铝合金锻造工艺毕业论文
一、铸造概论 铝合金铸造的种类如下： 由于铝合金各组元不同，从而表现出合金的物理、化学性能均有所不同，结晶过程也不尽相同。故必须针对铝合金特性，合理选择铸造方法，才能防止或在许可范围内减少铸造缺陷的产生，从而优化铸件。 1、铝合金铸造工艺性能 铝合金铸造工艺性能，通常理解为在充满铸型、结晶和冷却过程中表现最为突出的那些性能的综合。流动性、收缩性、气密性、铸造应力、吸气性。铝合金这些特性取决于合金的成分，但也与铸造因素、合金加热温度、铸型的复杂程度、浇冒口系统、浇口形状等有关。 (1) 流动性 流动性是指合金液体充填铸型的能力。流动性的大小决定合金能否铸造复杂的铸件。在铝合金中共晶合金的流动性最好。 影响流动性的因素很多，主要是成分、温度以及合金液体中存在金属氧化物、金属化合物及其他污染物的固相颗粒，但外在的根本因素为浇注温度及浇注压力（俗称浇注压头）的高低。 (2) 收缩性 收缩性是铸造铝合金的主要特征之一。一般讲，合金从液体浇注到凝固，直至冷到室温，共分为三个阶段，分别为液态收缩、凝固收缩和固态收缩。合金的收缩性对铸件质量有决定性的影响，它影响着铸件的缩孔大小、应力的产生、裂纹的形成及尺寸的变化。通常铸件收缩又分为体收缩和线收缩，在实际生产中一般应用线收缩来衡量合金的收缩性。 铝合金收缩大小，通常以百分数来表示，称为收缩率。 ①体收缩 体收缩包括液体收缩与凝固收缩。 铸造合金液从浇注到凝固，在最后凝固的地方会出现宏观或显微收缩，这种因收缩引起的宏观缩孔肉眼可见，并分为集中缩孔和分散性缩孔。集中缩孔的孔径大而集中，并分布在铸件顶部或截面厚大的热节处。分散性缩孔形貌分散而细小，大部分分布在铸件轴心和热节部位。显微缩孔肉眼难以看到，显微缩孔大部分分布在晶界下或树枝晶的枝晶间。 缩孔和疏松是铸件的主要缺陷之一，产生的原因是液态收缩大于固态收缩。生产中发现，铸造铝合金凝固范围越小，越易形成集中缩孔，凝固范围越宽，越易形成分散性缩孔，因此，在设计中必须使铸造铝合金符合顺序凝固原则，即铸件在液态到凝固期间的体收缩应得到合金液的补充，是缩孔和疏松集中在铸件外部冒口中。对易产生分散疏松的铝合金铸件，冒口设置数量比集中缩孔要多，并在易产生疏松处设置冷铁，加大局部冷却速度，使其同时或快速凝固。 ②线收缩 线收缩大小将直接影响铸件的质量。线收缩越大，铝铸件产生裂纹与应力的趋向也越大；冷却后铸件尺寸及形状变化也越大。 对于不同的铸造铝合金有不同的铸造收缩率，即使同一合金，铸件不同，收缩率也不同，在同一铸件上，其长、宽、高的收缩率也不同。应根据具体情况而定。 (3) 热裂性 铝铸件热裂纹的产生，主要是由于铸件收缩应力超过了金属晶粒间的结合力，大多沿晶界产生从裂纹断口观察可见裂纹处金属往往被氧化，失去金属光泽。裂纹沿晶界延伸，形状呈锯齿形，表面较宽，内部较窄，有的则穿透整个铸件的端面。 不同铝合金铸件产生裂纹的倾向也不同，这是因为铸铝合金凝固过程中开始形成完整的结晶框架的温度与凝固温度之差越大，合金收缩率就越大，产生热裂纹倾向也越大，即使同一种合金也因铸型的阻力、铸件的结构、浇注工艺等因素产生热裂纹倾向也不同。生产中常采用退让性铸型，或改进铸铝合金的浇注系统等措施，使铝铸件避免产生裂纹。通常采用热裂环法检测铝铸件热裂纹。 (4) 气密性 铸铝合金气密性是指腔体型铝铸件在高压气体或液体的作用下不渗漏程度，气密性实际上表征了铸件内部组织致密与纯净的程度。 铸铝合金的气密性与合金的性质有关，合金凝固范围越小，产生疏松倾向也越小，同时产生析出性气孔越小，则合金的气密性就越高。同一种铸铝合金的气密性好坏，还与铸造工艺有关，如降低铸铝合金浇注温度、放置冷铁以加快冷却速度以及在压力下凝固结晶等，均可使铝铸件的气密性提高。也可用浸渗法堵塞泄露空隙来提高铸件的气密性。 (5) 铸造应力 铸造应力包括热应力、相变应力及收缩应力三种。各种应力产生的原因不尽相同。 ①热应力 热应力是由于铸件不同的几何形状相交处断面厚薄不均，冷却不一致引起的。在薄壁处形成压应力，导致在铸件中残留应力。 ②相变应力 相变应力是由于某些铸铝合金在凝固后冷却过程中产生相变，随之带来体积尺寸变化。主要是铝铸件壁厚不均，不同部位在不同时间内发生相变所致。 ③收缩应力 铝铸件收缩时受到铸型、型芯的阻碍而产生拉应力所致。这种应力是暂时的，铝铸件开箱是会自动消失。但开箱时间不当，则常常会造成热裂纹，特别是金属型浇注的铝合金往往在这种应力作用下容易产生热裂纹。 铸铝合金件中的残留应力降低了合金的力学性能，影响铸件的加工精度。铝铸件中的残留应力可通过退火处理消除。合金因导热性好，冷却过程中无相变，只要铸件结构设计合理，铝铸件的残留应力一般较小。 (6) 吸气性 铝合金易吸收气体，是铸造铝合金的主要特性。液态铝及铝合金的组分与炉料、有机物燃烧产物及铸型等所含水分发生反应而产生的氢气被铝液体吸收所致。 铝合金熔液温度越高，吸收的氢也越多；在700℃时，每100g铝中氢的溶解度为～，温度升高到850℃时，氢的溶解度增加2～3倍。当含碱金属杂质时，氢在铝液中的溶解度显著增加。 铸铝合金除熔炼时吸气外，在浇入铸型时也会产生吸气，进入铸型内的液态金属随温度下降，气体的溶解度下降，析出多余的气体，有一部分逸不出的气体留在铸件内形成气孔，这就是通常称的“针孔”。气体有时会与缩孔结合在一起，铝液中析出的气体留在缩孔内。若气泡受热产生的压力很大，则气孔表面光滑，孔的周围有一圈光亮层；若气泡产生的压力小，则孔内表面多皱纹，看上去如“苍蝇脚”，仔细观察又具有缩孔的特征。 铸铝合金液中含氢量越高，铸件中产生的针孔也越多。铝铸件中针孔不仅降低了铸件的气密性、耐蚀性，还降低了合金的力学性能。要获得无气孔或少气孔的铝铸件，关键在于熔炼条件。若熔炼时添加覆盖剂保护，合金的吸气量大为减少。对铝熔液作精炼处理，可有效控制铝液中的含氢量。 二、砂型铸造 采用砂粒、粘土及其他辅助材料制成铸型的铸造方法称为砂型铸造。砂型的材料统称为造型材料。有色金属应用的砂型由砂子、粘土或其他粘结剂和水配制而成。 铝铸件成型过程是金属与铸型相互作用的过程。铝合金液注入铸型后将热量传递给铸型，砂模铸型受到液体金属的热作用、机械作用、化学作用。因此要获得优质的铸件除严格掌握熔炼工艺外，还必须正确设计型（芯）砂的配比、造型及浇注等工艺。 三、金属型铸造 1、简介及工艺流程 金属型铸造又称硬模铸造或永久型铸造，是将熔炼好的铝合金浇入金属型中获得铸件的方法，铝合金金属型铸造大多采用金属型芯，也可采用砂芯或壳芯等方法，与压力铸造相比，铝合金金属型使用寿命长。 2、铸造优点 (1) 优点 金属型冷却速度较快，铸件组织较致密，可进行热处理强化，力学性能比砂型铸造高15%左右。 金属型铸造，铸件质量稳定，表面粗糙度优于砂型铸造，废品率低。 劳动条件好，生产率高，工人易于掌握。 (2) 缺点 金属型导热系数大，充型能力差。 金属型本身无透气性。必须采取相应措施才能有效排气。 金属型无退让性，易在凝固时产生裂纹和变形。 3、金属型铸件常见缺陷及预防 (1) 针孔 预防产生针孔的措施： 严禁使用被污染的铸造铝合金材料、沾有有机化合物及被严重氧化腐蚀的材料。 控制熔炼工艺，加强除气精炼。 控制金属型涂料厚度，过厚易产生针孔。 模具温度不宜太高，对铸件厚壁部位采用激冷措施，如镶铜块或浇水等。 采用砂型时严格控制水分，尽量用干芯。 (2) 气孔 预防气孔产生的措施： 修改不合理的浇冒口系统，使液流平稳，避免气体卷入。 模具与型芯应预先预热，后上涂料，结束后必须要烘透方可使用。 设计模具与型芯应考虑足够的排气措施。 (3)氧化夹渣 预防氧化夹渣的措施： 严格控制熔炼工艺，快速熔炼，减少氧化，除渣彻底。Al－Mg合金必须在覆盖剂下熔炼。 熔炉、工具要清洁，不得有氧化物，并应预热，涂料涂后应烘干使用。 设计的浇注系统必须有稳流、缓冲、撇渣能力。 采用倾斜浇注系统，使液流稳定，不产生二次氧化。 选用的涂料粘附力要强，浇注过程中不产生剥落而进入铸件中形成夹渣。 (4) 热裂 预防产生热裂的措施： 实际浇注系统时应避免局部过热，减少内应力。 模具及型芯斜度必须保证在2°以上，浇冒口一经凝固即可抽芯开模，必要时可用砂芯代替金属型芯。 控制涂料厚度，使铸件各部分冷却速度一致。 根据铸件厚薄情况选择适当的模温。 细化合金组织，提高热裂能力。 改进铸件结构，消除尖角及壁厚突变，减少热裂倾向。 (5) 疏松 预防产生疏松的措施： 合理冒口设置，保证其凝固，且有补缩能力。 适当调低金属型模具工作温度。 控制涂层厚度，厚壁处减薄。 调整金属型各部位冷却速度，使铸件厚壁处有较大的激冷能力。 适当降低金属浇注温度。
一、防锈铝合金防锈铝合金包括铝-镁系和铝-锰系合金以及工业纯铝。防锈铝合金的牌号及化学成分见表6-2。这类铝合金的主要性能特点是具有优良的耐蚀性能，因而得名防锈铝合金，简称为防锈铝。此外，还具有良好的塑性与焊接性，适宜压力加工和焊接。这类合金不能进行热处理强化，力学性能比较低。为了提高其强度，可用冷加工方法使其强化。但由于防锈铝的切削加工工艺性差，故适用制作焊接管道、容器、铆钉以及其他冷变形零件。1.铝-镁系合金铝-镁系合金的化学成分中，镁是合金的主要组成元素，此外，还加入少量锰、钛等其他元素。镁含量对合金力学性能的影响是随着镁含量的增加，合金的强度、塑性亦相应提高。但是，当合金中的镁含量超过5%Mg时，合金的抗应力腐蚀性能降低；当镁含量超过7%时，合金的塑性降低，焊接性能也变坏。这可能是与镁含量增加使合金在液态结晶时成分偏析倾向增大有关。由于合金不平衡结晶的结果，合金组织中出现脆性的β(Mg2Al3)相，而导致铝-镁合金性能变坏。实验指出，在镁含量较低的5A02和5A03合金中没有发现β(Mg2Al3)相，随着镁含量的增加，在5A05中可以看到少量β(Mg2Al3)相，而在5A06 合金中，由于镁含量增加，β(Mg2Al3)相的数量亦相应的增加。铝-镁合金中加入少量（～）锰，不仅能改善合金的耐蚀性，而且还能提高合金的强度。少量的钛或钒主要是起细化晶粒的作用，少量硅可以改善合金的焊接性能。在铝-镁系防锈铝中，铁、铜和锌等是有害的杂质元素，它们能使合金的耐蚀性能与工艺性能恶化，故其含量应严格控制。在铝-镁合金中，镁在固态铝中虽然有较大的溶解度，且随温度变化亦比较大，但由于铝-镁合金淬火后，在时效过程中形成的过渡相β′与基体不发生共格关系，其时效强化效果甚微，故铝-镁系合金含7%以下的防锈铝均不采用时效处理来提高强度。为了提高铝-镁系防锈铝的强度，可以采用冷加工硬化的方法使其强度提高。但是，含镁高的铝-镁系防锈铝在冷加工硬化后，随着在室温放置时间的增长，合金的强度、特别是屈服强度明显下降，而延伸率显著提高。而且，这种软化现象随着合金的镁含量和变形度增加而表现得更明显。为了防止高镁防锈铝冷加工后的软化现象，冷变形后应进行稳定化处理，即加热到150℃保温3小时，使之在室温下力学性能稳定化。2.铝-锰系防锈铝铝-锰系防锈铝中常见的合金牌号是3A21。锰是该合金的主要组成元素，锰含量在～范围内的合金具有较高的强度，同时具有较高的塑性、焊接性以及优良的耐蚀性。当锰的含量超过时，由于形成大量的脆性化合物MnAl6，虽然强度有所提高，但合金的塑性显著降低，压力加工工艺性能变坏，故防锈铝中锰含量一般不超过。铁和硅是合金中的主要杂质。铁降低锰在铝中的溶解度，并能溶于MnAl6中，形成（FeMn）Al6，这是硬而脆的难溶相。实践证明，合金中含有少量铁能细化合金组织，但铁含量过高时，则由于形成大量的（FeMn）Al6相，而显著降低合金的力学性能与工艺性能，降低铸造性，故应严格控制其含量，一般控制在以下。铝-锰系防锈铝因其时效强化效果不佳，故不采用时效处理。3A21合金制品的热处理主要是退火。但3A21合金退火时，极易产生晶粒粗大，导致合金半制品在深冲或弯曲时表面粗糙或产生裂纹。为了保证获得细晶粒的3A21合金制品，应提高退火时的加热速度，或在合金中加入少量钛的同时，加入铁来细化合金组织。或者将铸锭在600～620℃进行均匀化退火，消除锰在晶内和晶间的严重偏析。从而获得均匀细小的晶粒，以改善压力加工工艺性能。