塔、鉆探設(shè)備、交通運(yùn)輸設(shè)備、導(dǎo)彈元件、裝甲等。
5086 用于需要有高的抗蝕性、良好的可焊性和中等強(qiáng)度的場(chǎng)合，例如艦艇、汽車、飛機(jī)、低溫設(shè)備、電視塔、鉆井裝置、運(yùn)輸設(shè)備、導(dǎo)彈零部件與甲板等
5154 焊接結(jié)構(gòu)、貯槽、壓力容器、船舶結(jié)構(gòu)與海上設(shè)施、運(yùn)輸槽罐
5182 薄板用于加工易拉罐蓋，汽車車身板、操縱盤、加強(qiáng)件、托架等零部件
5252 用于制造有較高強(qiáng)度的裝飾件，如汽車等的裝飾性零部件。在陽(yáng)極氧化后具有光亮透明的氧化膜
5254 過氧化氫及其他化工產(chǎn)品容器
5356 焊接鎂含量大于3%的鋁-鎂合金焊條及焊絲
5454 焊接結(jié)構(gòu)，壓力容器，海洋設(shè)施管道
5456 裝甲板、高強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)、貯槽、壓力容器、船舶材料
5457 經(jīng)拋光與陽(yáng)極氧化處理的汽車及其他裝備的裝飾件
5652 過氧化氫及其他化工產(chǎn)品貯存容器
5657 經(jīng)拋光與陽(yáng)極氧化處理的汽車及其他裝備的裝飾件，但在任何情況下必須確保材料具有細(xì)的晶粒組織
5A02 飛機(jī)油箱與導(dǎo)管，焊絲，鉚釘，船舶結(jié)構(gòu)件
5A03 中等強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)，冷沖壓零件，焊接容器，焊絲，可用來(lái)代替5A02合金
5A05 焊接結(jié)構(gòu)件，飛機(jī)蒙皮骨架
5A06 焊接結(jié)構(gòu)，冷模鍛零件，焊拉容器受力零件，飛機(jī)蒙皮骨部件
5A12 焊接結(jié)構(gòu)件，防彈甲板
6005 擠壓型材與管材，用于要求強(qiáng)高大于6063合金的結(jié)構(gòu)件，如梯子、電視天線等
6009 汽車車身板
6010 薄板：汽車車身
6061 要求有一定強(qiáng)度、可焊性與抗蝕性高的各種工業(yè)結(jié)構(gòu)性，如制造卡車、塔式建筑、船舶、電車、夾具、機(jī)械零件、精密加工等用的管、棒、形材、板材
6066 鍛件及焊接結(jié)構(gòu)擠壓材料
6070 重載焊接結(jié)構(gòu)與汽車工業(yè)用的擠壓材料與管材
6101 公共汽車用高強(qiáng)度棒材、電導(dǎo)體與散熱器材等
6151 用于模鍛曲軸零件、機(jī)器零件與生產(chǎn)軋制環(huán)，供既要求有良好的可鍛性能、高的強(qiáng)度，又要有良好抗蝕性之用
6201 高強(qiáng)度導(dǎo)電棒材與線材
6205 厚板、踏板與耐高沖擊的擠壓件
6262 要求抗蝕性優(yōu)于2011和2017合金的有螺紋的高應(yīng)力零件
6351 車輛的擠壓結(jié)構(gòu)件，水、石油等的輸送管道
6463 建筑與各種器具型材，以及經(jīng)陽(yáng)極氧化處理后有明亮表面的汽車裝飾件
6A02 飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)零件，形狀復(fù)雜的鍛件與模鍛件
7005 擠壓材料，用于制造既要有高的強(qiáng)度又要有高的斷裂韌性的焊接結(jié)構(gòu)，如交通運(yùn)輸車輛的桁架、桿件、容器；大型熱交換器，以及焊接后不能進(jìn)行固熔處理的部件；還可用于制造體育器材如網(wǎng)球拍與壘球棒
7039 冷凍容器、低溫器械與貯存箱，消防壓力器材，軍用器材、裝甲板、導(dǎo)彈裝置
7049 用于鍛造靜態(tài)強(qiáng)度與7079-T6合金的相同而又要求有高的抗應(yīng)力腐蝕開裂勇力的零件，如飛機(jī)與導(dǎo)彈零件——起落架液壓缸和擠壓件。零件的疲勞性能大致與7075-T6合金的相等，而韌性稍高
7050 飛機(jī)結(jié)構(gòu)件用中厚板、擠壓件、自由鍛件與模鍛件。制造這類零件對(duì)合金的要求是：抗剝落腐蝕、應(yīng)力腐蝕開裂能力、斷裂韌性與抗疲勞性能都高
