铝及铝合金材料论文.doc

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1、2.1铝的简介铝是自然界中分布最广的金属元素，地壳中铝占地壳总量的8.8%（重量），仅次于氧和硅。铝通常以复杂的硅酸盐形态存在，铝元素在地壳中的含量居金属首位。据报道，地球上的某些石英矿脉中以及月球土壤中含有少量自然铝。已知的含铝矿物有250多种，其中最常见的是铝硅酸盐类。相对于其他金属，铝的发现比较晚。铝的发展历史至今也不过200年。1825年丹麦化学家汉斯·奥斯特成功用钾从氯化铝中还原出铝：1906年德国A.维尔姆发明硬铝合金，20世纪初开始规模生产铝及铝合金，并应用于日常生活用品和交通运输等工业部门。自从电解炼铝法问世以来，铝的生产量和消费量大约以平均每10年增长1

2、倍的规模发展。2.1.1铝的原子结构铝原子核内有13个质子，则铝原子的结构示意图中，核外应有13个电子，最外层电子数为3，核外有3个电子层。2.1.2铝材的性能①物理性能铝是一种轻金属，具有银白色的金属光泽。主要特性是轻，相对密度只有钢铁的1/3。某些合金的机械强度甚至超过结构钢。因此，铝合金具有很大的强度-重量比。铝在低温下的强度特性引人注目，它的强度随温度降低而增大。即使温度降低到-198℃铝并不变脆。铝是一种优良的导电材料。铝的导电能力虽然只有铜的60%~70%，但是按重量计算，铝能够更好地导电。以传导等量电流而论，铝的导电截面积大约是铜的1.6倍，然而铝的重量只有

3、铜的50%。换言之，铝可节省用量。况且铝的价格远低于铜。故用铝代铜做导电材料可以节省投资费用。铝具有良好的导热性能。铝的热导率大约是不锈钢的10倍。铝还具有良好的光和热的反射能力。铝没有磁性它不会产生附加的磁场，在精密仪器中不会起干扰作用。铝易于加工，可压成薄板或铝箔，或拉成铝线，挤压成各种异形的材料。铝的电阻率，在温度50K以下时，低于高纯度的铜和银。铝在1.2K以下成为超导体。在100K以下，铝的电阻率对其纯度很敏感。利用这种特性，可从室温下电阻率对液氦沸点时电阻率来测定铝的纯度。对于99.999%铝，电阻率比值可达到30000以上。氧化薄膜又使铝不易被腐蚀。铝能够与

4、稀的强酸（如稀盐酸，稀硫酸等）进行反应。②化学性能虽然铝是一种非常活泼的常用金属，它在一般的氧化环境中却是很稳定的。这是因为暴露在氧气、水和其他氧化剂的新鲜铝表面上生成一薄层连续的氧化铝膜，它具有很大的稳定性。铝与酸生成氢气和相应的铝盐，但要将其氧化膜去掉或快速摩擦后放入酸液中。与一般的金属不同的是，它也可以和强碱进行反应，形成四羟基合铝酸盐和氢气。因此认为铝是两性金属。在常温下，铝在浓硝酸和浓硫酸中被钝化，不与它们反应，所以浓硝酸是用铝罐运输的。2.1.3铝材生产及应用①铝的生产铝锭的生产是由铝土矿开采、氧化铝生产、铝的电解等生产环节所构成。在经济和技术的推动下，目前全

5、球铝工业已经形成了一个完整的产业系统：铝土矿——氧化铝——电解铝——铝加工——铝应用——再生铝②铝的应用概述铝是第二大金属，产量和用量仅次于钢铁。铝的密度小，导电、导热和反光性能良好，铝有良好的抗腐蚀性能，铝和多种铝合金有很好的延展性，可以进行各种塑性加工，铝有熔点低、铸造性能好等特性。中国铝的消费市场简介如下：（1）轻工业（2）电气行业（3）机械制造业（4）电子行业（5）汽车行业（6）冶金行业（8）包装材料（7）建筑行业（9）其他行业2.2铝合金概述2.2.1铝合金简介以铝为基的合金总称。对铝进行合金化，铝合金保持了纯铝的基本物化性能。如相对密度小、导电、导热、耐蚀性好

6、等，且强度有了大幅度上升。纯铝的密度小（ρ=2.7g/cm3），大约是铁的1/3，熔点低（660℃），铝是面心立方结构，故具有很高的塑性，易于加工，可制成各种型材、板材。抗腐蚀性能好；但是纯铝的强度很低，不宜作结构材料。通过长期的生产实践和科学实验，人们常加入的主要合金元素有铜、镁、硅、锌、锰、锂，辅加的微量元素有钛、钒、硼、镍、铬、稀土金属等，杂质元素有铁等合金元素及运用热处理等方法来强化铝，这就得到了一系列的铝合金。添加一定元素形成的合金在保持纯铝质轻等优点的同时还能具有较高的强度。这样使得其胜过很多合金钢，成为理想的结构材料，广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航

7、空工业等方面，飞机的机身、蒙皮、压气机等常以铝合金制造，以减轻自重。采用铝合金代替钢板材料的焊接，结构重量可减轻50%以上.不同的合金元素在铝合金中形成不同的合金相，起着不同的作用。主要合金元素在铝中的极限溶解度w铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，铝合金冷变形和热处理后，抗拉强度可达500-600Mpa，相当于低合金钢，广泛应用于结构材料，使用量仅次于钢。在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对