二、硬铝合金铝-铜-镁系合金是使用较早，用途很广的铝合金。它有强烈的时效强化作用，经时效处理后具有很高的硬度、强度，故铝-铜-镁系合金总称为硬铝合金。此外，这类合金还具有优良的加工工艺性能，可以加工成板、棒、管、线、型材及锻件等半成品，广泛应用在国民经济和国防建设中。硬铝合金的主要合金元素是铜、镁，此外还含有锰和一些杂质元素铁、硅、镍、锌等。硬铝合金的牌号及化学成分见表6-2。不同牌号的硬铝合金具有不同的化学成分，其性能特点亦不同。含铜、镁量低的硬铝强度较低而塑性高；含铜、镁量较高的硬铝则强度高而塑性较低。硬铝合金的成分与力学性能的关系，是由合金中形成的强化相所决定的。硬铝合金中铜与镁比值不同，形成的强化相亦不同，其强化相与强化效果亦不同。镁含量低时，形成的主要强化相是θ相(CuAl2)，当镁量增加时，θ相减少，而形成强化效果比θ相更大的、并具有一定耐热性的S(Al2CuMg)相。进一步增加镁含量，则相继形成强化效果较差的T(Al6CuMg4)相与β(Al3Mg2)相。当铜与镁的比值一定时，铜和镁总量愈高，强化相数量愈多，强化效果愈大。在硬铝合金中除主要元素铜和镁外，还加入一定量的锰。锰能改善硬铝的耐蚀性，细化合金组织，淬火是锰溶于固溶体起固溶强化作用，使淬火硬铝的强度提高30~70MPa。但含锰量过高时塑性显著降低，因此，硬铝合金中的锰含量控制在～。此外，锰还能提高硬铝的耐热性能和削弱杂质铁的有害作用。硬铝合金中的锰含量控制在～。铁是硬铝中的有害元素，它不仅能与铝形成金属间化合物FeAl3，降低合金的塑性与耐蚀性能，而且还能夺取合金中的铜形成Cu2FeAl7难溶化合物，减少强化相θ和S的数量，降低时效强化效果。此外，铁还能与硅、锰等元素形成粗大的脆性化合物，使工艺性能变差。因此，在硬铝合金中铁含量一般都控制在以下。硅在硬铝中亦是以杂质存在。当合金中铁含量较低时，硅与镁优先形成Mg2Si化合物，消耗一部分镁，使强化相S(Al2CuMg)相减少。从而降低硬铝的自然时效强化效果。硅对硬铝的塑性没有太大的影响，相反当合金中有铁存在时，硅与铁形成Fe2SiAl2相，可以减少由于形成粗大片状的(FeMn)Al2相的是有害元素，作用。在硬铝中硅的含量一般控制在～。镍在硬铝合金中亦是有害杂质。镍能与铜形成AlCuNi难溶化合物，从而减少了强化相θ(CuAl2)、S(Al2CuMg)相的数量，使硬铝的时效强化效果降低，因此镍含量应限制在以下。锌在硬铝中以杂质存在，它对硬铝的室温力学性能没有影响，但降低硬铝的热硬性，并增加焊接时形成裂纹的倾向，也需严加控制。硬铝合金按其合金元素含量及性能不同，可分为三种类型：即低强度硬铝，如2A01、2A03、2A10等合金；中强度硬铝如2A11 等合金；高强度硬铝，如2A12等合金。1.低强度硬铝这类硬铝合金镁含量较低（2A10）或含铜、镁量都比较低（2A01）。其主要强化相是θ(CuAl2)相，所以时效强化效果较小，强度比较低，具有较高的塑性，而且时效硬化速度比较缓慢。时效强化后具有较高的剪切抗力，适宜作铆接材料。2.中强度硬铝中强度硬铝亦称标准硬铝。这类合金的铜、镁含量都比较高。它在图6-9中（如2A11合金）处于α(Al)+θ(CuAl2)+S(Al2CuMg)相区左侧，主要强化相亦是θ(CuAl2)相，其次是S(Al2CuMg)相。但铜和镁总量较高，镁量较低，因此具有较高的强度和较好的塑性。退火后工艺性能良好，可进行冷弯、冲压等工艺过程焊接性能良好，耐蚀性中等。被切削加工性在退火状态比较差，但时效硬化状态被切削加工性良好。主要用作中等载荷的结构零件。3.高强度硬铝为了提高硬铝合金的强度和屈服极限，在中强度硬铝的基础上，同时提高铜和镁的含量或单独提高镁的含量而形成高强度硬铝。，如2A12合金。它在图6-9中处于α(Al)+θ(CuAl2)+S(Al2CuMg)相区的右侧。其主要强化相是S(Al2CuMg)相，其次是θ(CuAl2)相。由于S相的自然时效强化效果比θ相强，故2A12合金具有比2A11更高的强度和屈服极限以及良好的耐热性，但塑性和某些工艺性能较差些。2A12合金是工业中应用最广泛的一种高强度硬铝合金。硬铝合金的耐蚀性比防锈铝要差的多，特别是在海水中的耐蚀性更差。所以凡需要在腐蚀环境中工作的硬铝合金零件，其表面都要包一层高纯度铝，以提高其抗蚀能力，但是，包铝的硬铝材料热处理后的力学性能要比未包铝的低些。硬铝淬火加热的过烧敏感性很大，为获得最大固溶度的过饱和固溶体，2A12合金最理想的淬火温度为500±3℃，但实际生产条件下很难办到，所以2A12合金常用的淬火温度为495～500℃。硬铝合金淬火加人工时效状态比淬火加自然时效具有更大的晶间腐蚀倾向，所以除高温工作的构件外，一般采用自然时效。2A12合金淬火后自然时效与力学性能的关系。 淬火冷却速度对硬铝合金的强度及耐蚀性都有强烈的影响。当淬火冷却速度低时，由于淬火过程中强化相，如θ(CuAl2)相沿晶界大量析出，而降低自然时效强化效果和增大晶间腐蚀倾向。因此硬铝合金淬火时，在保证不变形开裂的前提下，冷却速度愈快愈好。对于2A11和2A12合金，淬火冷却速度分别不小于20℃/s和14℃/s，通常采用清水作淬火介质。三、超硬铝合金铝-锌-镁-铜系合金是目前室温强度最高的一类铝合金，其强度达500～700 MPa，超过高强度的硬铝2A12合金（400～430 MPa），故称为超硬铝合金。超硬铝合金的牌号及化学成分见表6-2。超硬铝合金中，主要合金元素是锌、镁、铜，有时还加入少量锰、铬、钛等元素。锌和镁是合金的主要强化元素，在合金中形成强化相η（MgZn2）和T(Al2Mg3Zn3)相，它们在铝中都有很大的溶解度变化，具有显著的时效强化效果。但含锌、镁量过高时，虽然合金强度很高，但塑性和抗应力腐蚀性能降低。在合金中加入一定量铜，可以改善超硬铝的抗应力腐蚀性能，同时铜还能形成θ(CuAl2)和S(Al2CuMg)相起补充强化作用，提高合金强度。但铜含量超过3%时，合金的耐蚀性反而降低，故超硬铝合金中的铜含量应控制在3%以下。在超硬铝中加入锰和铬可以提高合金在淬火状态下的强度和人工时效强化效果，同时改善合金的抗应力腐蚀性能。铁和硅都是有害杂质，。铁与锰形成难溶的复杂化合物相，降低合金的力学性能，并使铆接性能变差。硅在合金中夺取镁形成Mg2Si相，使合金中主要强化相η（MgZn2）和T(Al2Mg3Zn2)相的数量减少，降低时效强化效果。铁和硅同时存在时，对超硬铝合金的性能影响比单独存在时要小。如铁和硅的含量均低于。时，实际上对合金的力学性能没有影响。7A04合金的主要强化相是η相和T相，其次为S相，若在7A04合金的基础上稍提高锌、镁、铜含量，如7A06合金的组织中，η相与T相数量增多，而S相减少，则合金具有更强烈的时效强化效果，故7A06比7A04合金热处理后具有更高的强度，Rm可达600～700 MPa。超硬铝和硬铝比较，淬火温度范围比较宽。对于6%Zn和含3%Mg以下的合金，淬火温度为450～480℃。但淬火温度不宜超过480℃，否则会降低合金的耐蚀性能。合金淬火时应尽量缩短淬火转移时间，以防止含铜相析出，降低合金时效效果。超硬铝热处理与硬铝不同，超硬铝自然时效的时间很长，要经50～60天才能达到最大强化效果；此外自然时效的超硬铝比人工时效的具有更大的应力腐蚀倾向，因此超硬铝均采用人工时效处理。为了进一步提高合金的抗应力腐蚀性能，可采用分级人工时效，即在120℃时效6小时，然后再在160℃时效3小时，以进一步消除内应力。超硬铝若退火后空冷，有淬火效应。因此，退火冷却速度不易过快,一般不大于30℃/h，炉冷至150℃出炉空冷。超硬铝合金的主要缺点是耐蚀性差。为了提高合金的耐蚀性能，一般板材表面包含有1%Zn的包铝层。此外，超硬铝的室温强度虽比硬铝高得多，但耐热强度不如硬铝，当温度升高时，超硬铝合金中固溶体迅速分解，强化相聚集长大，而使得强度急剧降低。故超硬铝合金不宜在120～130℃温度以上工作。超硬铝主要用作受力较大的结构零件。四、锻铝合金铝-镁-硅-铜系合金具有优良的锻造工艺性能，主要用作制造外形复杂的锻件，故称为锻铝合金。锻铝合金的牌号及化学成分见表6-2。锻铝合金是在铝-镁-硅系合金的基础上发展起来的。铝中加入镁和硅能形成Mg2Si化合物，它在铝中有较大的固溶度，且随温度降低而急剧减小。当Mg2Si相从过饱和固溶体中析出时引起晶格严重崎变，故Mg2Si相是一个极有效的强化相。但是，Mg2Si相具有一定的自然时效强化倾向，若淬火后不立即时效处理，则会降低人工时效强化效果。为了弥补这种强度损失，在铝-镁-硅系中同时加入铜和少量锰。在铝-镁-硅-铜系中，锰的主要作用不仅是阻止在结晶退火时晶粒粗大，而且还能提高合金的淬火温度上限，从而提高合金在淬火态的强度。加入铜，可显著地改善热加工塑性和提高热处理强化效果，并且还能抑制挤压效应，降低因加入锰而引起的各向异性。铝-镁-硅-铜系锻铝合金的相组成主要是a、Mg2Si、W(Cu4Mg5Si4Alx)相，当合金中铜含量较高时，亦有θ（CuSi2）和S(Al2CuMg)相。锻铝合金的热处理由于共同的强化相Mg2Si和W(Cu4Mg5Si4Alx)相在室温下析出缓慢，所以在自然时效时很难达到最大的强化效果，必须采用人工时效。锻铝合金热处理的共同缺点是淬火后在室温下的停留时间不宜过长，否则显著降低人工时效强化效果。而且停留时间愈长，人工时效强化效果愈差。因此，锻铝合金淬火后应立即进行时效处理。 铸造铝合金铸造铝合金除要求具备一定的使用性能外，还要求具有优良的铸造工艺性能。成分处于共晶点的合金具有最佳铸造性能，但由于此时合金组织中出现大量硬脆的化合物，使合金的脆性急剧增大。因此，实际使用的铸造合金并非都是共晶合金，它与变形铝合金相比较只是合金元素含量高一些。铸造铝合金的牌号按着GB/T8063-1994标准，用“ZAl＋主加元素符号和百分比含量＋辅加元素符号和百分比含量＋辅加元素符号和百分比含量……”表示。铸造铝合金的代号用“铸造”二字的汉语拼音第一个大写字母“ZL”加三位数字表示。第一位数表示合金系别：1表示为铝硅系合金；2表示为铝铜系合金；3表示为铝镁系合金；4表示为铝锌系合金；如ZL110表示10号铝硅系合铸造铝合金，一、铝-硅铸造合金铝-硅合金具有极好的流动性，铸造收缩性和线膨胀系数小，优良的焊接性、耐蚀性以及足够的力学性能。但合金的致密度较小，适宜制造致密度要求不太高的、形状复杂的铸件。在简单的二元铝-硅合金中，加入某些强化元素后组成的多元铝-硅合金称为特殊铝-硅合金。1.简单的铝-硅合金简单的二元铝-硅合金（ZL102）是硅含量11%～13%的合金。铸造后的组织为粗大的针状硅与铝基固溶体组成的共晶体和少量的板块状初晶硅。由于组织中粗大的针状共晶硅的存在，合金的力学性能不高，抗拉强度Rm不超过140 MPa，延伸率A不小于3%。若浇注前在熔融合金中加入2%～3%的变质剂，进行变质处理，则可以细化组织。常用的变质剂为2/3NaF+1/3 NaCl或25% NaF+混合物，经搅拌均匀后浇入铸型。经变质处理后的ZL02合金的抗拉强度Rm达180MPa，延伸率A可达8%。铝-硅合金变质处理虽能细化组织，改善力学性能，但由于变质剂钠易与熔融合金中的气体起反应，使变质处理后的铝合金铸件产生气孔（亦称针孔）等铸造缺陷，为了消除这种铸造缺陷，浇注前必须进行精炼脱气，致使铸造工艺复杂化。故目前对于硅含量小于7%～8%的合金一般都不进行变质处理。简单的铝-硅合金经变质处理后，可以提高力学性能。但由于硅在铝中的固溶度变化不大，且硅在铝中的扩散速度很快，极易从固溶体中析出，并聚集长大，时效处理时不能起强化作用，故简单铝-硅合金的强度不高。为了进一步提高铝-硅合金的力学性能，常加入铜、镁等合金元素，形成时效强化相，并通过热处理强化，进一步提高力学性能，以扩大其应用范围。2.含镁特殊铝-硅合金若在铝-硅合金中加入适量的镁，能形成Mg2Si相，它在α固溶体中的固溶度随温度降低而显著减小。在固溶处理时能全部溶入α固溶体，经时效处理能产生显著的强化效果。但镁的加入量过高时，固溶处理后尚有一部分未溶解的过剩相Mg2Si存在，使合金变脆。