7072 空調(diào)器鋁箔與特薄帶材；2219、3003、3004、5050、5052、5154、6061、7075、7475、7178合金板材與管材的包覆層
7075 用于制造飛機(jī)結(jié)構(gòu)及期貨 他要求強(qiáng)度高、抗腐蝕性能強(qiáng)的高應(yīng)力結(jié)構(gòu)件、模具制造
7175 用于鍛造航空器用的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)性。T736材料有良好的綜合性能，即強(qiáng)度、抗剝落腐蝕與抗應(yīng)力腐蝕開裂性能、斷裂韌性、疲勞強(qiáng)度都高
7178 供制造航空航天器的要求抗壓屈服強(qiáng)度高的零部件
7475 機(jī)身用的包鋁的與未包鋁的板材，機(jī)翼骨架、桁條等。其他既要有高的強(qiáng)度又要有高的斷裂韌性的零部件
7A04 飛機(jī)蒙皮、螺釘、以及受力構(gòu)件如大梁桁條、隔框、翼肋、起落架等
2，超高強(qiáng)度鋁合金的簡(jiǎn)介及其主要應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展
簡(jiǎn)介：高強(qiáng)度鋁合金具有比重小、強(qiáng)度高、加工性能好及焊接性能優(yōu)良等特點(diǎn)， 被廣泛地應(yīng)用于航空工業(yè)及民用工業(yè)等領(lǐng)域，尤其在航空工業(yè)中占有十分重要的地位，是航空工業(yè)的主要結(jié)構(gòu)材料之一。
應(yīng)用：1.超高強(qiáng)鋁合金具有密度低、強(qiáng)度高、熱加工性能好等優(yōu)點(diǎn)，是航空航天領(lǐng)域的主要結(jié)構(gòu)材料?，F(xiàn)代航空航天工業(yè)的發(fā)展，對(duì)高強(qiáng)鋁合金的強(qiáng)度和綜合性能提出了更高的要求。近年來(lái)，材料工作者通過優(yōu)化合金的成分設(shè)計(jì)，采用新型的制坯方法、成形加工及熱處理工藝，研制開發(fā)出多種使用性能更好的超高強(qiáng)鋁合金，這些材料既具有 600 MPa 以上的抗拉強(qiáng)度，又能保持較高的韌性和耐腐蝕性，且成本較低，在很多領(lǐng)域取代了昂貴的鈦合金，成為目前軍用和民用飛機(jī)等交通運(yùn)輸工具中不可缺少的重要輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。超高強(qiáng)鋁合金正成為世界各國(guó)結(jié)構(gòu)材料開發(fā)的熱點(diǎn)之一。
早在20世紀(jì)30年代，人們就開始研究 Al-Zn-Mg-Cu 系合金，但由于該系合金存在嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象而未得到實(shí)際應(yīng)用。20世紀(jì)中期，通過在合金中添加 Mn，Cr ，Ti 等微量元素提高抗應(yīng)力腐蝕性能，美國(guó)、前蘇聯(lián)相繼開發(fā)出 7075 合金和 B95 高強(qiáng)鋁合金，用于制造飛機(jī)部件，并著手研究超高強(qiáng)鋁合金。1956 年，前蘇聯(lián)學(xué)者在深入研究 Al-Zn-Mg-Cu 系合金的基礎(chǔ)上，研制出世界上第 1 種超高強(qiáng)度鋁合金——μ部分超高強(qiáng)鋁合金。繼而通過提高合金純度，降低合金元素含量開發(fā)出 B96 ц 的改型合金B(yǎng)96μ1和B96μ2。近年來(lái)，又改變時(shí)效制度，采用過時(shí)效態(tài)代替峰值時(shí)又投入大量人力物力研究新的熱處理狀態(tài)，提高了合金的耐腐蝕性和斷裂韌性，且靜強(qiáng)度降低、幅度小，因而應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。