航空航天用铝合金槽力学性能

       铝及其铝合金在大气中很易被腐蚀和氧化。通常情况下，其产品必须经过表面处理来提高使用性能。传统方法主要是采用化学氧化和直流阳极氧化处理，传统方法缺陷众多，如表面粗糙、质软、硬度低、耐磨性、抗蚀性和绝缘绝热性差等。而采用脉冲阳极氧化的铝及其铝合金产品的氧化膜结构具有均匀致密、纯度高、孔隙率低等优势。目前，脉冲阳极氧化是铝合金工业*有前途的阳极氧化方法。在工业发展中*值得关注的两个问题分别是：（1）阳极氧化参数对各种铝合金涂层的机械性能的影响；（2）降低阳极氧化设备的成本而不降低涂层性能。为了更好更快的工业应用，来自波兰的研究人员研究了脉冲阳极氧化的镀液温度以及电流密度对机械强度的影响。新研究表明，在脉冲电流对5005铝合金进行硬质阳极氧化过程中，提高镀液温度不会降低镀层的耐磨性和抗刮性等力学性能，进而有利于保持阳极氧化装置的成本效益。相关论文以题为“Mechanical properties of a pulsed anodised 5005 aluminium alloy”于2月15日发表在Surface and Coatings Technology。铝灰是一次和二次铝工业中产生的废弃物。主要有三方面的来源，一是氧化铝通过电化学法熔炼金属铝产生的铝灰，为30~50kg/t铝。二是金属铝在铸锭、多次重熔、配制合金、零部件浇铸等过程产生的铝灰，为30~40kg/t铝。以上铝灰称为一次铝灰，也称为白灰，目前大部分企业将金属铝含量较高的一次铝灰回收利用。三是指二次铝工业，即将废弃的铝制品及其加工产生的废屑，回收一次铝灰过程产生的废弃物等，称为二次铝灰，也称黑灰，目前回收率一般在75%~85%，为150~250kg/t铝。估计我国每年产生铝灰在250万t以上。一次铝灰回收金属铝的工艺技术已趋成熟，并投入工业化生产，但二次铝灰的回收或利用仍处于研究阶段，大量的铝灰渣堆积或填埋。欧洲把铝灰定为有害废弃物，主要危害为渗出性或在遇水及潮湿的空气中极易反应生成有害、有毒的气体，如氨气、甲烷、氢气等，未处理的铝灰对地下水及空气会造成污染，并占用土地。

         压铸特别适合制造大量的中小型铸件，因此压铸是各种铸造工艺中使用*广泛的一种。同其他铸造技术相比，压铸的表面更为平整，拥有更高的尺寸一致性。1、铝合金压铸件表面有流痕和花纹：铸件表面上有与金属液流动方向一致的条纹，有明显可见的与金属基体颜色不一样的无方向性的纹路，无发展趋势。2、铝合金压铸件龟裂了：铝合金压铸件表面上有网状发丝一样凸起或凹陷的痕迹，随压铸次数增加而不断扩大和延伸。3、冷隔纹：铝合金压铸件表面有明显的、不规则的、下陷线性型纹路形状细小而狭长，有时交接边缘光滑，在外力作用下有断开的可能。4、铝合金压铸件表面有凹痕：在压铸件厚大部分的表面上有平滑的凹痕。5、表面痕迹：铝合金压铸件表面与压铸模型腔表面接触所留下的痕迹或铸件表面上出现阶梯痕迹。6、铝合金压铸件有粘附物痕迹：小片状及金属或非金属与金属的基体部分熔接，在外力的作用下剥落小片状物，剥落后的铸件表面有的发亮、有的为暗灰色。7、铝合金压铸件有裂纹：将铝合金压铸件放在碱性溶液中，裂纹处呈暗灰色。金属基体的破坏与裂开呈直线或波浪线形，纹路狭小而长，在外力作用下有发展趋势。
          工业铝型材挤压温度是挤压生产过程中重要的工艺参数，为了降低金属的变形抗力，减小挤压力，需要提高工业铝型材挤压温度。但挤压温度提高到一定温度时，容易出现热脆现象，产生裂纹等缺陷。为避免这种现象，为提高挤压速度，需要降低挤压温度。这两个条件是相互矛盾的，为了既能降低变形抗力，又能采用较大的挤压速度，必须选择一个金属塑性*好的温度范围。但是工业铝型材挤压生产过程中，金属与挤压筒内衬、模具、垫片产生摩擦，以及金属本身产生变形等，会使金属的温度升高，往往会突破事先选好的挤压温度范围。实验证明：在整个挤压过程中挤压温度是逐渐升高的，挤压速度随着铸锭金属的减少而逐渐加快。因而工业铝型材产品尾端由于挤压温度的提高、挤压速度的加快而经常产生裂纹的现象。挤压过程中挤压温度的升高与工业铝型材的本性及挤压条件有关。对于工业铝型材而言，金属在模具出口处前后温度差为10-60℃之间。为了使工业铝型材挤压生产过程中挤压温度恒定在金属塑性*好的温度范围内，*好实行等温挤压。这是多年来工程技术人员探索的新工艺。要实现等温挤压需要具备很多条件，在挤压过程中各个环节都能自动调节，如铸锭温度、挤压筒温度都能梯度加热，模具进行冷却且可以调节温度，挤压速度能自动变化或采用等速挤压。另外更换模具后，由于挤压系数改变，上述各项条件也能做相应调整。可见要实现工业铝型材等温挤压是个很复杂的工艺。目前多采用对铸锭进行梯度加热的方法，做到近似等温挤压，也可以大大提高挤压速度和改善产品品质。随着电脑和数字化编程技术在工业上应用的逐步深入发展，现代挤压机也随之更新换代，配备有FI控制的等速挤压和TIPS控制的等温挤压。操作者只要选择按钮，依靠设备的自动化编程技术就可以获得所需要的等速挤压或等温挤压。

