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铝及铝型材铝合金新产品、新工艺技术的发展方向

作者: 时间:2019-04-151227 次浏览

 

  一、铝合金熔铸技术新进展 
    近年来,铝(Al)合金熔铸设备的发展趋向大型、高效自动化,熔炼炉普遍采用顶开盖圆形炉代替矩形炉,缩短了炉料加料时间,减轻了装料劳动强度,改善了炉料在炉内分布的均匀性,并多采用大容量熔炼炉和静置炉。铝支架商品常制成棒状、片状、箔状、粉状、带状和丝状。在潮湿空气中能形成一层防止金属腐蚀的氧化膜。铝粉在空气中加热能猛烈燃烧,并发出眩目的白色火焰。熔炼炉的更大改进在燃烧系统:一方面采用中、高速烧嘴(燃速30~300m/s),另一方面普遍采用余热回收装置-换热器,回收一部分余热,预热助燃空气。
    具体一些新技术如下:
   
  (一)熔体净化技术:该技术的发展主要是在线处理技术的广泛应用的溶体在线处理系统就是除气、除渣手段在熔体供流过程中的综合应用,下面举几例说明:
    美国凯撒铝业公司:静置炉→(Al-Ti-B)→SNIF→过滤板→玻皮过滤→铸造。
    澳大利亚:Lomalce静置炉→(Al-Ti-B)→玻皮过滤→Alpur→玻布过滤→过滤板→铸造。
    中国西南铝加工厂:静置炉→(Al-Ti-B)→DAC预处理→MINT→玻皮过滤→铸造。
   
  (二)熔体(melt)测氢技术:的熔体能较可靠地掌握到熔体中的氢含量,目前世界上更的铝熔体测氢仪仍是Alcoa TelegasⅡ仪器、加拿大(Canada)ALSCN仪器、日本往友金属公司SLM仪器,但此三种仪器存在陶瓷探头易断,探头价格昂贵的弊病,西南铝业加工厂开发的ELH-Ⅲ型测氢仪及其在此基础上完成了改进的HAD测氢仪。
   
  (三)铸造技术:铝及铝合金半连续铸造更技术是电磁铸造,可调结晶器的发展也是铸造技术发展的一个新趋势。
   
  (四)晶粒细化处理技术:主要采用Al-Ti二元合金和Al-Ti-B三元中间合金作为晶粒细化剂使用。
   
  (五)铸锭技术进步。(1)电磁铸造;(2)气滑法;(3)同水平铸造;(4)气体加压热顶铸造法;(5)CO2冷却法;(6)胶囊刮水;(7)电磁搅拌。

  二、轧制技术新进展
    轧制技术新进展如下:
   
  (一)板凸度、板形控制技术参见表1。
表1  主要的板凸度、板形控制(control)新技术名 称原理及特点HC轧机(六辊)VC轧辊TP轧辊CVC轧机 中间辊移动,增大工作辊的弯辊效果,提高凸度控制效果 用油压调整支承辊,增大工作辊的变形及弯辊效果,进行凸度控制 通过带锥度活塞(piston)的挤压量,改变支承辊的凸度,提高弯辊效果,实施凸度控制 左右移动被研磨成特殊的S形曲线(Curve)的工作辊,进行凸度控制
   
  (二)高速轧制技术:随着板材的薄板(性质:宝石学术语)化以及带卷的大型化,为确保提高生产率,积极推进冷轧机的高速化,轧制造度现已达2000m/min。
   
  (三)连续轧制技术:就铝连铸工艺而言有两种:(1)连铸连轧法;(2)连铸法。
   
  三、挤压技术新进展
    目前,挤压新技术主要仍是反向挤压、等温挤压和Conform连续(Continuity)挤压以及Castex连续挤铸技术。汽车铝材为了促进铝的消费,许多成立了铝的相关组织,并将汽车用铝的应用写入有关的政策法规。日本铝业协会还专门成立了汽车用铝委员会。随着世界汽车轻量化进程的加快,汽车市场竞争国际化日趋激烈,国产汽车要达到国外同类车水平,汽车用铝增加是必然趋势。今后铝合金的用量将随着各类汽车产量的上升而增加,必将给我国铝工业提供广阔的市场,带来发展机遇。
   
  四、铝(Al)箔生产技术进展
    铅箔生产技术进展如下:
   