常用的特殊铝-硅合金有ZLl04、ZLl01等合金。例如，ZL104合金的成份标于图中所示位置，在室温时的平衡组织为α固溶体与(α+ Si)二元共晶体以及自α固溶体中析出的Mg2Si相。热处理后的抗拉强度Rm达240 MPa，延伸率为。铸造、焊接、耐蚀性能等均较高。3.含铜特殊铝-硅合金在铝-硅合金中加入铜能形成θ (CuAl2)强化相，通过热处理能进一步提高合金强度。常用的含铜特殊铝-硅合金有ZL107合金， ZL107经热处理后抗拉强度达260MP，延伸率为3%。4.含铜、镁特殊铝-硅合金铝-硅合金中同时加铜、镁形成的多元合金。．其组织中除Mg2Si、CuAl2等相外，还有Al2CuMg、W（AlxCu4Mg5Si）等强化相。常用的合金有ZL103、ZL105、ZL110等合金。多元特殊铝-硅合金，因其热处理后具有更高的力学性能，故可用作受力较大的内燃机零件，如缸体、缸盖、曲轴箱等。二、铝-铜铸造合金铝-铜铸造合金的最大特点是耐热性高，是所有铸造铝合金中最高的一类合金。其高温强度随铜含量的增加而提高，而合金的收缩率和形成裂纹的倾向则减小。但由于铜含量增加，使合金的脆性增加，故铸造铝台金的铜含量一般不超过14%。铝-铜合金的最大缺点是耐蚀性差，且随铜含量的增加耐蚀性降低。铜含量不同，铝-铜铸造合金的性能特点不同，其用途并不一样。铜含量4%～5%的合金热处理强化效果最好，具有高的强度和塑性，但铸造性能较差。例如ZL203合金适宜制造形状比较简单强度要求较高的铸件。中等铜含量(8%～10%左右）的合金热处理强化效果较差，但铸造性能较好，例如ZL202合金适宜铸造形状复杂，但强度和塑性要求不太高的大型铸件。铜含量高的合金具有高的耐热性能和优良的铸造性能。适宜铸造形状复杂和在高温工作的铸件，如汽车、摩托车发动机的活塞等。三、铝-镁铸造合金铝-镁铸造合金是密度最小（)、耐蚀性最好、强度最高（抗拉强度可达350MP)的铸造铝合金。但由于结晶温度范围宽，故流动性差，形成疏松倾向大，其铸造性能不如铝-硅合金好，且熔化浇铸过程中易形成氧化夹渣，使铸造工艺复杂化。此外，由于合金的熔点较低，故热强度较低，工作温度不超过200℃。常用的铝-镁铸造合金有ZL301、ZL302合金。ZL301合金由α固溶体及其析出的Mg5Al8相所组成。由于铝-镁合金时效处理过程中不经历GP区阶段，而直接析出Mg5Al8相，故时效强化效果较差，且强烈降低合金的耐蚀性和塑性。因此ZL301合金常以淬火状态使用。ZL301合金经固溶处理后抗拉强度Rm达350MPa，延伸率达10%。铝-镁铸造合金常用做制造承受冲击、振动载荷和耐海水或大气腐蚀、外形较简单的重要零件和接头等。四、铝-锌铸造合金锌在铝中的溶解度很大，极限溶解度为32%。铝中加入10%以上的锌能显著提高合金的强度，故铝锌铸造合金具有较高的强度，是最便宜的一种铸造铝合金，其主要缺点是耐蚀性差。常用的铝-锌铸造合金是ZL401合金。由于这种合金含有较高(～）的硅，又称含锌特殊铝-硅合金。在合金中加入适量的锰、铁和镁，可以显著提高合金的耐热性能。主要用于制作工作温度不超过200℃，结构形状复杂的汽车、飞机零件、医疗机械和仪器零件等。五、铸造铝合金的热处理特点及代号铸造铝合金中除了铝-硅合金ZL102、铝-镁合金ZL302外，所有其他合金均能热处理强化。铸造铝合金与变形铝合金比较，其组织粗大，有严重的晶内偏析和粗大的针状化合物。此外，铸件的形状亦比较复杂。因此，铸造铝合金的热处理除了具有一般变形铝合金的热处理特性外，淬火加热温度一般比较高，保温时间比较长，一般均在15～20小时左右。其次，由于铸件的形状比较复杂，壁厚不均匀，为了防止淬火时引起变形开裂，一般采用温度较高（60～100℃）的水作淬火冷却介质。此外，为了保证铸件的耐蚀性以及组织与性能和尺寸稳定性，凡是需要时效处理的铸件，一般都采用人工时效。铸造铝合金的热处理可根据铸件的工作条件和性能要求，选择不同的热处理方法。能力知识点6 耐热铝合金一、耐热铝合金的合金化耐热铝合金的合金化与耐热钢相类似，主要也是通过固溶强化、过剩相强化和晶界强化等几方面来提高其热强性的。1.固溶强化耐热铝合金的固溶强化，要求加入的合金元素与形成的固溶体具有高的热强性，而不显著降低合金的熔点，以保证合金具有较高的再结晶温度。其次，加入的合金元素要能增大原子间的结合力，减慢原子的扩散过程和固溶体分解速度。耐热铝合金通常采用多种合金元素进行合金化。这些合金元素加入后一般降低合金的熔点很少。它们多数是一些熔点比铝高的过渡族元素，常用的合金元素有锰、铁，铜、锂以及稀士元素等。2.过剩相强化耐热铝合金大多是多相合金，一定数量的耐热性能好的过剩相是耐热铝合金不可缺少的，熔点高的、成分和结构复杂、并在高温下与共存的固溶体互相作用微弱的过剩相，具有高的热稳定性。铝合金中热稳定性好的过剩相有A12CuMg(S)、AI6Cu3Ni(T),、(W)、AI2FeSi等。3.晶界强化在铝合金中加入钛、锆和稀土元素等都能有效地强化晶界。特别是稀土元素能与铝中的多种杂质元素起作用，清除晶界处的杂质、达到净化晶界与提高晶界抗蠕变的目的，从而显著地提高铝合金的耐热性能。二、耐热铝合金牌号耐热铝合金根据加工工艺特点不同可分为耐热变形铝合金和耐热铸造铝合金。常用耐热变形铝合金牌号有：2A02、2A16、2A17、2A70、2A80、2A90等；常用耐热铸造铝合金牌号有：ZL110、ZL108、ZL109等，1.耐热变形铝合金1）．耐热硬铝合金耐热硬铝合金为铝-铜-锰系合金，常用的有2A02、2A16、2A17合金。铜和锰是这类合金的重要组成元素。铜含量为～的合金具有高的再结晶温度，因此耐热性能高；同时铜的加入能形成CuAl2强化相，通过人工时效可使合金强化。锰在铝中的扩散系数小，并降低铜在铝中的扩散速度，减慢α固溶体的分解和减小强化相在高温下聚集长大倾向，是保证合金耐热性的主要元素。合金的锰含量在～时，能形成细小弥散的T (CuMn2Al12）相，提高合金的耐热性。但锰含量超过时，由于T相数量增多，相界面增加，加速了扩散过程，使合金耐热性降低。因此，在耐热硬铝合金的锰含量应控制在～。合金中加入少量钛能细化组织且提高合金的再结晶温度，因而提高合金的耐热性。但钛含量超过时，反而使合金耐热性降低，故钛含量应控制在～0 .2%。2A17合金是在2A16 的基础上加入～ Mg的合金。镁能提高合金的室温强度，有利于提高合金在150～250℃下的耐热性能，但它使合金的焊接性能变坏，故应控制在以下。耐热硬铝主要用于制作挤压和模锻的半制品，制造在200～300℃下工作的零件，如压缩机叶片盘或加工成板材用作常温和高温下工作的焊接容器。2）.耐热锻铝合金耐热锻铝合金属于铝-铜-镁-铁-镍系合金，铝-铜-镁-铁-镍系合金属于耐热锻铝合金，常用的牌号是2A70,2A80、2A90合金。这类合金中的主要耐热相为S(A12CuMg)相，因此，合金中应力求使S(A12CuMg)相的数置达到极限值。为此，合金中应相对地降低铜含量，而适当提高镁含量，以保证获得最大数量的S(A12CuMg)相，从而获得优良的耐热性能。铁和镍按1:1的比例同时加入合金时，能形成FeNiAl9，对提高合金的耐热性有良好的作用。但合金中单独加入铁或镍时，都使合金的耐热性降低。耐热锻铝合金除了具有较好的耐热性外，还具有小的热膨胀系数，良好的导热性以及加工工艺性能。可加工成各种棒材、锻件以及制作在150～225℃下工作的结构零件。2.耐热铸造铝合金活塞是发动机中传递能量的一个重要零件，它在工作时承受高温、高压、并高速地往复运动。因此，作为活塞材料，除了要求密度小、导热性好外，还要求具备优良的耐热性和耐磨性以及良好的加工工艺性。活塞铝合金是典型的耐热铸造铝合金。它是在二元铝-硅合金ZL102的基础上，分别加入一定量的铜、镁、镍、锰及稀土元素等，组成的多元铝-硅铸造合金。其中铝-硅-铜-镁系的ZL110和ZL108以及铝-硅-铜-镁-镍系的ZL109合金，是最常用的耐热铸造铝合金，主要用于制造活塞。铝-硅合金中加入铜和镁能形成CuAI2和Mg2Si以及W(AI5Mg5Cu4Si4）相，起强化作用，但镁量过高会出现粗大的过剩相Mg2Si，使合金变脆，并使合金的吸气性增加。锰能提高合金的耐热性。它在固溶体中的扩散系数很小，当合金凝固时锰被保留在固溶体中，起固溶强化作用，提高了固溶体在高温下的稳定性，从而提高合金的耐热性。锰还能形成具有高温硬度的T(CuMn2Al12)相，显著提高合金的热硬性。镍在合金中能形成具有热硬性的AI3Ni或〔CuNi）2AI3相，提高合金的热强度。在ZL109合金组织中主是α, Si, Mg2Si, AI3Ni等相。耐热铝合金的热处理必须保证在工作温度下具有高的组织与性能稳定性。因此，耐热铝合金固溶处理后，均采用人工时效处理。
钛合金锻造工艺研究现状论文
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增材制造技术的快速发展，为钛合金的生产制造提供了新的方法，激光/电子束、熔焊和固态焊三种增材制造方法在钛合金生产中得到了国内学者的广泛研究。研究表明，钛合金采用增材技术可得到高质量零件，但不同增材技术具有不同技术特征，实际应用及未来发展中需要根据实际需求采用不同的增材方法。
1.序言
钛及钛合金因具有密度小、耐高温、耐腐蚀等优异的物理性能及化学性能，在各工业领域都具有广阔的应用前景，包括船舶制造、航天航空、汽车制造等，同时它也是国防工业的重要材料之一。钛合金的应用对工业发展起到巨大的推动作用，优于传统材料的性能使其产品质量有了很大提升，满足了工业发展对新材料、新工艺的发展要求，加速了现代工业的发展。随着钛生产力的不断改善，钛合金已经成为工业生产中的第三金属。
增材制造（Additive Manufacturing，AM）又称“3D打印”，是一种可以实现构件的无模成形的数字化制造技术，具有设计和制造一体化、加工精度高、周期短，产品物理化学性能优异等特点。增材制造技术从20世纪70年代以来发展迅速，因其与传统制造技术具有巨大差异，已然成为工业领域的研究热点，在现代工业的多领域都得到了快速发展。
增材制造技术的迅速发展，理论上可以实现任何单一或多金属复合结构，为复杂结构件的制造提供了新方法。钛合金的增材制造技术，解决了精密结构件的加工难题，进一步加大了钛合金的应用范围。伴随着工业社会的迅速发展，钛合金增材制造技术日新月异，按照增材制造技术的热源不同，可将钛合金增材制造技术分为激光/电子束增材制造、熔焊增材制造和固态焊增材制造三种方式。国内外的专家学者通过不同的增材制造技术手段，优化工艺方法，稳定增材制造过程，减少或避免增材制造结构缺陷产生，使钛合金增材制造技术朝着绿色、高效、稳定的方向继续发展。
2. 激光/电子束增材制造
激光束和电子束作为高密度束源，能量密度高并可调控，被誉为21世纪最先进的制造技术。目前激光/电子束增材制造主要分为激光金属沉积（Laser Mental Deposition，LMD）技术、激光选区熔化（Selective Laser Melting，SLM）技术、电子束熔丝沉积（Electron Beam Free Form Fabrication，EBF3）技术、电子束选区熔化（Electron BeamMelting，EBM）技术，在钛合金增材制造领域皆有广泛研究。
激光金属沉积（LMD）
Mahamood等人采用LMD技术进行了Ti6Al4V/TiC 的功能梯度材料（Functionally gradedmaterials，FGM）研究，根据早期经验模型进行工艺优化，获得优化后的功能梯度材料，对其组织、显微硬度、耐磨性进行表征。研究结果表明，采用优化后工艺参数制造的功能梯度材料拥有更高的性能，硬度是基体硬度的4倍，高达1200HV。Silze等人利用新型半导体激光器采用LMD技术进行Ti6Al4V的增材制造试验研究，LMD装置是由6个200W半导体激光头圆形环绕在进给枪上（见图1），激光束直径，可以实现方向独立的焊接工艺过程，显微结构无缺陷。研究结果表明，随着层间停留时间的延长，冷却时间增加，晶粒厚度降低，有助于提高材料的力学性能，采用LMD技术增材制造均能满足锻造Ti6Al4V所规定的最低屈服强度和抗拉强度要求。