1972 年，美國(guó)鋁業(yè)公司通過降低 7075 合金中的 Fe 和 Si 等雜質(zhì)含量，調(diào)整合金元素，并在合金中添加鋯代替鉻，開發(fā)出了 7050 合金；1978 年，對(duì)7050合金的成分進(jìn)行微調(diào)，成功研制了 7150 合金 , 并將其加工成 T651 及 T6151 態(tài)厚板和擠壓件 ,用于制造 波音 767 、 空中客車A310 等飛機(jī)的上翼結(jié)構(gòu)。為了進(jìn)一步提高機(jī)體材料的性能， 20世紀(jì) 80 年代末，美國(guó) Alcoa 公司開發(fā)出 T77 處理工藝，并應(yīng)用于 IM/ 7150 合金，使之具有 T6 態(tài)強(qiáng)度和 T73 態(tài)抗腐蝕性能。7150T77合金板材和擠壓材目前已大量用于制造飛機(jī)框架、艙壁等結(jié)構(gòu)件。隨后，通過提高合金中的鋅含量，進(jìn)一步開發(fā)出超高強(qiáng)度的IM/7055T77 合金 ,用于制造波音 777 的上翼蒙皮和龍骨梁。目前，一些國(guó)家仍在進(jìn)行IM/7050T74厚板 、 7055T77板材的應(yīng)用研究。開發(fā)快速凝固/ 粉末冶金 ( RS/ PM) 制備工藝，發(fā)展 RS/ PM 鋁合金。20 世紀(jì)80 年代，美國(guó) Alcoa 公司采用傳統(tǒng)RS/ PM 制備方法，研制出 PM/ 7090等。1992 年， 日本住友輕金屬公司采用真空平流制粉、后續(xù)真空壓實(shí)燒結(jié)工藝，在實(shí)驗(yàn)室制備出σ達(dá) 700 MPa 以上的超高強(qiáng)鋁合金。但是，由于傳統(tǒng) RS/ PM 工藝難以制備大尺寸材料，生產(chǎn)成本高，且合金中鋅含量很高，導(dǎo)致粉末燒結(jié)困難，因此，采用傳統(tǒng) RS/ PM 工藝生產(chǎn)的超高強(qiáng)鋁合金并未得到實(shí)際應(yīng)用。20世紀(jì) 90年代初期，隨著以噴射成形技術(shù)為代表的新一代 RS/ PM 工藝走向規(guī)?；?shí)用化，使RS/ PM工藝生產(chǎn)實(shí)用超高強(qiáng)鋁合金材料變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。利用噴射成形技術(shù)制備的材料，除保持了晶粒細(xì)小、組織均勻、能夠抑制偏析等優(yōu)點(diǎn)外，由于從合金熔煉到坯件近終成形可一次完成，減少了材料在制備過程中被氧化的可能，縮短了制備流程，降低了成本，且易于制備大尺寸塊狀材料。到 90 年代末，美國(guó)、英國(guó)、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家利用噴射成形技術(shù)開發(fā)出了含鋅量在8%以上 ( 最高達(dá)14%)，抗拉強(qiáng)度σ為760～810 MPa，延伸率δ為8%～13%的新一代超高強(qiáng)鋁合金，用于制造交通運(yùn)輸領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)件及其他高應(yīng)力結(jié)構(gòu)件。
國(guó)內(nèi)超高強(qiáng)鋁合金的研究開發(fā)起步較晚，20世紀(jì)80年代初，東北輕合金加工廠和北京航空材料研究所開始研制Al-Zn-Mg-Cu系高強(qiáng)高韌鋁合金。目前，在普通7XXX系鋁合金的生產(chǎn)和應(yīng)用方面已進(jìn)入實(shí)用化階段，產(chǎn)品主要包括7075和7050等合金。20世紀(jì)90年代中期，北京航空材料研究所采用常規(guī) PM/ 7091、CW67 等合金，其強(qiáng)度與 IM/ 7075T6 的相當(dāng)。近來(lái)，我國(guó)又開發(fā)出強(qiáng)度更高的7A60合金?！