  (一)轧速高,目前已超过1500m/min。
   
  (二)坯料卷大,目前已达25t卷重。
   
  (三)机械和自动化:铝材厚度自动控制(control),卷材自动传送,断带自动停车,快速换辊等。
   
  (四)新型润滑剂:目前普遍采用低闪点轻矿物油加以不同浓度高分子添加剂。
   
  五、新产品
   
  (一)泡沫铝合金
    该合金是新型建筑装饰材料,包装材,利用直接发泡法或粉末压制+高温发泡制成的泡沫铝,质轻、耐热、不燃、隔声、隔热、耐蚀、抗电磁波干扰,可用作建筑物内外隔墙、幕墙、屏蔽墙、天棚、地板及包装材料。
 (二)蜂窝结构铝合金复合板
    它是理想的外墙装饰材料,由内层为铝箔、玻璃钢或纸质蜂窝,外层为铝合金薄板复合而成的装饰板。
   
  (三)铝塑复合板、复合管
     采用可塑聚乙烯为基板,以铝箔铝板的面板和底板通过一定的工艺复合而成,并通过表面处理,使其质轻,耐腐蚀、防火、防潮、可折叠、易施工、美观高雅光泽艳丽,广泛用于建筑墙面、柱面、角面装修饰品、装模;铝塑复合管主要用于工业建筑水管、煤气管。
   
  (四)铝(Al)空气电池
    作为电动汽车(理想交通工具)候选电源之一的铝-空气电池(极板材料),美国电技术公司已在小汽车上进行了成功试用。
   
  (五)汽车用铝
    据美国铝业协会调查,到2005年,全球汽车耗铝量将达1000万t,是目前的3倍。
   
  (六)超塑性铝合金(alloy)
    超塑性铝合金于20世纪60年代初研究,主要是一些共晶铝合金或共析铝合金,目前已开发出的工业用、具有优良耐腐蚀性的超塑性铝合金正引起人们重视。铝梯安全导轨超宽壁厚3mm,承受600kg集中载荷无变形,非对称前舱防止误操作。
   
  (七)铝-锂合金
    Al-Li合金在宇航工业中达到减轻结构重量的功用,开辟了宇航工业新的合金系,该合金主要成分参见表2。
表2  铝-锂合金(alloy)的成分   
(%)合 金类 型国 家平 均 成 分LiCuMgZn其他123020201420142114502090144080902091----铸锭冶金铸锭冶金铸锭冶金铸锭冶金铸锭冶金铸锭冶金铸锭冶金铸锭冶金粉末冶金粉末冶金粉末冶金粉末冶金 原苏联美 国原苏联原苏联原苏联美 国原苏联美 国法 国原苏联原苏联原苏联 1.21.22.12.12.02.32.42.52.03.53.2--5.24.5--3.02.71.61.32.2-2.1----5.55.2-0.250.90.81.55.5-----0.120.120.110.120.150.120.100.100.20--M
  N、CdM
  N、Cd-Se-------BBe (八)易拉罐坯料
    3004、5082、5042铝合金的特薄带材。
   
  1、铝合金(熔点660℃)功能摸技术
    铝合金(熔点660℃)功能膜技术有:
    
  (1)计算机磁盘膜片:2太阳能热水器的光/热转换膜;(3)电/色转换膜;(4)绝缘膜;(5)耐磨润滑膜;
(6)反光镜膜。
   
  2、铝镁合金基电子器件封装复合材料
    由于铝镁合金基复合材料密度小,可使器件质量大幅下降(descend),导热率比铁镍合金大,线膨胀系数小,而且是可控的,抗腐蚀性强,有很大应用前途。
   
  3、电子仪器用铝(Al)的开发
    电子仪器设备用铝开发如下:
   
  (1)磁盘基板是安装了磁膜的基盘,目前已实用化,表3列出了磁盘用基板的铝合金成分,使用了高纯铝锭作基体及采用了最严格处理的Al-Mg合金。
表3  磁盘基板用铝合金化学成分  
(质量分数/%)合 金FeSiCuMgMnCrTiAl用途AA5086NIM5086NIMM4MNLMS磁盘外壳c3M0.400.08-0.0040.500.05<0.060.0050.100.030.10~0.020.0013.50~4.503.50~4.503.70~4.703.70~4.700.20~0.700.20~0.30--0.05~0.250.05~0.10--0.150.03--其余其余其余其余 通用镀Ni+P阳极氧化喷镀
   