Heigel等人采用原位温度、应力实时测量与热机模型结合有限元热-应力顺序耦合模型的方式，研究了Ti6Al4V激光沉积增材制造过程中的热、力演化过程，结果发现残余应力最大力出现在增材层的中心下方，向两侧方向应力减小，随着停留时间增加，层间温度差变大，残余应力增大。左士刚利用TA15钛合金球形粉末采用激光沉积技术进行了TC17钛合金增材修复制造过程研究，研究了修复件组织特性与力学性能影响规律。结果表明，采用激光沉积技术增材修复后的TA15/TC17修复件无焊接缺陷，修复件抗拉强度为1029MPa，采用退火处理后，力学性能明显增强，抗拉强度基本可达TC17锻件标准，伸长率优于标准。
综上所述，对于钛合金的LMD技术增材制造相对较为稳定，增材件力学性能基本满足锻件最低标准，对于某些特定需求钛合金则要进行增材制造后热处理的方式达到使用要求。
激光选区熔化（SLM）
唐思熠等人采用SLM技术制备Ti6Al4V钛合金试样（见图2），并对微观组织、力学性能和致密化行为进行了分析研究。结果发现，激光功率从360W增加到400W时，致密度提高明显；在400W后继续增加功率，致密度受激光扫描速度的影响较大，最优工艺参数下的试样质量远高于锻件标准。
Polozov等人采用SLM技术进行增材制造Ti-5Al、Ti-6Al-7Nb和Ti-22Al-25Nb块状合金，对Ti-Al-Nb系统进行退火处理，对试样进行系统表征研究。结果发现，Ti-5Al可以采用SLM增材制造成钛合金，Ti-6Al-7Nb和Ti-22Al-25Nb则需要在1350℃下热处理才能完全溶解Nb颗粒，但是此时样品氧含量较高，力学性能降低。
Fan等人研究了SLM技术增材制造Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo（Ti-6242）钛合金在标准时效（595℃/8h）下的显微组织稳定性。研究结果发现，随着激光扫描速度的提高，相对密度增加到后急剧下降到大约，时效老化处理的Ti-6242相对刚制成的Ti-6242抗拉强度从1437MPa提升至1510MPa，延展性从5%降低到，同时硬度也从410HV增加到450HV，β相颗粒的沉淀硬化作用是产生这种变化的重要原因。
Ren等人采用SLM技术增材制造进行了Ti-Ni形状记忆合金组织性能的研究工作，制备等原子Ti50Ni50（质量分数）样品，结果发现，在激光功率为40J/mm3，扫描速度为1000mm/s下可制造几乎完全致密试样，不同扫描速度对相组成、相变温度和维氏硬度的影响作用有限，与传统铸件相比，SLM技术增材制造件拥有较高的真空压缩和断裂强度。
综上所述，对于Ti6Al4V的SLM技术增材制造相对较容易实现，对于钛与其他元素合金的SLM技术增材制造还需要做进一步地研究，需要进行预热或者其他热处理手段和进行氧含量的控制手段来增强其他钛合金SLM技术增材制造的力学性能，获得高质量的研究试样。
电子束熔丝沉积（EBF3）
靳文颖研究了TC4钛合金的电子束熔丝沉积增材修复技术，进行了普通TC4焊丝和自制TC4EH焊丝的增材修复性能对比。研究发现，采用自制TC4EH焊丝的抗拉强度（）明显高于TC4普通焊丝（），硬度和冲击韧度同样较高，伸长率可达原材料的90%以上，具有优良的力学性能。
Chen等人进行了电子束熔丝沉积Ti6Al4V变形控制研究（见图3），电子束以100~150mA之间的扫描电流和低于100mm/s的速度工作，则可以形成薄壁件，扫描形式对残余应力分布影响不大，单向扫描变形更大，收缩变形在往返扫描情况下较为明显，并且与电流变化成正比关系，同时，发现基板底部恒定温度约束下，变形得到改善。
Yan等人研究了电子束熔丝沉积Ti6Al4V加强筋的残余应力与变形，研究发现，两个加强筋都对板产生不利的变形，纵向轨道比横向轨道引起板更大的变形，加强筋的沉积轨迹对变形有很大影响，最大位移发生在与纵向轨道相关的加强筋的内底边缘，高残余应力区域主要集中在加强筋的根部。
综上所述，对于钛合金的电子束熔丝沉积增材制造的研究相对较少，主要偏向借助有限元分析软件的变形控制等领域。分析认为，电子束熔丝沉积增材制造可以克服传统的钛合金加工方式的弊端，借助有限元分析软件更为实际应用过程中提供了基础理论的指导。
电子束选区熔化（EBM）
Murr等人采用EBM增材制造的方法制备多孔泡沫Ti6Al4V，研究了刚度与密度之间的关系。结果发现泡沫具有实心孔和中空孔结构，与实心、紧密的EBM制造件相比，中空孔结构的强度与硬度成正比，强度高出40%，并且刚度与孔隙率成反比，采用EBM增材制造的泡沫材料在生物医学、航空航天等领域的应用具有巨大潜力。
许飞等人采用电子束选区熔化技术对制备的TC4钛合金开展了大功率高速光纤激光焊接试验研究。结果表明，受EBM技术增材制造TC4的晶粒尺寸差异的影响，激光焊接试验熔合区靠近上下表面的β柱状晶组织相对细小。焊缝区显微硬度高于增材区硬度，且顶部硬度较高。
Seifi等人研究利用EBM增材制造Ti-48Al-2Cr-2Nb的组织性能研究，结果发现，所沉积的材料强度和硬度值超过了常规铸造Ti-Al所获得的强度和硬度值，这与目前测试的增材材料中存在更精细的微观结构相一致。
Surmeneva等人研究了采用EBM技术增材Ti–10%Nb（质量分数，下同）的组织性能研究。结果发现，通过EBM技术元素Nb和Ti的粉末混合物中原位生产Ti-10%Nb合金，最大的Nb颗粒保留在EBM制造的样品中，并且Nb仅部分扩散到Ti中，如图4所示，应该对EBM工艺的参数优化进行更多的研究，以实现更均匀的合金显微组织。
综上所述，对于Ti6Al4V的EBM研究相对较为广泛，发现对于Ti-Nb合金的EBM技术增材制造仍难很好地解决Nb颗粒的扩散问题，会导致显微组织不均匀，因此对于Ti-xNb合金的增材制造还需要更多的工艺优化试验进行材料性能的提升。
3.熔焊增材制造
与其他增材制造方式相比，熔焊增材制造操作性更强，成本更低，但结构可靠性相对较低。熔焊增材制造一般采用焊丝增材制造，但是由于基材和初始沉积层之间的热梯度大，以及辐射和对流热损失，会在制造的部件底部观察到细晶粒结构。由于较低的热梯度，传热速率较低，这阻碍了在增材过程的中间层形成细晶粒结构，而只在制造部件的中间形成长的柱状晶粒。
CMT电弧增材制造
李雷等人采用CMT电弧增材TC4薄壁结构，研究其增材层组织性能。结果发现，由于增材过程热循环的反复作用，原始β柱状晶晶界、水平层带条纹、马氏体组织和网篮组织等形态出现在增材层中，由于时效作用，对中下部区域产生强化作用，造成上部增材层显微硬度略低于中下部显微硬度（见图5）。
陈伟进行了CMT电弧增材TC4的微观组织及力学性能研究。结果发现，在设定送丝速度为、焊接速度为的参数下，原始β晶粒剖面面积最小，CMT电弧增材制造TC4钛合金在870℃，1h/固溶炉冷（FC）+600℃、2h/固溶空冷（AC）下热处理，获得的各区域微观组织较均匀，固溶处理后的材料塑性较高。
等离子弧增材制造
Lin等人采用PAW增材制造Ti6Al4V，在微观结构和显微硬度方面进行了研究。结果发现，先前的β柱状晶粒的外延生长受到脉冲扰动的抑制，这导致形成了具有接近等轴晶粒的柱状晶粒，在沉积早期，由于热循环不足，显微硬度较低，在后续沉积中，硬度升高，在沉积层的顶部，不受连续热循环的影响，导致第二相的体积减小，硬度值降低。
马照伟进行了旁路热丝等离子弧增材制造钛合金的组织性能研究（见图6）。结果发现，钛合金增材构件的横向抗拉强度为977MPa，强度与TC4母材的抗拉强度相当，断裂位置在增材直壁结构尾部区域，这是由于横向焊缝为连续熔化-凝固而来，焊缝中的缺陷和杂质较少，使得横向焊缝具有良好强度性能的钛合金增材构件的竖向抗拉强度为
936MPa，断裂位置在增材直壁结构上部区域，性能较横向焊缝稍差。靠近母材的热影响区硬度相对较低，出现了小范围的软化区，整体的竖向硬度差别并不明显。
复合电弧增材制造
Pardal等人进行了激光和CMT复合焊接增材制造Ti6Al4V的结构件稳定性研究。结果发现，激光可用于稳定焊接过程，减少焊接飞溅，改善电弧漂移的情况，改善单层和多层沉积的焊缝形状，并将Ti6Al4V增材制造的沉积速率从提高到。
综上所述，对于熔焊增材制造钛合金主要集中在TC4的研究中，多采用CMT、等离子等高效熔丝工艺方式，同时采用其他热源辅助焊接的方式稳定焊接过程，进行钛合金的增材制造。分析认为，对于熔焊钛合金增材制造的发展方向应开拓研究制备钛合金功能性材料，便于多领域全方位的应用推广，复合热源的增材方式或其他可控热输入的稳定
增材方式会成为熔焊增材的热门研究方向。
4.固态焊增材制造
搅拌摩擦增材制造（FSAM）
搅拌摩擦增材制造是一种从搅拌摩擦焊接技术发展而来的固相增材技术，原理如图7所示。增材效率高、成本低；在增材过程中没有金属的熔化和凝固，可以避免熔池带来的冶金缺陷问题，同时搅拌摩擦过程中塑性变形还可以起到晶粒细化的作用，获得低成本、高质量增材产品。
张昭等人基于Abaqus生死单元法和移动热源法建立两种搅拌摩擦增材制造Ti6Al4V有限元模型，研究搅拌摩擦增材的温度分布和晶粒生长情况。研究结果发现，横向增材峰值温度大于纵向增材峰值温度，在搅拌区冷却及增材累积过程晶粒粗化，并且由β相转变为α相，由于不同热循环次数的影响，低层搅拌区晶粒尺寸较大，高层搅拌区晶粒尺寸较小。
超声波增材制造（UAM）
超声波增材制造（UAM）是一种新的快速成形工艺，用于在室温或接近室温的条件下制造金属基复合材料。较低的加工温度使复合材料能够通过利用嵌入在基体中的高度预应变的形状记忆合金（SMA）纤维产生的回复应力。
Hahnlen等人利用UAM技术制造NiTi-Al复合结构界面强度研究，纤维-基体界面的强度是UAM复合材料的限制因素。结果发现，平均界面剪切强度为，纤维与界面结合方式是机械键合，未发生化学键合或冶金键合方式。
为提高碳纤维增强材料（CFRP）的承重能力，使其能在航空航天和汽车工业上进一步推广应用，James等人进行了CFRP/Ti的超声波增材制造中剪切破坏强度的研究，研究结果发现，采用UAM技术可以实现CFRP/Ti的结构制造，超声波能量和表面粗糙度都对UAM制成结构的剪切强度产生积极影响，在焊接前增加界面的表面粗糙度有助于增加最终焊缝的剪切破坏负荷。
综上所述，关于超声波增材制造钛合金的研究较少，主要进行的是金属基复合材料的研究，以增强复合材料的特定性能满足实际生产应用，分析认为，在未来研究中，应侧重于提升复合材料的力学性能研究方向。
5 结束语
随着现代工业的迅速发展，轻量化的设计成为结构件的发展方向，对结构件的性能和质量要求变的越来越严格，钛合金增材制造技术的迅速发展，可以进一步扩大钛合金结构件的应用范围，提高钛合金增材件的性能，增强结构稳定性。综合国内外所研究的钛合金增材制造技术和现代工业的发展方向，未来钛合金增材制造技术注定将朝着绿色、经济、稳定、快速的方向发展。
1）从绿色发展方向来看，搅拌摩擦增材制造起步阶段较晚，还处于试验研究阶段，未来进行多金属材料的复合结构增材制造，实现特定结构的特种性能，将是该技术的一个研究方向。
2）对于经济、稳定的发展方向，则需要进行电弧增材的稳定性过程探索，尤其是新型复合电弧增材制造的稳定性研究。
3）对于快速性的发展方向，目前阶段激光/电子束增材制造工艺相对较为成熟，应继续探究激光增材制造的经济适用性，从实际生产中的装配精度到生产制造中的工艺优化过程，进而降低生产成本，为钛合金增材制造结构件大面积的生产应用打下基础。
钛合金具有强度高而密度又小，机械性能好，韧性和抗蚀性能很好。另外，钛合金的工艺性能差，切削加工困难，在热加工中，非常容易吸收氢氧氮碳等杂质。还有抗磨性差，生产工艺复杂。现在主要用于人造地球卫星、登月舱、载人飞船和航天飞机，生产工艺不大知道
钛及钛合金的锻造工艺研究论文
