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高端材料的不断创新,让高强度、高导热铝合金未来应用前景广阔

2022/1/14 8:54:09 人评论 次浏览 分类:国内铝业动态

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各阶段铝合金的特征性能、关键技术与特征微结构。


导热铝合金的研究现状

铝合金主要分为变形铝铸造铝两个大类,其特点各有不同。


变形铝合金: 现有的铝合金导热性能研究主要集中在变形铝合金,导热用变形铝合金主要应用于汽车、电子等领域,如铝合金散热器、取暖器、空调器等。铝质散热器相比传统的铜质或者钢质散热器,具有质量轻、耐蚀性好、使用成本低等优点,现已得到了广泛的应用。例如,目前国外汽车在散热器上的用铝比率欧洲为95%,美国为90%,日本为75%;在电脑散热器方面,铝质散热器已成为主流,取代了铜质/钢质散热器和塑料风扇。变形铝合金的缺点是难以做成复杂结构的零件。


铸造铝合金:铸造属于凝固成型,是目前用于成型复杂结构零件的最佳工艺方式。对铸造铝合金而言,为了保证合金的充型性能及力学性能等,通常必须添加较多的合金元素。铸造铝合金中的硅可提高合金流动性,但随着硅含量的提高,热导率随之下降。这主要是因为,硅在α-Al 基体中的固溶度增大,加剧晶格畸变的程度,且随着硅含量的进一步增加,组织中的共晶硅数量增加、尺寸变得粗大,这都导致自由电子散射增大,从而降低电导率和热导率。因此,高导热铸造铝合金开发的难点在于,通过合金设计和组织调控保证合金良好流动性的同时仍具有较高热导率。


在国家型号工程的支持下,中铝西南铝、北京有色金属研究总院、北京航空材料研究院、中南大学等单位组成产学研联合攻关团队,不畏艰难,大胆探索,经过近10年的研究开发和专项攻关,突破了大规格铸锭制备、强变形轧制、强韧化热处理、残余应力控制、性能均一性控制等一系列关键技术,研制出了全厚度范围的7050铝合金预拉伸超厚板,形成了质量稳定的工业化制造技术。


南南铝加工先后突破了航天用铝合金超薄板、航空用高强高韧铝合金中厚板、动车组车体及泛半导体用超宽幅板材等行业关技术难题,多项成果处于国际先水平,累计获批科硏项目8项,新増专利申请35件授权专利32件,参与制定国家和行业标准10项。去年9月,南南铝加工热轧制造中心在已轧制出4040mm半导体用超宽板材的基础上再次突破设备极限,成功轧制出4090mm超宽幅航空航天用超宽板材。


南山铝业拥有国家级技术中心航空材料研究院、国家认可实验室、博士后工作站等一流研发机构以及国内铝加工行业唯一的“国家铝合金压力加工工程技术研究中心”。


南山铝业在高端、高附加值的航空、汽车用铝材料方面已经实现批量供货,订单持续增长,实现了航空、汽车用铝合金材料关键技术的突破和材料的完全自主供应。旗下的南山航空材料产业园已建成航空航天用精密锻件、超大规格特种铝合金材料等高端铝材加工制造项目16个。该产业园全部建成后,将成为世界最大的航空航天、新能源汽车用铝合金材料加工制造基地。


高端铝合金材料制备与加工系列技术,解决材料纯洁化,大规格化,组织细化、均匀化及亚稳化,织构强化及其平衡调控的多项共性关键工程生产技术难题,提升了材料的强韧性,淬透性,耐蚀性,损伤容限性,抗疲劳,抗冲击以及耐热等多种服役性能和材料的综合性能。

导读:我国是铝合金材料生产和消费大国,铝合金材料在交通、海洋、空天等领域具有广泛应用,尤其在汽车、飞机、航天、舰船等领域的一些轻量化关键部件上,铝合金材料具有不可替代性。而国内绝大部分铝合金材料属于中低端产品,生产能耗高、效率低、成本高、附加值低,恶性竞争的情况难以得到改变,且部分高端产品仍需从国外高价购买,这无疑阻碍了我国制造业升级的步伐。我国虽在通信、高铁等领域具有显著优势,但随着国际形势错综复杂地变化,关键材料领域被卡脖子的风险日渐突出,自主创新迫在眉睫。在新的产业形势下,发展高端铝合金材料绿色化、智能化的制备与加工技术对支撑我国关键制造业的可持续优质发展具有重大战略意义。图片