熬盼濉逼陂g，北京有色金屬研究總院和東北輕合金加工廠開展了仿高鋅含量的噴射成形超高強(qiáng)鋁合金的研制開發(fā)工作，他們分別采用噴射沉積和半連續(xù)鑄造工藝，制成了各種尺寸的（模）鍛件、擠壓材，合金的屈服強(qiáng)度已分別達(dá)到750～780MPa 和630～650MPa，延伸率則分別達(dá)到8%～10%和4%～7%，接近國(guó)外20世紀(jì)低頻電磁半連續(xù)鑄造高合金化超高強(qiáng)鋁合金的研究。目前已開發(fā)出低頻電磁半連續(xù)鑄造技術(shù)，該技術(shù)不僅可以得到國(guó)外高頻、中頻或工頻電磁鑄造時(shí)所獲得的晶粒細(xì)化、表面質(zhì)量改進(jìn)和抑制開裂的效果，更重要的是可以使溶質(zhì)元素的固溶度大大提高，為高合金化超高強(qiáng)鋁合金的制備創(chuàng)造了基本條件。
2.高強(qiáng)度鋁合金的導(dǎo)線應(yīng)用 在國(guó)際上，鋁鎂硅型的高強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線已被使用七十余年的歷史，由于它具有的優(yōu)點(diǎn)和對(duì)其生產(chǎn)工藝的不斷改進(jìn)，使它更具有實(shí)際使用價(jià)值。在歐洲，以法國(guó)為代表，在輸電線路上大量采用，占線路總長(zhǎng)的絕大部分，日本采用鋁合金的輸電線路在50%以上；美國(guó)和加拿大也有很大的比例；即使東南亞發(fā)展中的國(guó)家，像印度、印度尼西亞、菲律賓等也都采用鋁合金用于導(dǎo)線輸電線路。
如果把鋁合金絞線與鋼芯鋁絞線作比較的話，在相同的單位重量下，鋁合金導(dǎo)體有直流電阻小、載流量大、拉力大、拉力單重比大等優(yōu)點(diǎn)；在具有相同載流量條件下比較，鋁合金導(dǎo)線有重量輕、拉力大、拉力單重比更大等優(yōu)點(diǎn)。兼之鋁合金導(dǎo)線為單一材料的導(dǎo)線，易安裝施工。它所具有的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在線路建設(shè)中可加大檔距，減少桿塔數(shù)目，或降低桿高度，總之它能降低工程造價(jià)，因此受到電力部門的歡迎。鋁合金的另一個(gè)發(fā)展方向是高強(qiáng)度耐熱鋁合金，高強(qiáng)度導(dǎo)電鋁合金。
當(dāng)前世界電力工業(yè)發(fā)展，一方面是發(fā)達(dá)國(guó)家多數(shù)已把國(guó)內(nèi)甚至跨國(guó)電網(wǎng)進(jìn)行互聯(lián)，當(dāng)然需通過大熔煉遠(yuǎn)距離輸電來(lái)完成。這些線路采用新型材料，減少電能損耗，延長(zhǎng)線路使用壽命。另一方面，發(fā)展中國(guó)家，像東亞、東南亞和南美地區(qū)的國(guó)家，大規(guī)模的電網(wǎng)建設(shè)方興未艾，大規(guī)模的大容量遠(yuǎn)距離送電代表著目前的現(xiàn)狀。
大容量遠(yuǎn)距離輸電，架空導(dǎo)線仍以采用大截面的鋼芯鋁絞線為主，但為了減少電能損耗，改善導(dǎo)線的弧垂特性，降低線路造價(jià)，鋁合金導(dǎo)線開始走上舞臺(tái)。在歐洲，以法國(guó)為例，其輸電線路的導(dǎo)線絕大多數(shù)采用高強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線，它不僅改善線路質(zhì)量，延長(zhǎng)導(dǎo)線使用壽命，同時(shí)還降低了線路造價(jià)。在美國(guó)鋁合金導(dǎo)線也被作為重要品種來(lái)使用。在日本，不但為了要輸送大容量的電能，而且由于土地限制，將在原有線路上架設(shè)新型導(dǎo)線輸送更多的容量，因此耐熱鋁合金導(dǎo)線被廣泛應(yīng)用，在輸電線路中已超過50%采用高強(qiáng)度鋁合金和耐熱鋁合金。即使像印度這樣發(fā)展中的國(guó)家，其超高壓輸電線路也采用高強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線。