1975-1978年：毕业于大连理工大学铸造专业获学士学位1978-1981年：毕业于哈尔滨工业大学铸造专业获硕士学位1981-1985年：毕业于哈尔滨工业大学铸造专业获博士学位1985-1987年：哈尔滨工业大学金属工艺系讲师1987-1991年：哈尔滨工业大学金属工艺系副教授1994-1999年：哈尔滨工业大学材料工程系教授1999-目前 ：哈尔滨工业大学材料科学与工程学院材料工程系博士生导师 国务院材料科学与工程材料加工学科通讯评委；中国机械工程学会理事；全国铸造学会理事；黑龙江省机械工程学会副秘书长；黑龙江省欧美同学会常务理事；哈尔滨市留学归国人员联谊会常务理事；国家自然科学基金材料科学与工程学部通讯评委；稀有金属材料与工程杂志编委；哈尔滨工业大学学报编委。 他对稀土及钛硼在铝合金凝固过程中的行为进行了深入的研究，取得了优良的成绩。在国内首次提出了盐类细化剂在熔体中的富钛区物理模型，对异项形核理论有所发展。其次，建立了稀土铝合金强度极限与二次枝晶间距之间的数学关系，并发现了铈对铝合金液、固相线的影响，以及新的 AL3CU4CE相。发表论文20余篇。他的研究工作在学术上已达到国际水平。在改进铸造铝合金组织及性能方面已生产积极效果，具有一定的经济效益及社会效益。 中国期刊全文数据库 共134篇[1]徐丽娟；于宏宝；黄玉东；肖树龙；陈玉勇；.牙科用Ti-Cr合金的显微组织及性能[J]中国有色金属学报.2010,(S1）[2]赵而团；孔凡涛；肖树龙；陈艳飞；陈玉勇；.IMI834高温钛合金熔模铸造充型性能[J]中国有色金属学报.2010,(S1）[3]陈艳飞；陈玉勇；田竟；肖树龙；徐丽娟；.离心熔模精铸TiAl合金与ZrO_2型壳的界面反应[J]中国有色金属学报.2010,(S1）[4]孔凡涛；张树志；陈玉勇；.Ti-46Al-2Cr-4Nb-Y合金的高温变形及加工图[J]中国有色金属学报.2010,(S1）[5]杨非；陈玉勇；孔凡涛；肖树龙；徐丽娟；.包套锻造对合金组织和性能的影响[J]中国有色金属学报.2010,(S1）[6]肖树龙；于宏宝；韩杰才；徐丽娟；陈玉勇；.机械合金化与放电等离子烧结制备(Cr,Nb,B,Ta）合金[J]中国有色金属学报.2010,(S1）[7]陈玉勇；杨非；孔凡涛；肖树龙;.Constitution modeling and deformation behavior of yttrium bearing TiAl alloy[J]Journal of Rare ,(02）[8]王录才；陈玉勇；游晓红；王芳；武建国；.三明治复合结构泡沫铝的制备及界面组织分析[J]粉末冶金技术.2010,(06）[9]朱洪艳；吴宝昌；张东兴；李地红；陈玉勇；.孔隙对碳纤维/环氧复合材料层合板层间剪切疲劳性能的影响[J]复合材料学报.2010,(06）[10]杨非；陈玉勇；蔡一湘；孔凡涛；肖树龙；.β型γ-TiAl合金的制备及其反常屈服行为研究[J]材料研究与应用.2010,(04）中国专利全文数据库 共32篇[1]陈玉勇；孔凡涛.含元素钇的TiAl金属间化合物板材的制备方法[P]..哈尔滨工业大学.2007-08-08[2]孔凡涛；陈玉勇.叠层轧制-扩散复合制备钛合金/TiAl合金复合板材的方法[P]..哈尔滨工业大学.2007-08-08[3]孔凡涛；陈玉勇；杨非.三维网状结构Ti2AlC增强的TiAl基复合材料及其制备方法[P]..哈尔滨工业大学.2007-08-08[4]陈玉勇；孔凡涛.一种用元素粉末制备TiAl合金复合板材的方法[P]..哈尔滨工业大学.2007-08-08[5]孔凡涛；陈玉勇.一种预合金化粉末制备TiAl合金复合板材的方法[P]..哈尔滨工业大学.2007-08-08[6]陈玉勇；田竞；孔凡涛；卢玉红；陈艳飞；王惠光；肖树龙；徐丽娟.铸造钛及钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料及其制备方法[P]..哈尔滨工业大学.2008-01-09[7]陈玉勇；田竞；卢玉红；孔凡涛;王惠光；刘志光；肖树龙；徐丽娟；陈艳飞；周浩.铸造钛及钛铝基合金多孔陶瓷型壳的制备方法[P]..哈尔滨工业大学.2008-01-16[8]刘志光；张玉梅；陈玉勇.钛/羟基磷灰石生物复合材料及其制备方法[P]..哈尔滨工业大学.2008-02-20[9]李庆春；陈玉勇；李战江.铝-钛-硼-稀土中间合金及熔制方法[P]..哈尔滨工业大学.1990-02-14[10]陈玉勇；贾均；马顺龙.一种氯化稀土变质剂[P]..哈尔滨工业大学.1990-10-17中国重要会议全文数据库 共6篇[1]李培杰；陈玉勇；贾均；.一种新型铝合金熔剂喷吹综合处理技术的研究[A].中国科学技术协会首届青年学术年会论文集（工科分册·上册）.1992-04-01[2]许庆彦；李庆春；陈玉勇；.多孔铝合金的成形工艺理论研究[A].Proceedings of the 4～（th) International Conference on Frontiers of Design and [3]陈玉勇；.钛合金及TiAl系金属间化合物的研究进展及发展趋势[A].人才、创新与老工业基地的振兴——2004年中国机械工程学会年会论文集.2004-10-01[4]陈玉勇；肖树龙；李宝辉；司玉锋；.铸造钛合金及钛铝系金属间化合物的研究进展及发展趋势[A].2004中国铸造活动周论文集.2004-10-01[5]孔凡涛；陈玉勇；田竞；陈子勇；韩杰才；.钇对Ti-43Al-9V合金组织性能的影响[A].第九届材料科学与合金加工学术会议专刊论文集.2004-06-30[6]徐丽娟；肖树龙；陈玉勇；.Mo含量对牙科用Ti-Mo合金显微组织及性能的影响[A].第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集⑸.2007-11-01承担国家科研项目 共1个[1]陈玉勇；.快速凝固TiAl-Cr-Nb-Y合金结构特征与组织性能的研究[A].哈尔滨工业大学;.项目经费 30万元.2006-03-27.资助文献数 2 篇
钛及钛合金铸件铸造生产工艺 钛及钛合金具有密度低，比强度高，耐腐蚀，线胀系数小，生物相溶性好等优异性能，在航空、航天、远洋运输、化工、冶金、医疗卫生等行业中都是不可缺少的结构材料。工业上最初应用的钛及钛合金制件都是变形件，随着其用量的增多和应用范围的扩大，变形反映出机械加工量大，材料利用率低，生产成本高等弊端，于是铸造技术由此发展起来。钛铸造是比较经济且又容易实现的近成形工艺。钛及钛合金在熔融状态下具有高化学活性，要与常用的各种耐火材料发生化学反应，熔炼和铸造成形难度很大，必须有其专用的造型材料和造型工艺以及专用的熔炼与铸造设备。 一）熔炼工艺： 我国的钛铸造90% 以上熔炼与铸造设备都采用真空自耗电极电弧凝壳炉加离心铸造。坩埚采用水冷铜坩埚，钛液的最大浇注量为500 kg。 自耗电极电弧熔炼法是以钛或钛合金制成的自耗电极为阴极，以水冷铜坩埚为阳极；大电流熔炼，钛电极的熔化速度远远大于钛的凝结速度，熔化了的电极以液滴形式进入坩埚，形成熔池；熔池表面被电弧加热，始终呈液态，底部和坩埚接触的四周受到循环水强制冷却，产生自下而上的结晶。这种方法具有结构简单、维持费用低、大型化容易等优点，缺点是浇注温度难以调节和控制，一停弧后，金属液必须在3~5秒内全部从坩埚倒出，否则温度急剧下降，金属液过热度不高，使得液体流动性和补缩能力较差。自耗电极电弧熔炼对电极的质量要求很高，要求电极内部组织致密。熔炼过程中危险性较大，稍微操作不慎将会出现电弧损坏坩埚，造成坩埚外壁强制冷却的循环水进入坩埚，污染钛液，水蒸气损坏真空泵系统。 二）铸造型腔工艺： 钛合金铸造的造型工艺主要有金属型、机加工石墨型、金属面层陶瓷型壳、氧化物陶瓷型壳。 1）金属型 金属型在钛合金铸造领域中，用作铸型的金属材料主要有铜、钢、铸铁、钨、钼等，与石墨加工型一起统称为硬模系统。由于存在着工艺上的分型等难点，这种方法很难制造出复杂形状的钛铸件，而大多只在特定的铸件上使用。 2）石墨型 机加工石墨型强度高，退让性不好，对液态钛要产生激冷，常使铸件表面产生裂纹和冷隔，生产成本高、生产周期长。石墨孔隙较大，容易吸潮，所以机加工石墨型使用前必须进行除油、除气处理，否则铸件表面氧化现象严重。铸件尺寸比较大，壁比较厚（≥5mm），形状简单，所需数量只有一件或几件。选择机加工石墨型。 3）陶瓷型 （1）金属面层陶瓷型壳采用难熔金属钨粉作为耐火材料，金属钨的熔点高，与钛液接触时化学稳定性好，但是钨粉应具有较高的纯度，杂质含量不能超过规定标准，否则将影响钛铸件的品质。钨面层熔模型壳必需采用溶剂脱蜡，而且在特制的脱蜡槽中进行，对人体健康有很大的伤害，同时也污染环境。钨面层型壳高温焙烧必须在还原性气氛下进行，脱蜡后沉积在型壳外貌上的模料灰分很难烧化，在浇注时很容易与液钛反应，在铸件外貌形成气孔。涂料浆工艺性能不好，悬浮性差，涂料浆寿命短，保存困难，价格昂贵。 （2）氧化物陶瓷型壳是将惰性氧化物做为面层型壳耐火材料。各种氧化物材料按其对熔融钛合金的化学稳定性由低到高排列的顺序如下：SiO2、MgO、Al2O3、CaO、ZrO2、Y2O3、ThO2。ThO2由于具有放射性已基本不用。CaO容易吸潮，所以阻碍了它的应用。现在，用作熔模铸造型壳面层和邻面层的材料主要是Y2O3、ZrO2。 未经稳定化处理的ZrO2不能做为铸钛的造型材料，因为它会发生同素异形体转变，常温下为单斜晶体，高温下为四方晶体，温度更高则转变为立方晶体，单斜晶体转变为四方晶体时，伴随着9%左右的体积变化，使型壳发生开裂。通常采取向ZrO2 中加入4%~8%的CaO，经高温电熔或煅烧后就可以得到稳定的ZrO2 固溶体（也有用Y2O3稳定），工业上大多采用电熔ZrO2。 Y2O3 同ZrO2 一样，必须经过高温稳定化处理后才能用作钛合金造型材料。Y2O3 陶瓷型壳具有热导率低、强度高等优点，浇注出的铸件表面质量好，但Y2O3价格比较昂贵，来源困难。 我国的铸钛工业发展比较快，近几年来新增加了一些铸钛生产厂。目前，全国的铸钛生产厂、研究所已经将近20 个，新增的钛铸造厂也都将产品定位在钛熔模精密铸件上，陕西锦瀚稀贵金属有限公司常年与哈尔滨工业大学、西安交通大学、西北工业大学进行技术交流合作，致力于钛、镍、锆及其合金的精密铸件生产，形成以精密铸造为主、机加工石墨型为辅的生产模式。 随着钛及钛合金铸造技术的发展和日益成熟，加上热等静压（HIP）技术的诞生和在钛合金铸件方面的成功应用，较好的解决了铸件的质量问题，提高了铸件的可靠性。从20世纪80年代以后，钛及钛合金铸件在航空、航天及其他方面的应用每年以20%的速度递增。铸造工艺方面，目前已经由单件铸造发展到几件或几十件零件组合成的大型整体铸件。应用范围已经从早期的受力不大的非关键静止结构件发展到成为航空发动机中的构件组成部分，完全取代了一些变形钛合金、铝合金、钢件。 随着航空发动机对推重比和刚度要求的提高，要求其中的一些关键钛合金构件做成大型复杂薄壁的整件精铸件。一些先进的航空大型涡轮发动机风扇机匣、中介机匣、前机匣、压缩机机匣等都开始使用钛合金精铸件。大型客机的导风管、隔热屏、支架、框架、耳轴、支撑架、刹车壳体、等也都以钛合金精铸件替代原来的构件。 军用飞机方面，钛合金铸件的使用也逐步在增加，如：支座、框架、支架、制动勾、机翼上受力物件、方向舵转动装置支架、变速装置壳件、吊架支撑附件等，实践证实了钛合金铸件在飞机上的应用是成功、可靠的。不仅如此，在生产成本上，由于使用了钛合金铸件，使飞机的某些机构的设计、加工、紧固、装配等都变得比原来未使用钛合金铸件时的机构简化了，从而大大降低了飞机的制造成本。钛合金铸件在航天领域中主要用于导弹、航天飞机飞船、人造卫星。其应用部位主要为：导弹壳体、尾翼、舵翼及连接座等，航天飞机和飞船支架、框架、支座、附件、壳体等，由于钛合金铸件具有高的刚性、轻的重量和光学玻璃相当的热膨胀系数，也应用于人造卫星及其他光学仪器的托框、基座、连结架以及壳体等。 钛及钛合金铸件在日常工业生产方面也有着广泛的应用领域。由于钛及钛合金具有良好的耐腐蚀性能，是化工及其他耐腐蚀工业的不可替代的材料。广泛应用于化工、造纸、石油、制碱、冶金、农药等工业。