摘要 鋁合金材料已經成為一種應用很廣泛的金屬結構材料，本文主要綜述了鋁合金材料的特點，鋁合金材料抗腐蝕效能的研究，鋁合金材料在高溫下的效能，鋁合金材料在建築上的應用和為現代汽車製造業帶來的益處。
關鍵詞：鋁合金材料；特點；應用
1 緒論
金屬新材料按功能和應用領域可劃分為高效能金屬結構材料和金屬功能材料。金屬功能材料指具有輔助實現光、電、磁或其他特殊功能的材料，包括磁性材料、金屬能源材料、催化淨化材料、資訊材料、超導材料、功能陶瓷材料等。高效能金屬結構材料指與傳統結構材料相比具備更高的耐高溫性、抗腐蝕性、高延展性等特性的新型金屬材料，主要包括鈦、鎂、鋯、鎳及其合金材料等，以及高階特殊鋼、鋁新型材等。
金屬類工程結構材料包括鋼鐵材料、稀有金屬新材料、高溫合金、高效能合金等。稀有金屬新材料指高強、高韌、高損傷容限鈦合金，以及熱強鈦合金、鋯合金、難熔金屬合金、鉭鎢合金、高精度鈹材等。高溫結構材料主要種類包括：
高溫合金、粉末合金、高溫結構金屬間化合物，以及高熔點金屬間化合物等。
鋁合金材料作為一種新興的結構材料，在現代建築結構設計中，得到越來越廣泛的青睞。本文對鋁合金材料的特點做了敘述，隨著社會的發展、技術的進步，鋁合金材料應用於建築結構方面的總體優勢日益突出。目前在國內大量使用的鋁合金結構中，主要有鋁合金穹頂結構、鋁網架、鋁網殼等。
2 鋁及鋁合金材料分析
鋁及鋁合金材料因不同的化學成分體現出不同的物理效能，主要包括機械效能和電氣效能。在這裡機械效能主要分析抗拉強度和伸長率， 抗拉強度越大，則承載的機械負荷越大；伸長率越大，則更適於彎曲加工。電氣效能主要分析導電性能，而電導率越高，導電性能越好。
鋁及鋁合金材料的化學成分比較繁雜，但因密度在2.7 g/cm3 左右，在大氣中，它們的防腐效能都比較好，可以不考慮其化學成分對密度和防腐效能的影響。高壓隔離開關常用的鋁及鋁合金材料主要有板、棒、管及鑄件。
下面介紹這幾種常用的鋁及鋁合金材質材料， 主要考核其機械效能和導電性能。鋁及鋁合金材料按其成分和效能特徵分為工業純鋁、防鏽鋁、硬鋁、超硬鋁、鍛鋁以及鑄造鋁。主要用於隔離開關上的有工業純鋁、防鏽鋁、硬鋁、鍛鋁以及鑄造鋁[1]。
3 鋁合金特點與效能的研究
3.1 鋁合金材料的特點
質量輕，鋁材的密度近似為鋼材密度的三分之一，在不同合金中，其密度在2600-2800kg/m3之間變化。強度較高、可以減輕結構構架的質量。
耐腐蝕，鋁合金材料具備極強的耐大氣腐蝕能力。當暴露在大氣中時，其表面極易形成一層及其緻密的氧化膜，從而起到很好的隔離保護作用，免維護，尤其適用於一些在較強腐蝕環境下服役的結構體；另外鋁合金材料有很強的抗硫化物腐蝕的特性，即使在高達500℃時，也具備良好的抗氧化效能和高達80%的輻射能放射率[2]。
鋁的延性好，但作為結構用材而言，其強度過低。為了提高強度，一種是採用冷加工工藝，不過這一加工對強度提高不是很大，而延性卻急劇降低(甚至只有原值的十分之一)。另一種提高強度的方法是鋁與其它元素熔成合金。
這樣其強度會增大很多，若應用熱處理，則可以獲得更高的強度。al、si、mn合金的強度可以達到f0.2 = 250ｎ/mm2，al、zn和al、cu合金的強度甚至可以達到f0.
