鋁合金

以鋁為基添加一定量其他合金化元素的合金，是輕金屬材料之一。鋁合金除具有鋁的一般特性外，由於添加合金化元素的種類和數量的不同又具有一些合金的具體特性。鋁合金的密度為2.63～2.85g/cm，有較高的強度(σb為110～650MPa)，比強度接近高合金鋼，比剛度超過鋼，有良好的鑄造性能和塑性加工性能，良好的導電、導熱性能，良好的耐蝕性和可焊性，可作結構材料使用，在航天、航空、交通運輸、建築、機電、輕化和日用品中有著廣泛的應用。

鋁合金按其成分和加工方法又分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。變形鋁合金是先將合金配料熔鑄成坯錠，再進行塑性變形加工，通過軋制、擠壓、拉伸、鍛造等方法製成各種塑性加工製品。鑄造鋁合金是將配料熔煉後用砂模、鐵模、熔模和壓鑄法等直接鑄成各種零部件的毛坯。

變形鋁合金是以各種壓力加工方法製成的管、棒、線、型等半成品鋁合金。根據其用途又可分為防腐鋁合金、超硬鋁、特殊鋁、硬鋁、鍛鋁5類。

常用的防鏽鋁合金中主要合金元素是錳和鎂，加錳可提高其抗蝕能力，加鎂使其強化並降低比重，其特點是耐腐蝕，拋光性好，可長時間保持光亮表面，強度比純鋁高，多用於製造與液體接觸的零件、管道、日用品、裝飾品等;硬鋁又稱杜拉鋁，是鋁、銅、鎂合金，並含少量錳。銅、鎂在鋁中溶解度較大，有強化效應，錳使其耐蝕。硬鋁根據其合金元素含量不同可分別製造鉚釘、飛機的螺旋槳及飛機上的高強度零件;超硬鋁是含有鋅的硬鋁，其硬度、強度均比硬鋁高，不同品種的超硬鋁用於製造各種結構零件、高載荷零件，是航空工業的重要材料之一; 鍛鋁在一般狀態下具有高的塑性，強度大，用來製造各種鍛件或衝壓件，如內燃機活塞等; 特殊鋁是在特定情況下使用的，組分不同，各有用途。

鑄造鋁合金是用來直接澆鑄各種形狀的機械零件的鋁合金。按加入的主要元素不同又可分為Al-Si系合金、Al-Zn系合金、Al-Mg系合金。每個系統各有牌號，較為複雜。

變形鋁合金和鑄造鋁合金的根本差別可用鋁基二元合金相圖來說明：成分位於B′點以左的合金屬於變形鋁合金，當加熱到高於固溶線(BD)溫度時，它可獲得單相α固溶體，其塑性加工性能較好，適於冷、熱壓力加工。由於熔鑄技術的發展，有些變形鋁合金的成分已擴大到F點。成分在E點以右的合金屬於鑄造鋁合金。由於其組織中含有低熔點共晶體，流動性好，可防止熱裂現象，適於鑄造成形。可見鑄造鋁合金的成分含量比變形鋁合金的高。鋁合金又分可熱處理強化和不可熱處理強化的兩類。成分在D點以左的合金，其固溶體的成分不隨溫度的變化而變化，熱處理時沒有相的變化，不發生強化，稱為非熱處理強化合金；合金成分位於DF之間的合金，其固溶體的成分隨溫度而改變，即熱處理時有相的變化，因而發生強化，稱為可熱處理強化合金。

鋁基二元合金相圖(示意圖)

鋁合金研究與發展的初期主要是和航空工業聯繫在一起的，只有近百年的歷史，但發展得很快，用途範圍不斷擴大，在金屬材料中其產量在鋼鐵之後居第二位，在有色金屬材料中居首位。鋁合金將有很大的發展：採用更新的工藝方法，改進原有合金，發展新合金，賦予更新更加完善的使用性能，擴大使用範圍，增大使用量。

1908年美國鋁業公司發明電工鋁合金1050，並製成鋼芯鋁絞線，開創高壓遠程輸電先鋒。

1915年美國鋁業公司發明2017合金，1933年發明2024合金，使鋁在航空器中的應用得以迅速擴大。 1933年美國鋁業公司發明6061合金，隨即創造了擠壓機淬火工藝，顯著擴大了擠壓型材應用範圍。