主要应用产品是以工业纯钛和钛—钯合金为材质的铸造钛泵、钛风机，各种不同类型的阀门，如：截止阀、球阀、旋塞阀、闸阀、蝶阀、止回阀等。 随着人们生活水平的提高和对健康质量要求的提升，钛合金以其高的疲劳强度，和人体超强的亲和力等诸多优点，也被越来越多的用在医疗卫生领域。如：铸造钛合金髋关节修复件、膝关节修复件、人体假肢、口腔修复等等。运动器械领域钛合金精密铸件的用量非常巨大，如：自行车配件，高尔夫球头。尤其是钛合金高尔夫球头市场容量最为巨大，但铸造工艺比较复杂。 目前，钛及钛合金铸件的使用范围还在扩展，更多的应用领域也在相继研究，但还存在着一些问题：1.合金品种少、牌号少，基本上常用的钛合金都是工业纯钛铸件和TC4合金铸件。2.铸件应用范围小，大部分铸件都用在了石油化工行业（工业纯钛铸件），航空、航天领域应用很少，致使我国钛铸造工业的工艺和技术水平难以提高。3.造型工艺普遍落后，大部分厂家都是用石墨型造型工艺（机加工石墨型和捣实石墨型），而熔模精密铸造应用很少。铸造出的铸件表面比较粗糙。4.熔炼设备基本上都为真空自耗电极电弧凝壳炉，熔炼过程危险性较高，熔化金属液过热度不高，造成铸件表面易产生流痕、冷隔等缺陷，薄壁零件成形困难。 为改善我国钛铸造工业生产的落后状态，提高我国铸钛工业的整体工艺和技术水平，还需进行以下几方面的研究：1.改进现有的造型工艺，研究新的粘结剂和造型材料，简化工艺，缩短生产周期，降低生产成本。2.研究和发展新的熔炼和铸造设备及其技术，提高金属液的过热度，改善和提高铸造钛液的流动性和充型补缩能力，为研制大型复杂薄壁整体精铸件创造有利条件。3.进一步扩大计算机模拟凝固技术在钛合金铸造中的应用，以提高铸件质量，减小铸件的废品率。4.研究和发展钛合金铸件的各种热处理工艺和热化学处理技术，以改善钛合金铸件的微观组织结构，提高铸件的力学性能。5.熔模铸造只能生产中小型铸件，应寻求一种生产更大型、更净形、更高效铸件的造型工艺，提高钛合金铸件的生产能力。
钛的热处理方法 一.钛的基本热处理: 工业纯钛是单相α 型组织,虽然在890℃以上有α-β 的多型体转变,但由于 相变特点决定了它的强化效应比较弱,所以不能用调质等热处理提高工业纯钛的 机械强度.工业纯钛唯一的热处理就是退火.它的主要退火方法有三种：1 再结 晶退火 2 消应力退火 3 真空退火.前两种的目的都是消除应力和加工硬化效应, 以恢复塑性和成型能力. 工业纯钛在材料生产过程中加工硬度效应很大.图2-26 所示为经不同冷加 工后,TA2 屈服强度的升高,因此在钛材生产过程中,经冷、热加工后,为了恢 复塑性,得到稳定的细晶粒组织和均匀的机械性能,应进行再结晶退火.工业纯 钛的再结晶温度为550-650℃,因此再结晶退火温度应高于再结晶温度,但低于 α-β 相的转变温度.在650-700℃退火可获得最高的综合机械性能（因高于700℃ 的退火将引起晶粒粗大,导致机械性能下降）.退火材料的冷加工硬化一般经 10-20 分钟退火就能消除.这种热处理一般在钛材生产单位进行.为了减少高温 热处理的气体污染并进一步脱除钛材在热加工过程中所吸收的氢气,目前一般钛 材生产厂家都要求真空气氛下的退火处理. 为了消除钛材在加工过程（如焊接、爆炸复合、制造过程中的轻度冷变形） 中的残余应力,应进行消应力热处理. 消应力退火一般不需要在真空或氩气气氛中进行,只要保持炉内气氛为微氧 化性即可. 二.钛及钛合金的热处理: 为了便于进行机械工业加并得到具有一定性能的钛和钛合金,以满足各种 产品对材料性能的要求,需要对钛及钛合金进行热处理. 1．工业纯钛（TA1、TA2、TA3）的热处理 α-钛合金从高温冷却到室温时,金相组织几乎全是α 相,不能起强化作用, 因此,目前对α-钛只需要进行消应力退火、再结晶退火和真空退火处理.前 两种是在微氧化炉中进行,而后者则应在真空炉中进行. （一）消应力退火 为了消除钛和钛合金在熔铸、冷加工、机械加工及焊接等工艺过程中所产生 的内应力,以便于以后加工,并避免在使用过程中由于内应力存在而引起开裂破 坏,对α-钛应进行消除应力退火处理.消除应力退火温度不能过高、过低,因为 过高引起晶粒粗化,产生不必要的相变而影响机械性能,过低又会使应力得不到 消除,所以,一般是选在再结晶温度以下.对于工业纯钛来说,消除应力退火的 加热温度为500-600℃.加热时间应根据工件的厚度及保温时间来确定.为了提 高经济效果并防止不必要的氧化,应选择能消除大部分内应力的最短时间.工业 纯钛消除应力退火的保温时间为15-60 分钟,冷却方式一般采用空冷. （二）再结晶退火（完全退火） α-钛大部分在退火状态下使用,退火可降低强度、提高塑性,得到较好的综 合性能.为了尽可能减少在热处理过程中气体对钛材表面污染,热处理温度尽可 能选得低些.工业纯钛的退火温度高于再结晶温度,但低于α 向β 相转变的温度 120-200℃,这时所得到的是细晶粒组织.加热时间视工件厚度而定,冷却方式 一般采用空冷.对于工业纯钛来说,再结晶退火的加热温度为680-700℃,保温 时间为30-120 分钟.规范的选取要根据实际情况来定,通常加热温度高时,保 温时间要短些. 需要指出的是,退火温度高于700℃时,而且保温时间长时,将引起晶粒粗 化,导致机械性能下降,同时,晶粒一旦粗化,用现有的任何热处理方法都难以 使之细化.为了避免晶粒粗化,可采取下列两种措施： 1）尽可能将退火温度选在700℃以下. 2） 退火温度如果在700℃以上时,保温时间尽可能短些,但在一般情况下, 每mm 厚度不得少于3 分钟,对于所有工件来讲,不能小于15 分钟. （三）真空退火 钛中的氢虽无强化作用,但危害性很大,能引起氢脆.氢在α-钛中的溶解 度很小,主要呈TiH2 化合物状态存在,而TiH2 只在300℃以下才稳定.如将α- 钛在真空中进行加热,就能将氢降低至以下.当钛中含氢量过多时需要除 氢,为了除氢或防止氧化,必须进行真空退火.真空退火的加热温度与保温时间, 与再结晶退火基本相同.冷却方式为在炉中缓冷却到适当的温度,然后才能开炉, 真空度不能低于5×10-4mmHg. 二．TC4（Ti-6Al-4V）的热处理 在钛合金中,TC4 是应用比较广泛的一种钛合金,通常它是在退火状态下 使用.对TC4 可进行消除应力退火、再结晶退火和固溶时效处理,退火后的组织 是α 和β 两相共存,但β 相含量较少,约占有10%.TC4 再结晶温度为750℃. 再结晶退火温度一般选在再结晶温度以上80~100℃（但在实际应用中,可视具 体情况而定,如表5-26）,再结晶退火后TC4 的组织是等轴α 相+β 相,综合性 能良好.但对TC4 的退火处理只是一种相稳定化处理,为了充分民掘其优良性 能的潜力,则应进行强化处理.TC4 合金的α+β/β 相转变温度为980~990℃,固 溶处理温度一般选在α+β/β 转变温度以下40~100℃（视具体情况而定,如表5-26 所示）,因为在β 相区固溶处理所得到的粗大魏氏体组织虽具有持久强度高和断 裂韧性高的优点,但拉伸塑性和疲劳强度均很低,而在α+β 相区固溶处理则无此 缺点. 规 范 类 型 温 度（℃） 时间（min） 冷 却 方 式 消除应力退火 550~650 30~240 空 冷 再结晶退火 750~800 60~120 空冷或随炉冷却至590℃后空冷 真空退火 790~815 固溶处理 850~950 30~60 水 淬 时效处理 480~560 4~8h 空 冷 时效处理是将固溶处理后的TC4 加热到中等温度,保持一定时间,随后空冷. 时效处理的目的是消除固溶处理所产生的对综合性能不利的α’相.固溶处理所产 生的淬火马氏体α’,在时效过程中发生迅速分解（相变相当复杂）,使强度升高, 对此有两种看法： 1.认为由于α’分解出α+β,分解产物的弥散强化作用使TC4 强度升高. 2.认为在时效过程中,β 相分解形成ω 相,造成TC4 强化. 随着时效的进行,强度降低,对此现象也有两种不同的观点： 1．β 相的聚集使强度降低（与上述1 对应）. 2．ω 相的分解为一软化过程（与上述2 对应）. 时效温度和时间的选择要以获得最好的综合性能为准.在推荐的固溶及时效 范围内,最好通过时效硬化曲线来确定最佳工艺（如图5-28 所示.此曲线为TC4 经850℃固溶处理后,在不同温度下的时效硬化曲线）.低温时效（480-560℃） 要比大于700℃的高温时效好.因为在高温时的拉伸强度、持久和蠕变强度、断 裂韧性以及缺口拉伸性能等各方面,低温时效都比高温时效的好. 经固溶处理的TC4 综合性能比750-800℃ 退火处理后的综合性能要好. 需要指出的是,TC4 合金的加工态原始组织对热处理后的显微组织和力学性 能有较大的影响.对于高于相变温度,经过不同变形而形成的网兰状组织来说, 是不能被热处理所改变,在750~800℃退火后,基本保持原来的组织状态；对于 在相变温度以下进行加工而得到的α 及β 相组织,在750-800℃退火后,则能得 到等轴初生α相及转变的β相.前者的拉伸延性和断面收缩率都较后者低；但耐 高温性能和断裂韧性、抗热盐应力腐蚀都较高. 四． 的热处理 是稳定β 型单相固溶合金,只需进行消除应力退火处理, 退火温度为750~800℃,保温一小时,冷却方式采用空冷、炉冷均可. 五．热处理中的几个问题 （一）污染问题 钛有极高的化学活性,几乎能与所有的元素作用.在室温下能与空气中的氧 起反应,生成一层极薄的氧化膜,氧化速率很小.但在高的温度下,除了氧化速 率加快并向金属晶格内扩散外,钛还与空气中的氢、氮、碳等起激烈的反应,也 能与气体化合物CO、CO2、H2O、NH4 及许多挥发性有机物反应.热处理金属元 素与工件表面的钛发生反应,使钛表面的化学成分发生变化,其中一些间隙元素 还能透过金属点阵,形成间隙固溶体.况且除氢以外,其他元素与钛的反应是不 可逆的.即使是氢,也不允许在最终热处理后,进行高温去除.间隙元素不仅影 响钛和钛合金的力学性能,而且还影响α+β/β 转变温度和一些相变过程,因此, 对于间隙元素,尤其是气体杂质元素对钛和钛合金的污染问题,在热处理中必须 引起重视. （二）加热炉的选择 为在加热过程中防止污染,必须对不同要求的工件采取不同的措施.若在最 后经磨削或其他机械加工能将工件表面的污染层去除时,可在任何类型的加热炉 中进行加热,炉内气氛呈中性或微氧化性.为防止吸氢,炉内应绝对避免呈还原 性气氛.当工件的最后加工工序为热处理时,一定要采用真空炉（真空度要求在 1×10-4mmHg）或氩气气氛（氩气纯度在以上并且干燥）的加热炉中进行 加热.热处理完毕后,必要时用30%的硝酸加3%的氢氟酸其余为水,在50℃温 度下对工件进行酸洗,或轻微磨削,以除去表面污染层. （四）加热方法 在热处理进行以前,首先要对加热炉炉膛进行清理,炉内不应有其他金属或 氧化皮；对于工件,则要求表面没有油污、水和氧化皮. 用真空炉对钛工件进行加热是防止污染的一种有效方法,但由于目前条件所 限,许多工厂还是采用一般加热炉.在一般加热炉中加热,根据需求的不同采用 不同的措施防止污染,比如： 1．根据工件的大小,可装在封闭的低碳钢容器中,抽真空后进行加热.若无真 空泵可通入惰性气体（氩气或氦气）进行保护,保护气体要多次反复通入、 排出,把空气完全排净. 2．使用涂层也是热处理中保护钛免遭污染的措施之一,在国外已取得一定的经 验.国内一些工厂也在采用高温漆和玻璃涂料作涂层.有人认为,目前对钛 所用的各种保护涂层,只能减少污染的深度,并不能完全免除污染.对每种 热处理,必须考虑允许的污染深度,选择合适有效的涂层,其中也包括热处 理后的剥离. 3．若用火焰加热,在加热过程中切忌火焰直接喷射在钛工件上,煤气火焰是钛 吸氢的主要根源之一.而用燃油加热,如若不慎将会引起钛工件过分氧化或 增碳. （五） 冷却 钛和钛合金热处理的冷却方式主要是空冷或炉冷,也有采用油冷或风扇冷却 的.淬火介质可用低粘度油或含3%NaOH 的水溶液,但通常使用最广泛的淬火 介质是水. 只要能满足钛和钛合金对冷却速度的要求.一般钢的热处理所采用的冷却装 置对钛都适用.
