铝合金材料的应用领域及加工成形技术分析

万 达

（中铝材料应用研究院有限公司，北京 102209）

铝合金材料与其他同类型单质材料相比，它在性能上有明显优势，至少不弱于其他材料，同时铝合金在体积、自重等方面更加突出，说明铝合金材料在同等体积的情况下，性能表现将更加突出。由此说明铝合金材料具有较高的应用价值，对其进行研究与分析，有助于铝合金材料的进一步发展。

1 铝合金材料优势特征

在材料应用角度上铝合金材料所具备的优势特征繁多，但其中较具代表性的为密度小、力学性能优异、耐腐蚀性强、导热性能好、可塑性突出，下文将对五大特征进行分析。

1.1 密度小

金属材料密度的大小关系到材料的强度，密度越小则强度越大，否则越小，在这层关系下铝合金作为一种合成金属材料，其密度远小于普通钢材，说明铝合金的强度更大，即铝合金的材料密度大致为2.7g/m3，而普通钢材的密度普遍为7.8/m3，可见铝合金密度大约占钢材密度的1/3。铝合金因较小密度展示出来的高强度深受不同领域喜爱，这是铝合金材料能在不同领域中受到青睐的关键因素。

1.2 力学性能优异

力学性能普遍是指力学结构的稳定性、强度大小及力的传导性，在普遍的应用中稳定性越强越好、强度越大越好、传导性越符合应用要求越好，根据该逻辑铝合金材料较于其他合成金属材料，其力学性能各指标表现非常优秀，即普通合成金属材料（以不锈钢为例）一般具有一定的脆性，因此力学结构的稳定性相对低，实际强度也有相同表现，而在这两种表现下，普通材料通常不具备良好的力学传导性，传导过程中容易出现较大的晃动率，使得传导力增大，这在某些应用领域中可能会威胁到整体结构安全，而铝合金材料在合成工艺中加入了一些强化元素，使其脆性大幅降低，因此稳定性、实际强度大幅提升，力学传导中也不会出现过大的晃动，能够稳定的实现传导，易于力学参数控制。

1.3 耐腐蚀性强

绝大部分应用领域对金属材料的耐腐蚀性都有较高要求，原因在于金属材料同样都用于外侧结构，说明材料在主体存放、运作时会与外界因素接触，而外界因素中就存在腐蚀性元素，若金属材料的耐腐蚀性不强，则代表材料在短时间内会失去应有功能，应用主体自然无法继续使用，说明此类金属材料的使用寿命不长。这一条件下，铝合金材料较于其他多数金属材料有一个特殊的功能，即当铝合金暴露在大气环境中时，其外层会形成氧化膜，氧化膜能够在较大程度上阻隔腐蚀性元素对铝合金表面的侵蚀，使得铝合金材料具有较强的耐腐蚀性，而其他多数金属材料并不具备这一功能，尤其是单质金属材料，相比之下说明铝合金材料具有耐腐蚀性上的优势。

1.4 导热性能好

在一些特殊的应用领域中对金属材料的导热性有一定要求，材料不但要具备稳定传递热能的作用，在耐热性上也要有突出表现，而铝合金材料的导热性非常优秀，在导热过程中期热能损失率很低，同时铝合金材料耐热性也比较强，这种表现与纯铝材料相比就成为了一种优势，即纯铝材料的热能损失率较高，耐热性较低，在长时间的温度作用下容易出现变形、变质问题。

1.5 可塑性突出

在不同应用领域当中金属材料必须根据应用要求来进行加工，否则将不具备适用性，而加工就非常考验材料的可塑性，若材料可塑性低，则加工范围就会受到限制，强行加工可能会导致材料损坏、报废，同时对可塑性低的材料进行加工还存在较大的难度。这一条件下，铝合金材料的可塑性就非常突出，在加工过程中基本可以做到任意弯曲，且在小幅弯曲加工中还能进行一定程度上的调整，使得加工容错率更高，可见铝合金材料具有可塑性上的优势。