  (2)感光磁鼓。电子照片式复印机和激光印刷机的感光鼓支承体用铝合金管,铝磁鼓加工方法及其所用合金参见表4。
   
  (3)包铜箔的铝压层板:包铜箔铝压层板及加工成的印刷线板具有散热快、加工性和电子屏蔽效果等特性。
   
  4、电工铝材
    铝用作导体始于1876年,欧美发达1995年以后将铝用作配电线,我国电工部门用铝量约占全国铝消耗量的1/3,由此可知,发展电工铝材,大量提倡以铝代铜具有很大经济价值。
 5、通信工程用铝材
    目前,车辆用的电子通讯设备(shèbèi),例如车用收音机、电话机、计算机和无线(wireless)电收发机等需求量进一步增加,为减轻车体质量、节约能源和便于高速化,必然大量使用轻质铝合金(alloy)材料,铝材在通讯方面的典型应用如下:
表4  铝磁鼓加工方法感光体名称磁鼓尺寸铝磁鼓加工方法a-SiΦ80~120,t4~5.5合 金加工工序OPCΦ30~80,t0.6~1.5高纯基体合金S3MM4M3F036763挤压-拉拔-车削(粗车-镜面)  5805105030036763挤压-拉拔-变薄拉伸-车削5805300310701050挤压棒、板-型芯冲压-变薄拉伸-车削105011003004板-冲压-深拉伸-冷锻-变薄拉伸SeCdsΦ75~250,t1.2~630036063挤压(芯轴、孔)拉拔车削
   
  (1)天线:大多数通讯卫星、飞机导航的天线是LD31合金挤压型材与LF2合金板材制造的,主要原因是这两种合金抗蚀性好,导电性好,具有中等强度(strength)。通讯装备是今后迅速发展的产业领域,铝材在这些方面的用铝量将会越来越多。
   
  (2)波导管:电视广播和飞机均匀微带电波,需用波导管,通常制成矩形截面管,波导管需要良好的导电性、耐蚀性、切削性、焊接性和尺寸精度。可用L2、LF21与LD31合金(alloy)挤压,并进行铬酸阳极氧化处理或涂防蚀材料。
    波导管生产工艺(production engineering)流程如下:机械加工→脱脂处理→腐蚀→去污→电镀锌酸盐→电镀电解铜→电镀焦磷酸铜→电镀表面保护金属→组合安装→调整。
   
  (3)光学多面体:光学多面体首先用在激光印刷机上,后来又用于计测及图像处理等方面,通常采用8、10、12面铝合金旋转多面体镜,作为光学多面体超精密车削材料,已研制成高统一计划的Al-Mg合金。
   
  (4)电容器:铝的箔材、薄板(性质:宝石学术语)与线材用于电解容器、纸质电容器以及有机薄膜电容器工业,这些铝制电容器广泛用于各种家用电器、音响设备、磁带、录像机、照明器具。电子乐器、光学仪器、通讯器材、办公用品、汽车和自控领域。
6、汽车车辆用铝材的发展
    世界高速工业化进程加速了能源危机,汽车工业为了减少汽油消耗,提出了汽车轻量化方案,于是汽车用铝材以及汽车工业以铝代铜方案日趋成熟,另外,从提高汽车行驶性能、乘客的舒适性和安全性来看,汽车铝化是必然趋势,由于铝材是汽车轻量化的理想材料,因此,汽车铝化成为世界性的课题。
    为了大幅度减轻车重,人们研究的焦点集中在占车重比例大的车身(约30%)、发动机(约18%)、传动系(约15%)、行走系(约16%)、车轮(约5%)等钢铁零部件的铝化上。
   
  7、铁道车辆用铝
    随着科技进步和经济发展,对铁道车辆提出了高速化,大型化、轻量化的要求,也为铝合金发展创造了条件。在铁道车辆中,铝合金主要用作车体结构,在铝合金车体中,型材约占总量的70%,板材约占27%,铸锻件占3%左右。铝合金构件在地铁车辆上也获得了广泛的应用,不少都使用了半铝或全铝车体,此外铝制敞篷车也得到了发展。
   
  8、铝材在包装业的应用
    铝(Al)材在包装业的应用极为广泛,饮料、香烟、食品、化妆品和医药等的包装每年都使用大量铝板和铝箔,现在世界馐业用铝量占全部铝消费量的20%,我国包装业用铝权占消费量的5%,1986年以来,每年包装业用铝6万t左右,用得较多的是易拉罐和烟草业。1995年和2000年我国包装业用铝量见表5。
表5  1995年2000年我国包装业用铝量     
(万t)品 种1995年2000年品 种1995年2000年易拉罐卷烟包装软包装药品包装4.43.80.650.156.04.40.80.23糖果包装其 他合 计 0.11.110.2 0.321.3213.07