钛合金等温锻造毕业论文
我写的《生物医用钛及钛合金的粉末冶金制备工艺研究》，发你一篇肯定不行的，学校都要求原创。当时我也是急啊，还好同学给的莫文网，很快就帮我搞定了，感谢啊思路：关键是实验部分，采用新的粉末冶金方法,以氢化钛粉代替传统钛金属粉末,作为成形和烧结的原材料。采用混合元素法,通过直接烧结TiHH2粉及合金氢化物粉,在烧结过程中直接进行脱氢,制备钛及钛合金。采用热膨胀仪,TG-DSC热重差热分析，X射线衍射(XRD)，SEM及力学性能检测等手段研究了氢化物热分解脱氢过程、烧结致密化过程、烧结样显微组织和力学性能。首先对氢化物分解反应的热力学和动力学进行分析,为确定最佳脱氢-烧结工艺提供理论依据。
我虽然不会写论文！但我精通数控电火花加工！数控电火花线切割！尤其是XY线切割！！ 要是你用到技术方面的就找我261457165QQ
先上图书馆找资料找 精密加工和特种加工 之类的书里面很全手写的很好
特种加工机床范围较广，有几十个门类。包括：电火花加工（EDM）、电化学加工（ECM）、电解磨削加工（ECG）、化学加工（CHM）、电弧加工（EAM）、激光加工（LBM）、超声加工（USM）、离子束加工（IBM）、电子束加工（EBM）、等离子弧加工（PAM）、快速成型加工（RPM）、磨料射流加工（AJM）等等。 特种加工机床原属金属切削加工机床范畴，但由于特种加工机床与金属切削加工机床机理完全不同，机床功能部件的性能不同，以及它在国民经济中重要地位和作用等原因，2003年国家标准化管理委员会明确为与金切机床并行的独立的机床体系。1、特种加工机床主要特点 (1)特种加工技术是先进制造技术的重要组成部分 随着特种加工技术的发展，一方面计算机技术、信息技术、自动化技术等在特种加工中已获得广泛应用，逐步实现了加工工艺及加工过程的系统化集成；另一方面，特种加工能充分体现学科的综合性，学科(声、光、电、热、化学等)和专业之间不断渗透、交叉、融合，因此，特种加工技术本身同样趋于系统化集成的发展方向。这二方面说明，特种加工技术已成为先进制造技术的重要组成部分。一些发达国家也非常重视特种加工技术的发展，如日本把特种加工技术和数控技术作为跨世纪发展先进制造技术的二大支柱。特种加工技术已成为衡量一个国家先进制造技术水平和能力的重要标志。这是特点之一。 (2)特种加工具有独特的加工机理 特种加工不是依靠刀具、磨具等进行加工，而主要依靠电能、热能、光能、声能、磁能、化学能及液动力能等进行加工，其加工机理与金属切削机床完全不同。能量的发生与转换、使能过程的控制是特种加工高新技术的重要部分。这是特点之二。 (3)增材加工是特种加工的重要发展方向 金属切削机床、特种加工机床一大部分是减材加工。我国从二十世纪八十年代末发展起来的快速成形(RP)加工技术是属于特种加工技术的一种增材加工的新领域。它利用分层制造原理(离散堆积)及分层处理软件，理论上可以制造任意复杂形状的零、部件，能适应高科技、个性化、小批量生产的需要，增材加工的RP加工技术已成为特种加工的特点之三。 (4)特种加工可以进行二种或二种以上能量的复合加工 一般来说，“组合加工”是指在一台机床上二种不同加工形式(能量)在加工过程中交替使用的加工方式；“复合加工”是指在一台机床上实现二种或二种以上能量(形式)在加工过程中同时作用的加工方式，例如，电能和声能、化学能和电能、光能和化学能、化学能和电能及机械能等复合，以获得高效或精密加工的效果，这是特点之四。 (5)特种加工技术应用领域的重要性和特殊性 特种加工适用于各种高硬度、高强度、高韧性、高脆性、微细等金属和非金属材料的加工，以及各种新型、特殊材料的加工，在航空航天、军工、汽车、模具、冶金、机械、电子、轻纺、交通等工业中解决了大量传统机械加工难于解决的关键、特殊的加工难题。所以在国民经济的众多关键制造工业中发挥着极其重要的不可替代的作用。例如，在航空航天工业中各类复杂深小孔加工、发动机蜂窝环、叶片、整体叶轮加工、特殊材料的切割加工、钛合金加工等等。在军事工业中，例如核武器及高新技术武器几乎全是特殊材料和高新技术材料，各种零件的成形加工、各种孔加工、精密薄材加工等特种加工发挥着特殊重要的作用。这是特点之五。 (6)特种加工机床产量世界第一 由于特种加工机床应用领域的广泛性和重要性，在我国已形成由生产企业、大专院校、研究院所200多个单位组成的特种加工机床行业，其电火花加工机床的年产量就约达30000台之多，其产量为世界第一。是名副其实的生产大国(但不是生产强国)这是特点之六。 2、行业概况和现状 (1)我国生产的特种加工机床主要种类 特种加工机床种类较多，据不完全统计约有30多种。在我国已形成了产业化生产或具有一定产量的特种加工机床主要种类有： ①电火花加工机床：以电火花成形机、电火花线切割机、电火花高速小孔加工机等为主。 ◆ 电火花成形机：产量约3500～4000台/年。普及型数控电火花成形机(NCSEDM)约800～1000台/年。部分NCSEDM为当前国际水平，主要由独资及合资企业生产。 ◆ 电火花线切割机(WEDM)：分高速走丝电火花线切割机(HSWEDM)和低速走丝电火花线切割机(LSWEDM)，HSWEDM和LSWEDM数控化率均为100%，产量约25000台/年。LSWEDM属国产高档机床，为普及型数控机床，产量约占WEDM的3～4%，部分LSWEDM为当前国际水平，主要由独资及合资企业生产。 ◆电火花高速小孔加工机(HSEDM)：产量约1500台/年。极大部分为手动型或点位控制型。最大径深比为1：300(也有1：1000的)，其加工工艺指标与国外水平相当。 其他电火花加工机床均为专用机床。 ②电解加工机床 ◆ 电解成形加工机床：有普通型、数控型(包括展成加工型)，产量约20～30台/年。 ◆ 电解去毛刺机床：都为专用机床，约15～20台/年。 ③电解磨削加工机床 都为专用机床，约十几台/年。 ④超声加工机床 ◆ 超声抛光机：有二种型式，一种为单一用声能的超声抛光机，一种为电火花—超声抛光机。产量约为150～200台/年。 ◆ 超声成形加工机床：产量较少。 ⑤快速成形(RP)机床 ◆ 选择性激光烧结(SLS)机床： 我国作为高新技术产品，产量约为30台/年。 ◆ 三维光刻(SL)机床：为高新技术产品，产量约25～30台/年。产品性能与国外相比差距已在缩小，但成形材料性能与国外相比还有相当大的差距。 ◆ 熔融挤压成形(FDM)机床：为高新技术产品，产量约30台/年。产品部分指标已达到国际先进水平。 ◆ 分层实体制造(LOM)机床：产量约15台/年。 ⑥激光加工机床 ◆ 激光切割机床：产量约100台/年。国内在大功率快速轴流CO2激光器的研制上落后，因而国内激光切割机的激光器都依赖进口(或国内组装生产的激光器)。 其他激光加工设备，如激光雕刻机、激光小孔加工机等产量不大。 ⑦等离子弧切割机 产量约15～20台/年。 ⑧高压水射流切割机床 我国的产量不大，约20～30台/年。 ⑨电熔爆加工机床 主要用于冶金及建筑行业等轧辊加工，为国家高新技术产品，产量约10～15台/年。 (2)特种加工机床行业总的产量、产值 ①总产量31000～32000台/年。 (2)总产值(按人民币核算) 电火花加工机床总产值约：17亿/年。 其他特种加工机床产值约：3～4亿/年。 总产值约：20～21亿/年。 (3) 特种加工机床的出口情况 ①出口量 主要为电火花加工机床及少量的RP机床出口，包括二个独资企业在内出口量约1100～1200台/年。 ②出口金额 总出口额约3500万美元/年
铝及铝合金电化氧化工艺研究论文
表面处理技术在模具发展中有着重要的作用。这是我为大家整理的表面处理技术论文，仅供参考!
显示器防护玻璃表面处理技术
摘 要：采用酸溶液湿法腐蚀和镀制增透、保护膜层的方法，对某型仪表用显示器防护玻璃表面进行了工艺处理，使得表面反射率降低到2%以下，产品可见光波段平均透过率达到86%，表面硬度提高到。产品性能检测和试用情况表明，防护玻璃具有较好的防眩、增透和抗划伤的作用，使用效果良好。
关键词： 防护玻璃;表面处理;反射率;硬度
中图分类号：TQ34 文献标识码：A
Display Protective Glass Surface Treatment Technology
WANG Bao-song, ZHANG Guo-sheng, XIE Qin
(Jinling machine factory of Jiangsu province, Nanjing Jiangsu 211100, China)
Abstract: Display protective glasses of a certain type instrument were technically processed by use of wet etching with acid solution and AR protective coating method. The reflectivity of surface was reduced to 2% below, the average transmittance of products was 86% in visible light, and the hardness of surface was enhanced to GPa. The products' performance testing and trials expressed that, the protective glasses have good anti-glare, antireflective, scratch-resistant process and good behaviors.