本文主要介绍国内外铝合金材料发展及研究现状,分析常用铝合金系的市场需求,总结目前我国在此领域遇到的问题以及未来发展目标,并给出相应的发展对策,以促进相关产业的升级和进步。


高强铝合金主要以航空需求为背景不断发展,百年铝材百年航空,铝合金满足了不同时代飞机和尖端装备的发展要求。随着飞机设计思想的不断创新,先进飞机的制造对铝合金提出了越来越高的要求,特别是现代飞机的轻量化、宽敞化、舒适化、长寿命、高可靠和低成本的发展需求,推动了高强铝合金的发展。按照铝合金的成分−工艺−组织−性能特征,可将航空铝合金的发展历程大体划分为5个阶段,即第一代高静强度铝合金,第二代高强耐蚀铝合金,第三代高强高韧耐蚀铝合金,第四代高耐损伤铝合金,以及第五代高强高韧低密度、低淬火敏感性铝合金。

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导热铝合金的研究现状

铝合金主要分为变形铝铸造铝两个大类,其特点各有不同。


变形铝合金: 现有的铝合金导热性能研究主要集中在变形铝合金,导热用变形铝合金主要应用于汽车、电子等领域,如铝合金散热器、取暖器、空调器等。铝质散热器相比传统的铜质或者钢质散热器,具有质量轻、耐蚀性好、使用成本低等优点,现已得到了广泛的应用。例如,目前国外汽车在散热器上的用铝比率欧洲为95%,美国为90%,日本为75%;在电脑散热器方面,铝质散热器已成为主流,取代了铜质/钢质散热器和塑料风扇。变形铝合金的缺点是难以做成复杂结构的零件。


铸造铝合金:铸造属于凝固成型,是目前用于成型复杂结构零件的最佳工艺方式。对铸造铝合金而言,为了保证合金的充型性能及力学性能等,通常必须添加较多的合金元素。铸造铝合金中的硅可提高合金流动性,但随着硅含量的提高,热导率随之下降。这主要是因为,硅在α-Al 基体中的固溶度增大,加剧晶格畸变的程度,且随着硅含量的进一步增加,组织中的共晶硅数量增加、尺寸变得粗大,这都导致自由电子散射增大,从而降低电导率和热导率。因此,高导热铸造铝合金开发的难点在于,通过合金设计和组织调控保证合金良好流动性的同时仍具有较高热导率。


在国家型号工程的支持下,中铝西南铝、北京有色金属研究总院、北京航空材料研究院、中南大学等单位组成产学研联合攻关团队,不畏艰难,大胆探索,经过近10年的研究开发和专项攻关,突破了大规格铸锭制备、强变形轧制、强韧化热处理、残余应力控制、性能均一性控制等一系列关键技术,研制出了全厚度范围的7050铝合金预拉伸超厚板,形成了质量稳定的工业化制造技术。


南南铝加工先后突破了航天用铝合金超薄板、航空用高强高韧铝合金中厚板、动车组车体及泛半导体用超宽幅板材等行业关技术难题,多项成果处于国际先水平,累计获批科硏项目8项,新増专利申请35件授权专利32件,参与制定国家和行业标准10项。去年9月,南南铝加工热轧制造中心在已轧制出4040mm半导体用超宽板材的基础上再次突破设备极限,成功轧制出4090mm超宽幅航空航天用超宽板材。


南山铝业拥有国家级技术中心航空材料研究院、国家认可实验室、博士后工作站等一流研发机构以及国内铝加工行业唯一的“国家铝合金压力加工工程技术研究中心”。


南山铝业在高端、高附加值的航空、汽车用铝材料方面已经实现批量供货,订单持续增长,实现了航空、汽车用铝合金材料关键技术的突破和材料的完全自主供应。旗下的南山航空材料产业园已建成航空航天用精密锻件、超大规格特种铝合金材料等高端铝材加工制造项目16个。该产业园全部建成后,将成为世界最大的航空航天、新能源汽车用铝合金材料加工制造基地。


高端铝合金材料制备与加工系列技术,解决材料纯洁化,大规格化,组织细化、均匀化及亚稳化,织构强化及其平衡调控的多项共性关键工程生产技术难题,提升了材料的强韧性,淬透性,耐蚀性,损伤容限性,抗疲劳,抗冲击以及耐热等多种服役性能和材料的综合性能。

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