2=350-400n/mm2。
彈性模量小，鋁的彈性模量約為鋼材的三分之一，在不同的合金中，其彈性模量在68500-74500n/mm2之間變化。因而變形大和不穩定是常見的問題，對缺陷敏感度高。
熱脹係數大，鋁的熱脹係數大約是鋼材的兩倍，在不同的合金中，其熱脹係數在19×10-6 - 25×10-6/℃之間變化。鋁結構的溫度變形受到約束時，其溫度應力將比鋼結構小30%。因此儘管鋁材的熱脹係數大，其熱膨脹影響小，殘餘應力影響小。
可擠壓，鋁和鋼之間的另一差異是鋁結構構件可以用軋制、擠壓、鑄造和拉拔工藝製作。尤其重要的是擠壓工藝，這種工藝可以提供任何形狀的型材產品，特別是用軋制工藝不易獲得的產品。
它還具有有利於環境保護，易**，再處理成本低，再利用率高，**剩餘價值高等等的優點。鋁合金作為結構材料的應用越來越廣泛，在車輛、航空、建築等領域呈現良好的發展勢頭。特別是在體育、環保等大跨度標誌性建築中應用前景廣闊，國外大型空間建築的網殼結構已開始大量應用鋁合金結構構件，如豐田博物館、康乃狄克大學及夏威夷大學競技場、貝爾競技中心等[3]。
3.2 鋁合金材料抗腐蝕效能的研究
合金按加工方法可以分為形變鋁合金和鑄造鋁合金兩大類：一類是形變鋁合金能承受壓力加工。可加工成各種形態、規格的鋁合金材。
主要用於製造航空器材、建築用門窗等。另一類是鑄造鋁合金按化學成分可分為鋁矽合金，鋁銅合金，鋁鎂合金，鋁鋅合金和鋁稀土合金，其中鋁矽合金又有簡單鋁矽合金（不能熱處理強化，力學效能較低，鑄造效能好），特殊鋁矽合金（可熱處理強化，力學效能較高，鑄造效能良好），鑄造鋁合金在鑄態下使用。高強度硬鋁可進行熱處理強化，在淬火和剛淬火狀態下塑性中等，點焊焊接良好，用氣焊時有形成晶間裂紋的傾向，合金在淬火和冷作硬化後其可切削效能尚好，退火後可切削性低：
抗腐蝕性不高，常採用陽極氧化處理與塗漆方法或表面加包鋁層以提高其抗腐蝕能力。用途主要用於製作各種高負荷的零件和構件如飛機上的骨架零件，蒙皮，隔框，翼肋，翼梁，鉚釘等150℃以下工作零件。針對鋁合金材料還有兩種再處理方法，分別是變質處理和熱處理，這兩種方法可以提高材料的抗蝕性。
變質處理是指利用少量元素對鋁合金熔體進行處理，使合金組織和效能獲得改善。少量的限度是不能改變合金的成分，雜質含量不能超標。 al-si 合金在變質處理後顯微結構影象上的矽相不但細化，而且球化或纖維狀，從而引起力學效能的改變，有效地提高了抗拉強度、伸長率和抗蝕性鋁合金熱處理的目的是為了改善組織，提高強度、硬度、塑性、抗蝕性和尺寸穩定性；消除應力、改善切削加工效能及高溫工作穩定性能[4]。
影響鋁合金結構腐蝕的主要因素有結構的防腐蝕方法和措施、材料製造工藝水平、受力環境和材料的抗腐蝕能力等因素，其中受力環境包含荷載環境和腐蝕環境兩方面，腐蝕環境又受到溫度、濃度、酸鹼度等因素的影響，可見研究材料的腐蝕力學行為需要充分考慮到諸多影響因素對材料構件的作用。鋁合金結構隨著腐蝕條件和腐蝕作用時間的不同，發生腐蝕位置、程度和型別也不同。按照腐蝕形態的不同，腐蝕損傷可分為均勻腐蝕、區域性腐蝕和荷載應力腐蝕。
其中荷載應力腐蝕引起的破壞事故所佔比例最高，可見研究腐蝕環境下鋁合金材料的腐蝕力學行為是十分必要的。要準確評定腐蝕條件下鋁合金材料結構的使用狀態和壽命，需要開展大量的腐蝕環境下材料的試驗研究，以測定不同受力狀態和腐蝕環境下材料的剩餘壽命和使用狀況與腐蝕損傷之間的相關規律。但由於鋁合金構件的實際工作環境和受力狀態相對實驗研究而言是長期而緩慢的，真實、準確地模擬腐蝕受力環境進行長期試驗是財力和時間上所不允許的，因此需要研究如何實現實驗室加速模擬實驗精準再現鋁合金構件的腐蝕損傷和機械損傷模式，這雖然是又乙個難點，但卻具有非常重要的現實意義。
同時在腐蝕環境中需要測量各類資料和觀察試驗表面形貌，但許多測量裝置本身就是金屬構件，腐蝕環境很可能會對其造成損壞甚至影響資料結果的準確性，這需要不斷地優化腐蝕力學測試方法，為後期的分析研究提供良好的資料基礎。所以，在結構設計中對腐蝕因素的考慮，以及對腐蝕、腐蝕疲勞引起鋁合金結構效能下降的研究，成為一種必然[5]。3.