在大容量遠(yuǎn)距離的輸電線路上，其導(dǎo)線用量一般都很多，而且是高電壓的主干線路，因此采用性能優(yōu)良的原材料制作導(dǎo)線是其發(fā)展的一個(gè)重要方面，因此除大力推廣采用目前已能正常批量生產(chǎn)的高強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線、鋁包鋼芯鋁絞線以外，還將著重開發(fā)高導(dǎo)電鋁，其導(dǎo)電率將由目前的61%IACS提高到63%IACS，著重開發(fā)超高強(qiáng)度鋼線，其強(qiáng)度在200N/mm2以上，這樣既能減少電能損耗，又增大拉力單重比，改善線路的弧垂特性。
遠(yuǎn)距離的輸電勢(shì)必要經(jīng)過很多復(fù)雜的地形與氣候條件，江湖海島，高山峽谷，污穢地帶，腐蝕性氣氛，因而又發(fā)展了像大跨越、特大跨越導(dǎo)線、耐腐蝕性防振動(dòng)導(dǎo)線，防冰雪導(dǎo)線；為輸送更大容量的倍容量導(dǎo)線，減少電暈損失的底電暈導(dǎo)線等，這些特種導(dǎo)線都是結(jié)合實(shí)際情況而制作的，但它為線路建設(shè)起到很大的作用。
我國(guó)高強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線的年產(chǎn)量不超過1萬(wàn)噸，國(guó)內(nèi)實(shí)際用量比生產(chǎn)少得多，往往是為國(guó)外線路工程而生產(chǎn)，因此，在國(guó)內(nèi)的實(shí)際線路中采用鋁合金導(dǎo)線的尚不足1%，在先進(jìn)國(guó)家大量采用高強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線時(shí)，我國(guó)的應(yīng)用狀況實(shí)在微不足道了。盡管我國(guó)已能研制生產(chǎn)多重特種導(dǎo)線，并少量獲得使用，可是在主干線的重要工程中卻多數(shù)采用國(guó)外產(chǎn)品，這使得特種導(dǎo)線的應(yīng)用常常受阻。
架空導(dǎo)線是高壓輸變電設(shè)別的重要組成部分。作為架空線導(dǎo)體，除了電工鋁以外，重要的是高強(qiáng)度鋁合金。作為架空線用鋁合金，首先是提高強(qiáng)度，即現(xiàn)在常用的牌號(hào)有Aldrey、6201、LHA1等，以后又提出要提高耐熱性能，因此開發(fā)出高強(qiáng)度耐熱鋁合金、高導(dǎo)電耐熱鋁合金；又為了獲得耐熱高溫和耐熱高導(dǎo)電性能良好的鋁合金，開發(fā)出高強(qiáng)度耐熱鋁合金、高導(dǎo)電耐熱鋁合金。
1958年我國(guó)開始研究鋁合金作為架空導(dǎo)線的導(dǎo)體，然而工藝未過關(guān)而難以推廣，1965年起開始研制的Al-Mg-Si高強(qiáng)度鋁合金線，其性能達(dá)到IEC標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的各項(xiàng)參數(shù)，即單線的抗拉強(qiáng)度σb≥294N/mm2，延伸率δ≥4%，電阻率ρ20≤0.0328Ω?mm2，制成架空線的性能也均符合要求，1965年曾在上海的奉賢海邊架設(shè)運(yùn)行線路，在20年后調(diào)查時(shí)仍在安全運(yùn)行。如今，我國(guó)二灘電站的電力送出工程便采用高強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線。
架空導(dǎo)線鋁合金導(dǎo)體，除高強(qiáng)度鋁合金外，主要的發(fā)展方向是耐熱、高強(qiáng)度耐熱，它的出現(xiàn)與應(yīng)用，標(biāo)志著上了一個(gè)新的臺(tái)階。
耐熱鋁合金導(dǎo)線是輸變電網(wǎng)中大容量線路用的新型導(dǎo)線，耐熱鋁合金有二個(gè)品種，其導(dǎo)電率分別為58%IACS和60%IACS(均高于高強(qiáng)度鋁合金的52.5%IACS)，它具有良好的高溫特性，能長(zhǎng)期在150℃下使用(電工鋁導(dǎo)體的長(zhǎng)期使用溫度為70℃)，因此在相同截面下，耐熱鋁合金導(dǎo)線的載流量較鋁導(dǎo)線提高1倍，在大容量線路輸電時(shí)可以減少導(dǎo)線的相分裂根數(shù)，提高安全可靠性。