1943年美國鋁業公司發明了6063合金及7075合金，開創了高強度鋁合金的新紀元。

1965年美國鋁業公司又發明了A356鑄造鋁合金，這是經典鑄造鋁合金。

隨著對鋁合金材料方面的研究深入，高強鋁合金(2000、7000系列)以其優異的綜合性能在商用飛機上的使用量已經達到其結構質量的80%以上，因此得到全球航空工業界的普遍重視。鋁合金開始逐漸應用於生活，軍事，科技方面。

鋁合金具有密度低、力學性能佳、加工性能好、無毒、易回收、導電性、傳熱性及抗腐蝕性能優良等特點，在船用行業、化工行業、航空航天、金屬包裝、交通運輸等領域廣泛使用。

鋁合金是製造飛機用的主要材料。鋁合金與製造汽車用的軟鋼比較起來，價格貴、密度小，相對密度為2.8，與軟鋼相對密度7.8比較，約輕三分之一，儘管強度相差不多，但對飛機來說，材料輕是最主要的，而且耐腐蝕性較強，加工也方便，故鋁合金是製造飛機最理想的材料。

鋁及鋁合金在造船工業中應用越來越廣，小到汽艇大到萬噸油輪，從海上氣墊船到海下潛艇，從民用到軍工，從捕魚船到海洋開採船，均使用綜合性能優良的鋁合金生產船舶外殼、支架結構、配套設施、管道等。

鋁合金應用於船用行業，可以使船的整體質量減重，有利用船舶行駛速度的提升，並能抵抗海水對船舶的腐蝕。在船用行業應用的鋁合金主要是鋁銅合金、鋁鎂合金和鋁硅合金。鋁銅合金在我國及俄羅斯船舶中使用廣泛，但其耐海水腐蝕性能差，阻礙了其在船舶行業中的發展。鋁鎂合金主要用於船體外殼、水泵導管、泵殼體及機座支架等，牌號有5083、5086、5456、5466等。鋁硅合金結構強度適中，流動性好，充型能力強，易於生產緻密度較高、結構複雜的零部件，如高壓閥件、氣缸體、泵、減速箱外殼、渦輪葉片等。

鋁具有良好的導熱性，鋁及鋁合金廣泛用於生產化工設備中換熱設備、抗濃硝酸腐蝕的貯槽、吸附過濾器、分餾塔、管道及許多內襯等。鑄造鋁合金的流動性好，充型能力強，收縮率小，不易形成裂紋，抗腐蝕性能好（其表面可形成三氧化二鋁、二氧化硅保護膜），質量輕，力學性能好優良，大量用於製造結構複雜的抗腐蝕零部件，如汽缸、管件、閥門、泵、活塞等。鋁在化工生產中有許多特殊的用途。鋁不產生火花，鋁合金可生產盛裝容易揮發性物質的容器；鋁無毒性，不會造成食物變質，不影響商品的外觀，不腐蝕商品，因此，鋁合金廣泛用於製作食品化工工業中相關設備。

鋁合金可用於金屬包裝，其具有以下優良特點：力學性能好，質輕抗壓強度高，經久耐用，便於儲存和運輸商品；阻隔性能好，可阻擋陽光、氧氣和潮濕的環境對物品的破壞，可延長物品的保質期；質地好、有美感，鋁合金用作包裝有獨特的金屬光澤，觸摸感好、美觀，提升商品品質；無毒易回收，可循環利用，節約資源，減少環境污染。鋁合金被廣泛用於啤酒、飲料及其他食品罐，多為衝壓拉延成型結構。鋁箔器皿美觀、質輕、傳熱性好，用於快餐食品的包裝，具有保鮮、保味、無毒的功效，被越來越多的食品行業使用。鋁合金金屬軟管可擠壓變形，內裝物擠壓即可使用，簡單方便，常用於膏狀化妝品包裝。

鋁合金的比強度高、質量輕、流動性好、充型能力強、耐蝕性好、熔點低，廣泛用於拖拉機、機車零部件、電子產品、醫療器械、建築裝飾等行業。鋁合金有優良的延展性，在日用品行業及食品行業得到大量使用。在輸送電力領域，鋁合金製作的導線成本低、質量輕、抗腐蝕性能好、傳熱及易導電、抗磨，因而越來越受到人們的重視。在輸電領域，鋁合金的使用量最大，高達90%的高壓導線材料是鋁製品[10]。鋁硅合金可作為良好的脫氧劑，減少鋼產生皮下氣泡的敏感性，鍊鋼脫氧提高鋼的品質，鋁硅合金市場用量大，全國每年需求量達百萬噸。