             杂质元素的影响-钒在铝合金中构成VAl11难熔化合物，在熔铸进程中起细化晶粒效果，但比钛和锆的效果小。钒也有细化再结晶安排、进步再结晶温度的效果。钙在铝合金中固溶度极低，与铝构成CaAl4化合物，钙又是铝合金的超塑性元素，大概5%钙和5%锰的铝合金具有超塑性。钙和硅构成CaSi，不溶于铝，因为减小了硅的固溶量，可略进步工业纯铝的导电功能。钙能改进铝合金切削功能。CaSi2不能使铝合金热处理强化。量钙有利于去掉铝液中的氢。铅、锡、铋元素是低熔点金属，它们在铝中固溶度不大，略下降合金强度，但能改进切削功能。铋在凝结进程中胀大，对补缩有利。高镁合金中参加铋可避免钠脆。锑首要用作锻造铝合金中的蜕变剂，变形铝合金很少运用。仅在Al-Mg变形铝合金中替代铋避免钠脆。锑元素参加某些Al-Zn-Mg-Cu系合金中，改进热压与冷压工艺功能。铍在变形铝合金中可改进氧化膜的构造，削减熔铸时的烧损和搀杂。铍是有毒元素，能使人发生过敏性中毒。因而，触摸食物和饮料的铝合金中不能富含铍。焊接资猜中的铍含量一般操控在8μg/ml以下。用作焊接基体的铝合金也应操控铍的含量。钠在铝中几乎不溶解，较大固溶度小于0.0025%，钠的熔点低(97.8℃),合金中存在钠时，在凝结进程中吸附在枝晶外表或晶界，热加工时，晶界上的钠构成液态吸附层，发生脆性开裂时，构成NaAlSi化合物，无游离钠存在，不发生“钠脆”。当镁含量超2%时，镁攫取硅，分出游离钠，发生“钠脆”。因此高镁铝合金不允许运用钠盐熔剂。避免“钠脆”的办法有氯化法，使钠构成NaCl排入渣中，加铋使之生成Na2Bi进入金属基体;加锑生成Na3Sb或加入稀土亦可起到一样的效果。
         铝合金零件表面变黑的原因:铝氧化加工铝合金铸造一般都是用金属型铸造，金属铝及铝合金具有很好的流动性和可塑性，但在使用过程中容易变黑，原因为：(1)工艺设计不合理。铝合金压铸件在清洗或压检后处理不当，为铝合金压铸件发霉变黑创造了条件，加速了霉变的生成。(2)仓储管理不到位。将铝合金压铸件存放在仓库不同的高度，其发霉的状况也不同。(3)铝合金的内部因素。很多铝合金压铸件厂家在压铸、机加工工序之后，不做任何清洁处理，或者简单的用水冲冲，无法做到彻底清洗干净，压铸铝表面残留有脱模剂、切削液、皂化液等腐蚀性物质以及其他污渍，这些污渍加快了铝合金压铸件长霉点变黑的速度。(4)铝合金外部环境因素。铝是活泼金属，在一定的温度和湿度条件下极易氧化变黑或发霉，这是铝本身的特性决定的。(5)选用清洗剂不得当。选用的清洗剂具有强腐蚀性，造成压铸铝腐蚀氧化。