耐熱鋁合金導(dǎo)線的強(qiáng)度低于高強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線，只與電工鋁導(dǎo)體相同，高強(qiáng)度耐熱鋁合金比耐熱鋁合金的強(qiáng)度高35-63%，能用作大跨越導(dǎo)線，克服大跨越導(dǎo)線容量偏低的缺點(diǎn)。
對(duì)于作為輸電線路用導(dǎo)線，除了滿足一定載流量，它需要足夠的鋁截面，保證導(dǎo)線的直流電阻達(dá)到規(guī)定值以外，主要的是抗拉力和單位長(zhǎng)度質(zhì)量，以及他們的比值。從表1可以看出使用鋁合金絞線對(duì)線路有好處，可以減少弧垂量，降低桿塔高度，或可以增加桿塔間距。此外，它有較強(qiáng)的過載能力，因此在經(jīng)過覆冰地段(如覆冰厚度為20cm～30cm時(shí))，其線路的綜合造價(jià)可以適當(dāng)降低；在通過山地，由于地形高低不平，起伏較大，桿塔塔位較難安排，如采用(鋼芯)鋁合金絞線，線路建設(shè)就更經(jīng)濟(jì)了。
3，耐熱性鋁合金的簡(jiǎn)介及其應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展
簡(jiǎn)介：能在較高溫度下使用而不軟化的鋁合金。提高鋁合金熱強(qiáng)性的主要途徑是固溶強(qiáng)化、過剩相強(qiáng)化和晶界強(qiáng)化等。為此，常加入鉬、鎳、銅、鋰、鐵或稀土元素，以形成熱穩(wěn)定性較好的過剩相Al2CuMg，Al6Cu3Ni，Al2FeSi，Al9FeNi，Al2CuLi，Al6Mn，Al3Ti，Al3Fe，Al4Ce4，Al2Cu4Mg5Si4等。根據(jù)加工工藝不同可分為耐熱變形鋁合金（包括耐熱鍛鋁合金、耐熱硬鋁合金）和耐熱鑄造鋁合金。主要用作在150～300℃工作的零件，如渦輪壓縮機(jī)葉片盤、焊接容器、活塞等。
主要用途可以用于架空輸配電線路上面，連續(xù)使用溫度可以達(dá)到90度，載流量能力高，防腐性能好。
開發(fā)快凝耐熱鋁合金的最終目的是取代飛機(jī)零件中的鈦合金。 近些年來(lái)的研究成果表明，這方面的工作已取得了很大進(jìn)展，快凝耐熱鋁合金的某些性能已相當(dāng)或超過了部分鈦合金的。例如：Al-Fe-Zr-V的比強(qiáng)度與Ti-6Al-4V相當(dāng)，而Al-Fe-Ce在150℃和230℃時(shí)屈服強(qiáng)度分別為449MPa和391MPa，已超過Ti-6Al-4V合金的，再加上這些新型合金密度低，價(jià)格便宜，一般不含有貴重的戰(zhàn)略元素，已經(jīng)有可能在230～350℃的溫度范圍內(nèi)與常規(guī)的鈦合金競(jìng)爭(zhēng)，甚至取代鈦合金。目前，快凝耐熱鋁合金已成功地用于制造氣體渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮翼片和葉片，以及渦輪和散熱片等部件，還可以用于制造火箭和宇宙飛船上的某些構(gòu)件。當(dāng)快凝耐熱鋁合金用于制造飛機(jī)構(gòu)件時(shí)，造價(jià)一般只是鈦合金的30%～50%，而飛機(jī)重量卻可以減輕15%左右。如果進(jìn)一步提高其耐熱性能，應(yīng)用范圍還將擴(kuò)大。
發(fā)展方向：快凝耐熱鋁合金目前存在的問題主要有以下幾方面。性能方面：1、快凝耐熱鋁合金的疲勞強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度還不夠高，這與粉末冶金過程中原始顆粒界面和氧化物有關(guān)；2、快凝耐熱鋁合金的斷裂韌性也不甚理想，尤其是存在明顯的中溫脆性，引起脆性的原因還待進(jìn)一步研究。成本方面：采用粉末冶金工藝的快凝耐熱鋁合金，雖然性能比熔鑄合金優(yōu)越，但制造成本偏高卻成了該合金面臨的挑戰(zhàn)。