2 铝合金材料应用领域

铝合金材料的优异性能表现使得此类材料具有较高的应用价值，因此被广泛应用于多个领域中，其中比较常见的有航空机械制造、电器设备制造、汽车制造、装饰、金属包装、建筑门窗、电子等，下文将对各应用领域中铝合金材料的表现进行分析。

2.1 航空机械制造

航空机械非常紧密，因此在某些部件制造当中对材料有很高的要求，如材料必须具备优异密封性、突出的耐腐蚀性等，由此对照铝合金材料的优势特征分析可知，铝合金材料全面满足航空机械某些部件的制造要求，被广泛应用于航空机械制造领域中。例如现代很多飞机在仪器仓、燃油箱部件制造中都使用了铝合金，此类材料的使用全面保障了两个部件的密封性，使得飞机仪器任意状态下都能正常运作，燃油也能稳定供给，为飞机运作稳定性、安全性提供了良好帮助，其中铝合金制造的燃油箱还体现了此类材料的耐腐蚀性，即飞机燃油本身就是一种腐蚀性物质，长期与某个物体接触会对其造成油污腐蚀，但铝合金在自身氧化膜功能下能够极大的延缓腐蚀速度，保障了燃油箱的使用寿命，同时也避免了突发性燃油箱泄露的风险[1]。

2.2 电器设备制造

铝合金材料在电器设备制造领域中同样展现出了较高的应用价值，尤其针对一些特殊电器设备，如取暖器、散热器等，此类电气设备目的在于对热能的控制，因此在运作过程中热能必然会经过材料，这时就非常考验材料的导热性能，而铝合金材料良好的导热性能就与此类电器设备运作要求相符，能够保障热能损失率处于低水准，同时还能很好的将热能传递出去。此外值得注意的是，铝合金材料在电器设备制造领域中的应用非常广泛，除了取暖器、散热器等家用设备以外，在电力工程设备中还可以应用于配电箱制造、电缆制造等方面。

2.3 汽车制造

汽车作为现代大众化的一种交通工具，它在制造生产中必须考虑汽车的安全性、舒适性等，而汽车制造时的材料对这些考虑要点的影响很大，如材料强度不足必然导致汽车安全性不足、材料力学传导性不足及自重过大必然导致汽车舒适性不足，同时自重过大还会对汽车动力造成负担，使得汽车在制造中必须提高动力，否则在行驶过程中容易出现动力不足的现象。这一条件下，根据铝合金材料的特征表现可知，此类材料强度突出、力学传导性良好、自重很轻，因此可以避免以上问题发生，被广泛应用于汽车制造领域中，如汽车车身制造等[2]。

2.4 装饰

装饰领域中可使用的材料有很多，但出于装饰要求材料在可塑性上必须有特殊表现，如颜色可塑性及着色性能、造型可塑性等。这一条件下，铝合金材料的氧化膜具有良好的着色性能表现，因此能够很好的让颜料附着在表面，说明其具有良好的颜色可塑性，同时铝合金材料中的软铝合金非常易于加工，利用器械可以根据装饰要求来构建各种造型，说明此类材料造型可塑性强，因此被广泛应用于装饰领域。

2.5 金属包装

某些产品比较特殊不能使用常规的纸质、塑料包装材料来存放，而需要使用金属材料，原因在于此类产品在高温下容易变质，或者需要冷藏，而常规包装材料的导热性不强，密封性一般，可塑性不足，因此无法使用，而金属材料在这三点上更加优秀。但值得注意的是，金属材料可能会因为某些因素而生锈，这时将影响到内部的产品，所以针对此类产品必须慎重选择金属包装材料，而铝合金不但具有其他金属材料的优势，同时其氧化膜还能避免生锈，因此被广泛应用于此类产品的金属包装中。例如现代比较常见的易拉罐饮料就是铝合金制的，且易拉罐还体现了铝合金的可塑性。