3 鋁合金材料在高溫下的效能
在危害建築物的諸種災害中，火災是最常見、最危險和最具毀滅性的災害之一。鋁合金結構在高溫下的效能與常溫下有很大差異，現有關於常溫下鋁合金結構效能的研究成果並不能應用於鋁合金結構的抗火設計中，故研究鋁合金結構高溫效能的意義重大。在國外，鋁合金結構高溫效能的研究逐漸成熟。
而在國內，研究尚處於初步階段。金屬材料在常溫和高溫下的力學效能具有很大差異。當溫度達到 400℃時，鋼材的強度逐漸下降；溫度達到 600℃時，強度將至常溫時的 50%以下。
和鋼材相比，鋁合金的防火效能較差。當溫度公升高時，鋁合金材料的強度和彈性模量下降很快，200℃時，結構用鋁合金的強度開始明顯下降；300℃時強度下降到常溫下強度的 50%以下；溫度達到 550℃時，結構用鋁合金材料的強度和彈性模量基本喪失[6]。在今後的鋁合金結構高溫效能研究當中，還應該對研究成果進行系統的歸納總結，建立完整的鋁合金結構抗火設計體系，促進鋁合金結構在我國的應用與發展[7]。
4 鋁合金材料的應用
4.1 鋁合金材料現代汽車製造業帶來的效益
鋁合金使現代汽車輕量化，為了節約能源，減少汽車尾氣對空氣的汙染，鋁合金材料迅速地進入到汽車製造業。鋁材在現代汽車製造業備受青睞，鋁材正在代替鋼鐵成為現代汽車製造業的基礎材料。汽車用鋁合金材料量增加後帶來的效益主要體現在以下幾個方面：
①節能效果可觀，提高發動機效率、減少行駛阻力、改善傳動機構效率及減輕汽車自重等；②環境汙染減少，汽車減重的同時，也減少了二氧化碳的排放量，因而可大大減少環境汙染，提高環境質量；③綜合性能提高，在不減少汽車容量的情況下減輕汽車自重，可使汽車更穩定，乘客空間變得更大，在受到衝擊時鋁合金結構能吸收、分散更多的能量，因而更具舒適性和安全性[8]。
4.2 鋁合金材料在建築上的應用
建築結構材料不同於建築裝飾材料，是整個建築物的主要承力部件，建築裝飾材料如門窗、幕牆、圍欄、天花板、鑲邊等一般不承受重力，只需美觀耐用就行，而結構材料是整個建築物的頂梁柱。以往，建築結構材主要選用優質木材和鋼材，現在綠色建築鋁合金結構材正慢慢興起，而鋁合金結構材料有**較高，生產難度大，各種效能難於合理匹配等特點[9]。鋁合金作為一種建築材料具有其他建材不可替代的優點，鋁合金結構穩定，可採用獨特短程線結構專利設計，穩定性高，結構緊湊，淨跨度大，結構強度能適應各種不均衡風載、雪載等惡劣環境條件。
鋁合金結構具有高的價效比，耐腐蝕，無需定期維修和防腐處理，永久密封技術和獨特設計保證不漏水，良好的隔音和吸音效果[10]。
5 展望
隨著建築、航空、車輛等領域技術的不斷發展，對結構材料的要求也越來越高。針對以上存在的問題，以提高和完善鋁合金結構材料使用效能為目標，同時兼顧材料製備的成本，鋁合金結構材料應用前景會更光明
參考文獻
[1] 朱增文, 劉彥明, 劉利平. 不同品種的鋁及鋁合金材料在高壓隔離開關上的具體應用[j]. 高樂電興: 2010, 46(2):63-64.
[2] 孫德勤. 鋁合金結構材料及其發展[j]. 新材料產業: 2011, 10(3):60-63.
[3] 李徵. 大跨度鋁合金網殼結構的應用[j].工程設計與建設, 2005, 37(3):14-18.
[4] 李麗娟, 謝誌紅, 郭永昌. 鋁合金雙層球抗震效能分析[j]. 甘肅工業大學學: 2003,
29(3):47-52.
[5] 沈祖炎, 郭小農, 李元齊. 鋁合金結構研究現狀簡述[j]. 同濟大學: 2007, 28(6):100-106.
[6] 張掙, 張其林. h型截面鋁合金構件平面內的承載力[j]. 西安交通大學學報: 2003,
31(11):1207-1210.
[7] 郭小農, 熊哲, 蔣首超. 鋁合金結構的高溫效能研究現狀簡述[j]. 鋼結構: 2014, 6-9.
[8] 苗景國. 鋁合金材料在現代汽車製造業的應用[j]. 黑龍江冶金: 2009, 29(2):26-27.
[9] 劉靜安, 潘偉津, 李偉萍等. 綠色建築鋁合金結構型材的研發及應用[j]. 輕合金加工技
術:2013, 141(11):60-61.
[10] 李慶林. 大長細比鋁合金抱桿的安全效能的分析[j]. 電力設計, 2000, 21(11):66-70.
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