快凝耐熱鋁合金今后的研究方向?qū)⒅饕性谝韵聨追矫妫?、發(fā)展低成本的新型快凝工藝。由于噴射沉積快凝工藝相對(duì)RS/PM工藝而言，生產(chǎn)工序簡(jiǎn)化，避免了原始粉末顆粒界面氧化問題，可使合金的韌性得到提高，生產(chǎn)成本降低。因此，應(yīng)進(jìn)一步完善噴射沉積快凝工藝，使其應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。2、進(jìn)一步研究合金的耐熱機(jī)理，包括過固溶的基體在受熱過程中的作用。3、研究引起合金中溫脆性的原因及解決措施，進(jìn)一步提高合金的韌性。
四，鋁基復(fù)合材料簡(jiǎn)介及應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展方向
簡(jiǎn)介：復(fù)合材料是應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展需求而涌現(xiàn)出的具有強(qiáng)大生命力的材料，它由兩種或兩種以上性質(zhì)不同的材料通過各種工藝手段復(fù)合而成。復(fù)合材料可分為三類：聚合物基復(fù)合材料（PMCs）、金屬基復(fù)合材料（MMCs）、陶瓷基復(fù)合材料（CMCs）。金屬基復(fù)合材料基體主要是鋁、鎳、鎂、鈦等。鋁在制作復(fù)合材料上有許多特點(diǎn),如質(zhì)量輕、密度小、可塑性好,鋁基復(fù)合技術(shù)容易掌握,易于加工等。此外,鋁基復(fù)合材料比強(qiáng)度和比剛度高,高溫性能好,更耐疲勞和更耐磨,阻尼性能好,熱膨脹系數(shù)低。同其他復(fù)合材料一樣,它能組合特定的力學(xué)和物理性能,以滿足產(chǎn)品的需要。因此,鋁基復(fù)合材料已成為金屬基復(fù)合材料中常用的、重要的材料之一。按照增強(qiáng)體的不同,鋁基復(fù)合材料可分為纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料和顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料具有比強(qiáng)度、比模量高,尺寸穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)異性能,但價(jià)格昂貴,目前主要用于航天領(lǐng)域,作為航天飛機(jī)、人造衛(wèi)星、空間站等的結(jié)構(gòu)材料。顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料可用來(lái)制造衛(wèi)星及航天用結(jié)構(gòu)材料、飛機(jī)零部件、金屬鏡光學(xué)系統(tǒng)、汽車零部件;此外還可以用來(lái)制造微波電路插件、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的精密零件、渦輪增壓推進(jìn)器、電子封裝器件等
鋁基復(fù)合材料的性能
鋁基復(fù)合材料的性能取決于基體合金和增強(qiáng)物的特性、含量、分布等。與基體合金相比,鋁基復(fù)合材料具有許多優(yōu)良的性能。
1 低密度
2 良好的尺寸穩(wěn)定性
3強(qiáng)度、模量與塑性
增強(qiáng)體的加入在提高鋁基復(fù)合材料強(qiáng)度和模量的同時(shí),降低了塑性。
4耐磨性
高的耐磨性是鋁基復(fù)合材料(SiC 、Al2O3 增強(qiáng))的特點(diǎn)之一。
5疲勞與斷裂韌性
鋁基復(fù)合材料的疲勞強(qiáng)度一般比基體金屬高,而斷裂韌性卻下降。影響鋁基復(fù)合材料疲勞性能和斷裂的主要因素有:增強(qiáng)物與基體的界面結(jié)合狀態(tài)、基體與增強(qiáng)物本身的特性和增強(qiáng)物在基體中的分布等。
6熱性能
增強(qiáng)體和基體之間的熱膨脹失配在任何復(fù)合材料中都難以避免,為了有效降低復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù),使其與半導(dǎo)體材料或陶瓷基片保持熱匹配,常選用低膨脹的 合金作為基體和采用不同粒徑的顆粒制備高體積分?jǐn)?shù)的復(fù)合材料。
