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铝合金强化技术的研究现状及展望
摘要：
综述了目前铝合金强化技术的研究现状和进展。简述了旋涡搅拌
铸造法、压力铸造法、喷射铸造
法、熔铸直接接触反应法、细晶强化法等几种铝合金强化
技术工艺。简介了国内外铝合金强化技术的发展
概况以及铝合金强化技术的应用，同时展
望了铝合金材料的发展。
关键词
：
铝合金；强化技术；漩涡搅拌铸造法；细晶强化法
Study Reality and Prospect of Aluminum
Alloy Reinforcing Technology
Abstract:
Recent research and
prospect of aluminum alloy reinforcing technology
are discussed. Several aluminum
alloy
reinforcing
technical
processes
are
described,
including
vortex
stirring
casting
method,
pressure
casting
method, injection molding method,
direct contact reaction casting method, grain
refining reinforcing method, and
so on.
The development situation and application of
aluminum alloy reinforcing technology at home and
abroad
are introduced, the aluminum
alloy material prospects for development are
forecasted.
Keywords:
aluminum
alloy,
reinforce
technology,
vortex
stirring
casting
method,
grain
refining
reinforcing
method
0
引言
铝及其合金密度小，耐腐蚀，
有一定强度，塑性好，可加工成板、箔、管、棒、型、线、粉和锻
件等，容易进行表面处
理，因而广泛用于建筑业、容器包装业、交通运输业、电气电子工业、机械制
造业、
航空航天和石油化工等各工业部门及人们日常生活之中。
其用量之多
，
范围之广，
仅次于钢铁，
是第二大金
属。铝材的应用发展很快，
1980
年世界铝消费量为
1532.6
万
t
，其
中铝材约为
1056.5
万
t
，
1989
年铝消费量增加到
< br>1805.7
万
t
，
1996
年为
2400.1
万
t
，
2003
年为
3210.5
万
t
，即比
1980
年增长
2
倍以上，其中铝材估计为
1250
万<
/p>
t
。近
10
多年
来，我国铝加工工业迅速发展，铝加工厂纷
纷引进国外先进技术和设备，努力开发铝材新
品种、扩大铝材新用途、发展铝材深加工，使我国铝材
的应用领域发生了巨大的变化，使
用量迅猛增长。在
20
世纪
80
年代以前，我国铝材主要用于航空、
军工、机械和电力等工业部门；进
入
80
年代以后，我国建筑铝型材、容器薄板和包装铝箱剧增，
铝材
的应用扩展到各行各业，铝加工厂的铝材深加工也有很大发展。
1980
年我国铝消费量约为
5209
万
t
，
其中铝材约
2907
万
t
，
1992
年铝消费量继续攀升。
近年来，
随着航空航天等工业的发展，
极大地推动
了铝合金
的研究和应用，特别是颗粒增强铝合金材料由于具有优良的力学性能和加工性能而备受人们
的关注。尽管铝合金得到了广泛应用并且发展迅猛，但其基础理论的研究仍相对薄弱，如增强机制的
研究。
本文综述了目前铝合金强化技术的研究现
状和进展，分别阐述了铝合金的几种强化技术，重点介
绍了细晶强化及其增强机理。简述
了几种铝合金强化技术工艺，包括旋涡搅拌铸造法、压力铸造法、
喷射铸造法、熔铸直接
接触反应法、细晶强化法等。简介了国内外铝合金强化技术的发展概况以及铝
合金强化技
术的应用，同时展望了铝合金材料的发展，希望对进一步开发铝合金能起一定指导作用。
1
铝合金强化技术
1.1
旋涡搅拌铸造法