2.6 建筑门窗

建筑门窗是建筑的功能设备，两者的材料对建筑内部安全、环境质量、能源消耗等存在影响，即材料强度低则很容易被人破坏，容易引发内部安全问题；材料密封性与导热性将决定室内保温、通风情况的好坏，对建筑室内环境质量造成影响；当材料密封性与导热性良好，则建筑内部环境优秀，人们对电气设备的依赖将下降，起到节省电能的作用，否则会加大电能消耗。这一条件下，铝合金优秀强度能够避免建筑门窗处出现内部安全问题，良好的密封性与导热性可起到优化环境质量、降低能源消耗的作用，因此被广泛应用在建筑门窗领域中[3]。

2.7 电子

电子设备生产制造中必须使用到金属材料，但材料必须具备良好的导电性、耐热性、散热性，否则可能会导致设备运作异常，或者出现温度过高的现象，这都是人们不乐于看见的。而铝合金材料在导电性上就非常突出，其电阻率在各类金属材料中有明显优势，同时良好的导热性能可保障电子设备耐热性、散热性处于高水平，可见铝合金材料对电子设备是有益的，因此被广泛应用。例如现代智能手机的电池框架就是铝合金制的。

3 铝合金材料加工成形技术

铝合金材料在不同领域中有不同的作用表现，因此在各领域中要采用不同的加工成形技术来实现应用目的，具体技术大体可以分为四类，分别为轧压成形、铸造、挤压成形、3D打印，各技术应用方式见下文。

3.1 轧压成形

轧压成形技术具有两种应用形式：

（1）主要利用摩擦力将铝合金加工件带入旋转空间，随后在空间旋转过程中向加工件施加压力，促使铝合金的横断面减小而形变，最终实现成形。

（2）利用高温使铝合金软化，随后利用压力对铝合金进行塑形。两种形式中，前者加工效率更快，但无法对铝合金进行精密塑形，后者加工效率偏慢，但可以进行精密塑形[4]。

3.2 铸造

铸造技术是铝合金加工中最为常见的加工成形技术，通过该项技术能够将铝合金制成多种复杂零部件，以便于铝合金在各领域中的应用。加工中首先需要将铝合金融化，使其处于液态，其次将液态铝合金浇入零部件模具中定形，凝固后脱模就完成了成形加工，同时在凝固过程中还可以加入一些特定物质，促使铝合金凝固后有更突出的功能表现，这种方法常用于铝合金气密载体加工中。

3.3 挤压成形

挤压成形不适用于精密加工要求中，但在管状、空心、实心铝合金材料中有突出表现，能够高效率的完成加工[5]。过程中首先要配置一个挤压筒，随后将定胚铝合金放入筒中，其次利用轴承加工装置在挤压筒外向定胚施加一定压力，促使其在形状与尺寸上形变，达到一定标准后消除压力，去除定胚即可。

4 3D打印

3D打印技术是现代新出现的铝合金加工成形技术，其主要是根据铝合金加工设计图来建立3D模型，随后根据模型中的各个平面结构，通过高能激光束聚焦对铝合金金属粉末进行扫描、融化、堆叠，由此实现加工成形的印象技术。3D打印虽然新颖，但目前在铝合金加工中并不常见，原因在于该项技术尚不成熟，实际应用容易出现误差，因此要慎重选择。

5 结语

综上，本文对铝合金材料的优势特征进行了分析，树立了此类材料的基本概念，随后根据各项优势特征阐述了铝合金的应用领域，可知在各领域中铝合金的优势特征表现突出，具有较高的应用价值，最后文中分析了铝合金材料加工成形技术，通过技术加工可使铝合金满足各应用领域的要求。总体而言，铝合金材料在不同领域中起到了推动领域发展的作用，其应当得到推广。