應(yīng)用領(lǐng)域：1 在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用 鋁基復(fù)合材料在汽車工業(yè)的應(yīng)用研究起步最早。上個(gè)世紀(jì) 年代,日本豐田公司成功地用復(fù)合材料制備了發(fā)動(dòng)機(jī)活塞。美國(guó)的研制出用顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制造汽車制動(dòng)盤,使其重量減輕了,而且提高了耐磨性能,噪音明顯減小,摩擦散熱快;同時(shí)該公司還用顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制造了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞和齒輪箱等汽車零部件。用復(fù)合材料制成的汽車齒輪箱在強(qiáng)度和耐磨性方面均比鋁合金齒輪箱有明顯的提高。鋁合金復(fù)合材料也可以用來(lái)制造剎車轉(zhuǎn)子、剎車活塞、剎車墊板、卡鉗等剎車系統(tǒng)元件。鋁基復(fù)合材料還可用來(lái)制造汽車驅(qū)動(dòng)軸、搖臂等汽車零件。
2在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,對(duì)材料性能提出了越來(lái)越高的要求,特別是航空航天領(lǐng)域要制造輕便靈活、性能優(yōu)良的飛機(jī)、衛(wèi)星等，鋁基復(fù)合材料恰能滿足這方面的要求。采用熔模鑄造工藝研制成 復(fù)合材料,用該材料代替鈦合金制造直徑達(dá) 、重 的飛機(jī)攝相鏡方向架,使其成本和重量明顯降低,導(dǎo)熱性提高。同時(shí)該復(fù)合材還可用來(lái)制造衛(wèi)星反動(dòng)輪和方向架的支撐架。 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪上的應(yīng)用
3 在電子和光學(xué)儀器中的應(yīng)用 鋁基復(fù)合材料,特別是 增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料,由于具有熱膨脹系數(shù)小、密度低、導(dǎo)熱性能好等優(yōu)點(diǎn),適合于制造電子器材的襯裝材料、散熱片等電子器件。顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)完全可以與電子器件材料的熱膨脹相匹配,而且導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能也非常好。在精密儀器和光學(xué)儀器的應(yīng)用研究方面,鋁基復(fù)合材料用于制造望遠(yuǎn)鏡的支架和副鏡等部件。另外鋁基復(fù)合材料還可以制造慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的精密零件、旋轉(zhuǎn)掃描鏡、紅外觀測(cè)鏡、激光鏡、激光陀螺儀、反射鏡、鏡子底座和光學(xué)儀器托架等許多精密儀器和光學(xué)儀器。
4 在體育用品上的應(yīng)用 鋁基復(fù)合材料可以代替木材及金屬材料來(lái)制作網(wǎng)球拍、釣魚竿、高爾夫球桿和滑雪板等。用 顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制作的自行車鏈齒輪重量輕、剛度高、不易撓曲變形,性能優(yōu)于鋁合金鏈齒輪。
面臨問題及發(fā)展方向：目前，鋁基復(fù)合材料面臨的最主要問題是制造成本高，尤其是纖維增強(qiáng)體的鋁基復(fù)合材料。隨著增強(qiáng)體與基體結(jié)合理論的進(jìn)一步研究，成本更低的增強(qiáng)體和制備工藝的不斷開發(fā)．加上廢品回收再利用等．鋁基復(fù)合材料在保持優(yōu)異性能的同時(shí)，成本將更加低廉，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹?lái)越廣。