德国汉诺威激光中心实验室针对不同脉宽的激光器加工质量做了对比，
通过加
工大量半导体材料，
分析了脉宽对加工质量的影响。实现了使用飞秒、皮秒、纳秒激光在
硅片上打孔，如图
1
所示。结果
说明脉
宽越小，越接近冷加工，加工质量越好。
自从熔铸法引入颗粒
、晶须或短纤维增强铝合金以来，旋涡搅拌铸造法就一直受到人们的重视，
其突出的优点
是对设备要求低、工艺简单、易于实现。在石墨颗粒增强、
SiC
颗粒增强或
Al
2
O
3
颗粒增
强铝合金的制备中得到了成功运用。
为了消除颗粒在熔体中的偏析以及避免熔体激烈翻腾而大量吸入气体，
可采用半固态下加入增强
物的工艺规范，
即先将熔铝温度升高到
750
℃，
使铝熔化后，
降温至固相线与液相线之间，
搅拌熔体，
并加入增强
物。增强物的加入会使熔体的粘度增大，故随粘度的增大再适当升高温度。待增强物加完
后，再升温至
750~800
℃，短时间急速搅拌，使颗粒均匀
地分布在熔体中，浇铸成型。旋涡铸造过程
中产生的吸气、疏松与缩孔，可以通过后续除
气、热挤、热轧等工艺来提高复合材料铸锭的致密度和
力学性能。
SiC
颗粒增强
Al-1%Mg<
/p>
合金的制造过程是将铝锭清洗后放入增强相
（低碳钢质）
，
400
℃预热
2h<
/p>
后，
在保护气氛中升温至
700
℃左右，将铝熔化，再投入镁块，高速搅拌熔体使之形成高速流动的旋涡。
在旋涡中心投入
SiC
颗粒，直至
S
iC
颗粒的加入量达到
12%~20%
（质量分数）
。加完颗粒后继续搅拌
10~20min
，把搅拌后具有良好流动性的混合熔体迅速倒入通水激冷的铸模。搅拌速度为
950r/min
，熔
体温度为
7
30
℃左右，其工艺过程如图
1
所示。
图
1
漩涡搅拌铸造法示意图
1.2
压力铸造法
压力铸造法是制备非连续
增强铝合金材料的主要工艺，
近年来得到了很快发展，
在颗粒、
晶须或短
纤维增强的实用铝合金材料的制备中应用最多，且最为
成功。因此，压力铸造法被认为是适合大规模
生产铝合金材料特别是非连续增强铝合金的
主要工艺之一。压力铸造法制备颗粒、晶须或短纤维增强
铝合金的基本过程是首先把颗粒
与晶须或短纤维制成预制块，再使铝或铝合金液在压力作用下渗入到
预制块内，制备成复
合材料。
碳化硅晶须增强铸铝合金（
ZL109
）的压力铸造工艺过程是首先把市售商品的
SiC<
/p>
晶须进行过滤，
然后在一定压力下使其成型，制备成具有不同体积
分数的预制块。把压铸模与预制块分别预热（晶须
预制块的预热温度为
< br>973K
、模具的预热温度为
573K
< br>）后，往模具中浇入温度为
1033K
的铝合金熔体，<
/p>
在
12MPa
的压力下保压
1min
，
使液态金属在压力作用下渗入到碳化硅晶
须预制块中，
并充满整个预制
块空间，最后凝固成复合材料，其
工艺过程如图
2
所示。
压力铸造法最早是用于制备纤维增强复合材料，后来逐步发展到用于制备颗粒与晶须或短纤维混
合增强材料。纯颗粒增强复合材料用预制块再压铸来制备，工艺难度相对较大，主要是制备颗粒
或粉
末的预制块比较困难，其强度不高，预制块在压渗过程中易崩塌，而且金属熔体不易
充分地渗入到颗
粒或粉末预制块内。最近的研究表明，通过增大压力的方法（比金属熔体
渗透纤维或晶须预制块时所
使用的压力大
5~10
倍）
，可以实现熔铝在粉末或颗粒预制块中的渗透。
图
2
压铸过程及设备示意图
1.3
喷射铸造法、快速凝固法和接触反应法
压力铸造法是制备非连续增强铝合金材料的主要工艺，
近年来得到了很快发展，
在颗粒、
晶须或短
纤维增强的实用铝合金材料
的制备中应用最多，且最为成功。因此，压力铸造法被认为是适合大规模
生产铝合金材料
特别是非连续增强铝合金的主要工艺之一。压力铸造法制备颗粒、晶须或短纤维增强
铝合
金的基本过程是首先把颗粒与晶须或短纤维制成预制块，再使铝或铝合金液在压力作用下渗入到
< br>预制块内，制备成复合材料。
喷射铸造法或共喷射铸造
法也称喷射弥散法，
是一种在惰性气体的推动下将金属熔体与增强颗粒共
喷射来制备颗粒增强合金的方法。根据不同的工艺条件及工艺要求，可以使共喷射混合物在水冷的金
属模具内直接成型，或对共喷射物进行连续轧制，还可以在水冷盘上得到中等尺寸的板材，也
可以喷
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