Keywords: protective glasses; surface treatment; reflectivity; hardness
引 言
显示器作为当今社会一种极为常见的数据和信息的显示方式，在电脑、手机、仪器、仪表等多种设备上具有广泛的应用。根据特殊使用环境的要求，一些仪器设备的显示器往往不直接暴露于外界环境之下，而是在其外部增加一层防护玻璃。防护玻璃的作用主要是保护显示器，防止损坏。针对室外使用情况而言，由于外界视场中光源的强光会在玻璃表面形成较强的反射，影响显示图像在人眼的视觉效果，因此保护玻璃需要具有防眩光、增加透射的作用。王承遇等对玻璃表面结构、表征、测试和处理等方面技术的发展情况进行了报道[1]，文献[2]中指出防眩有三种途径：表面刻蚀、喷涂小颗粒成膜和表面镀膜。在多种防眩处理方法中，化学蚀刻因其方法简单、操作容易、适合于大面积玻璃蚀刻和大规模生产特点而倍受关注[3]。
本文介绍了对某型仪表用显示器防护玻璃的表面工艺处理的工作情况，采取酸溶液化学腐蚀的方法对防护玻璃表面进行处理以增加表面粗糙度，通过条件调节控制表面光泽度指标，使产品达到防眩作用亦不影响人眼视觉效果。后续采用硬质膜料在产品表面制备光学增透膜层，提高产品在可见光波段的透射率和表面硬度。本文制备的防护玻璃具有防眩、增透、抗划伤的作用，达到了较好的使用效果。
1 防眩层的制备
工艺条件
经材料成分分析，防护玻璃基材是以SiO2为主体，包含Na、Ca、Mg、K等离子的非晶氧化物。文献[4]中报道了在玻璃表面上采用化学腐蚀方法制备折射率连续变化的非均匀膜，该薄膜是折射率渐变的多微孔性结构，在宽光谱范围内有低的反射率，是一种耐久力较好的减反射膜。罗春炼等通过溶液组分含量的调整，研究了提高防眩玻璃透光率的影响因素[5]。对于制备条件上的控制而言，则需要适宜的腐蚀处理条件(温度、时间、反应物成分等因素)，才能使玻璃获得较高的透过率和雾度指标，以达到较好的防眩效果[2]。黄腾超等进行了应用于MOEMS器件的K9玻璃湿法刻蚀工艺的研究[6]。
本文对玻璃所进行的湿法刻蚀，是采用氢氟酸和硝酸为腐蚀液，通过调节酸液比例、温度和时间参数，达到最佳腐蚀效果。腐蚀溶液是以1:1:2比例配比的氢氟酸、硝酸和水混合溶液，腐蚀温度为40℃，刻蚀时间为18～20min。刻蚀效果的评价指标为表面光泽度，即代表了表面反射率的指标高低。本文经试验制得的表面光泽度为50～51的保护玻璃，其性能符合产品性能要求的表面反射率小于2%的技术指标，达到对产品预定的刻蚀效果。
制备过程
按1:1:2的比例配比氢氟酸、硝酸和水的混合溶液，置于聚四氟乙烯容器瓶内。用水洗方法清洗玻璃表面，不需要腐蚀处理的一面用胶带纸屏蔽起来，将玻璃样片浸泡于混合液中，整体置于水浴恒温箱内，设置水浴恒温箱温度至40℃，保持时间18～20min。反应结束后立即取出玻璃样片，用蒸馏水清洗表面残留混合液，去除屏蔽层，并烘干表面水分。采用表面光学测定仪测量玻璃处理表面的光学反射特性，以保证样品质量。
2 增透、保护膜层的制备
膜层设计
根据防护玻璃产品的特点要求，需要在表面制备增透、保护膜层以增加光学透射和提高表面硬度。根据双层减反射膜设计原理，若限定镀制在折射率为ng的基底材料上的外层折射率为n1、内层折射率为n2的两层膜的厚度都是λ/4时，欲使波长λ0的反射光减至零，它们的折射率满足如下关系[4]
基底玻璃材料的折射率为，若外层膜选用折射率为的MgF2膜料，经(1)式计算可得n2值为，故内层选用折射率为的Al2O3膜料。在双层减反射膜的基础上构建三层减反射膜，在此两层膜中间插入半波长的ZrO2层，使得透射光谱平滑。在此基础上，对三层膜系结构进行优化，将厚度做了细微调节，使得平均透光率进一步提高，最后膜系结构为G/ 。膜系结构中采用了硬度较高Al2O3膜料，有助于提高防护玻璃表面硬度。
制备方法
文中所采用的镀膜设备为北京科学仪器有限公司生产的zzs-1100型光学真空镀膜机，有分子泵、行星转动装置、清洗离子源、光学膜厚监控仪的电子枪加热蒸发镀膜设备。镀膜前对防护玻璃表面使用乙醚溶液擦拭干净，进腔后进行离子清洗以改善表面性质，后按照膜系结构进行薄膜制备。工艺参数如表1所示。
指标检测
对膜层的光谱、附着力、摩擦等环境适应性进行了测试，膜层光谱测试曲线如图1所示，膜层的在～μm可见光波段范围内的平均透过率达到99%以上。经试验检测，膜层可通过GJB 2485-1995光学膜层通用规范[7] 对附着力、摩擦、温度、湿热、清擦性、耐溶性和水溶性的检测项目，质量可靠。
3 表面处理效果评析
经过防眩层处理和薄膜镀制的防护玻璃样件制作完成后，对其进行了性能指标检测。通过UV-3600紫外、可见、近红外分光光度计对样件可见光波段光谱进行测试，透射光谱曲线如图2所示，平均透光率达到86%。采用显微硬度计对玻璃样片进行硬度测试，镀膜后表面硬度达到，高于玻璃基底的表面硬度，提高了玻璃表面硬度和抗划伤能力。将防护玻璃安装于仪表显示器上，对其实际使用效果进行测试。在显示器通电状态下，通过人眼观察，显示器表面呈现清晰的图像画面。在太阳光照射情况下观察，显示器图像画面依然清晰，反射太阳光较弱，对人眼没有造成图像不清晰或不适的感觉，整体使用效果良好。
4 结 论
本文对某型仪表用显示器防护玻璃表面进行工艺处理，采用酸溶液湿法腐蚀处理获得防眩层，后利用电子枪加热蒸发镀膜方法制备表面增透、保护膜层。防护玻璃经湿法腐蚀处理，表面反射率指标降低到2%以下，镀制增透、保护膜层后，在可见光波段的平均透过率达到86%，表面硬度提高到。通过性能指标、环境试验和产品试用的方法对产品工艺处理效果进行评析，结果表明，采用该工艺处理的防护玻璃具有较好的防眩、增透和抗划伤的作用，使用效果良好。
参考文献
[1] 王承遇，潘玉昆，卢 琪等. 玻璃表面工程的进展[J]. 玻璃与搪瓷，2003，31(5)：45-50.
[2] 吴春春，杨 辉，袁 骏等. 抗静电防眩膜研究进展[J]. 材料科学与工程，2002，20(1)：133-135.
[3] 胡沛然，韩文爵，王海风等. Na2SiF6和ZnCl2对玻璃防眩光效果的影响研究[J]. 化工新型材料，2009，37(11)：84-95.
[4] 唐晋发，顾培夫，刘 旭等. 现代光学薄膜技术[M]. 杭州：浙江大学出版社，2006.
[5] 罗春炼，韩文爵，王海风等. 提高防眩玻璃透过率的主要影响因素[J]. 化工新型材料，2008，36(12)：89-91.
[6] 黄腾超，沈亦兵，陈海星等. 应用于MOEM S器件的K9玻璃湿法刻蚀工艺的研究[J]. 光学仪器，2004，26(2)：151-155.
[7] 国防科学技术委员会. 中华人民共和国军用标准 光学膜层通用规范 GJB 2485-1995[B]. 中国标准出版社，1995.省略。
铝合金燃油箱表面处理技术
【摘 要】本文概述了铝合金的表面处理技术，通过试验验证了几种铝合金的表面处理技术，分析了铝合金燃油箱的表面处理可行性，对解决铝合金燃油箱表面氧化变暗问题，提升产品外观，延长油箱寿命等具有积极意义。
【关键词】铝合金;燃油箱;钝化;氧化;金属覆膜剂
前言
随着重卡轻量化的发展重卡上的铁质燃油箱逐渐被铝质燃油箱替代，燃油箱采用铝合金材料，不但自重减轻一半以上，内部不生锈，而且铝合金燃油箱以光洁的表面深受用户的青睐，因此这种燃油箱市场前景广阔，逐渐成为应用趋势。但是铝合金燃油箱顾客购买时外观鲜亮，色泽美观，使用大约1年左右铝合金燃油箱“黯然失色”，其表面被雨水、泥沙等腐蚀后，色泽发暗，局部产生白色粉状霉点、发黄，油箱整体色泽不一，严重影响顾客的满意度，见下图1，通过对国内规模化油箱生产企业的了解，发现铝合金燃油箱的表面腐蚀，变色各油箱生产企业都遇到过，各生产企业也在一直寻求铝油箱的表面处理技术，鉴于此笔者对铝合金燃油箱的表面处理技术进行了研究。
图1 腐蚀后的油箱
1 铝制品表面处理技术概述
铝合金燃油箱材料为铝镁合金5052，属于防锈铝，其表面自然形成一层极薄的氧化膜()，有一定的抗腐蚀能力。但这层氧化膜疏松多孔，不均匀，抗腐蚀能力不强，容易沾染污迹，因此铝合金制品通常要进行特殊的表面处理，铝合金的表面处理技术有：钝化、阳极氧化、电镀、喷涂等，这几种处理技术都比较成熟，在一些铝制品上均有应用。
电镀处理技术：铝合金燃油箱是封闭的空心容器，其重量轻，体积大，电镀虽然是一种成熟的处理工艺，电镀层外观漂亮、其耐腐蚀性也较好，但是在铝合金上直接电镀是相当困难的，因为铝表面的氧化膜使得电镀层对铝的附着力很差，因此铝合金电镀必须有特殊的表面预处理，再者铝合金的电镀成本较高，使得这种处理方式并不适合应用于铝合金燃油箱上。
喷涂处理技术：该技术的关键在于解决涂层与铝基体的附着力，因此喷涂前铝合金表面必须进行预处理，其表面预处理需要喷砂或拉毛，再加上磷化或钝化、氧化等形成喷涂底层后，才能形成良好漆膜。其工艺流程较多，喷漆成本较高，其漆膜颜色缺乏金属质感，一般顾客青睐铝合金金属的本色，因此这种处理技术也不适合铝合金燃油箱。若顾客对铝合金燃油箱的外观颜色有特殊要求，比如我公司根据客户的特殊要求也生产黑色的铝合金燃油箱，这种铝合金燃油箱必须经过预处理才能进行粉末喷涂，喷涂后的燃油箱经检测其外表面的耐腐蚀、耐侯性等性能都非常优良，只是产品成本较高。
阳极氧化、钝化、金属覆膜剂等处理技术：铝合金的表面处理技术中阳极氧化是应用最光与最成功的技术，也是研究和开发最深入与最全面的技术，经过阳极氧化处理其表面生成的氧化膜，耐蚀性、耐磨性、装饰性都有显著的提升，其表面可以生成透明的膜，也可以着色成各种彩色的膜。铝合金的钝化处理、金属覆膜剂处理等其工艺流程简单可以将铝制品直接浸入钝化液或者金属覆膜剂溶液中，也可以喷淋在铝制品上。这种处理技术属于化学转化处理，其表面形成的化学转化膜整体性能虽不及阳极氧化膜，但是这种处理技术经济、简便、快速、生产线简单，特别适合大批量零部件的低成本生产。
每种铝制品需要考虑多种因素，选择适合具体产品的处理技术，铝合金燃油箱的表面处理技术方面，目前国内对其研究的还较少，还没有成熟的处理工艺。为此笔者根据铝合金燃油箱的特点，对几种有可能应用的处理技术开展了工艺试验，探索最适合铝合金燃油箱的表面处理技术。
2 铝板表面处理技术试验过程
提供的试板情况
(1)阳极氧化膜试验，分别对铝合金板材进行了5um ，8um，12um的阳极氧化试验;
(2)透明钝化膜试验，与某钝化技术公司合作开展了铝合金的透明钝化处理试验;
(3)覆膜剂试验，与某化工公司合作开发的铝合金用金属覆膜剂，开展了相关工艺试验。
开展的试验如下
(1)耐柴油性试验
经各种表面处理的铝板，浸入柴油，经过120h浸泡，检验铝板表面膜层的完好性、附着力、厚度等都合格。
(2)耐泥浆试验
对各种表面处理的铝板经过240小时耐泥浆试验，试验结果全部合格，
(3)盐雾试验
进行了96h的盐雾试验，经处理的试板全部合格，随后再经过120h的盐雾试验，经处理的试板全部合格。
(4)耐灰浆(水泥)试验
第一次试验96h，第二次试验120h，试板经第一次96h水泥试验，未进行表面处理铝板不合格，其余铝板全部合格，第二次经120h水泥试验，透明钝化及金属覆膜处理的铝板合格，阳极氧化处理铝板有轻微腐蚀痕迹，清洗后留有白色痕迹。
试验结果分析
针对铝合金燃油箱的特殊性，笔者对成熟的几种铝板表面处理技术开展了相关工艺试验，对每种表面处理的铝板都进行了耐柴油性试验，耐泥浆试验，盐雾试验，耐水泥试验。从试验结果来看透明钝化表面处理技术，在铝板表面形成的钝化膜抵抗外界各种腐蚀的的能力较强，能够满足铝合金燃油箱的使用要求;阳极氧化表面处理技术，在铝板表面形成的阳极氧化膜，在耐水泥试验后表面存在轻微的腐蚀，通过对这种阳极氧化膜的深入分析，阳极氧化膜的膜厚及封孔质量是关键控制点，通过对本试验形成的阳极氧化膜检测，其封孔质量不达标，这种阳极氧化膜的其他性能满足使用要求，通过对5um、8um、12um阳极氧化膜的分析，考虑成本及阳极氧化膜的色泽与铝合金燃油箱的本色差别，5um、8um的阳极氧化膜可以应用于铝合金燃油箱的表面处理，需要注意控制阳极氧化膜的封孔质量。
表面进行金属覆膜剂处理，这种表面处理技术与透明钝化的处理技术类似，其优良的耐油、耐高温、防腐及操作方便性，在不改变金属现有外观情况下对各类易氧化金属表面可轻松实现长效防腐效果，是这几种处理技术效果最优的处理方式。
3 结论
本文针对铝合金燃油箱的使用要求开展了相关试验，通过试验验证了透明钝化、阳极氧化、金属覆膜剂表面处理技术应用于铝合金燃油箱的可行性。通过对铝合金燃油箱的适当的表面处理，不仅提高了铝产品外观，还改进了耐蚀、耐候性，满足了铝合金燃油箱的特殊使用要求，延长了产品使用寿命。
本文介绍的透明钝化、阳极氧化、金属覆膜剂表面处理技术，效果好，成本低，可以应用于铝合金燃油箱的工业化生产。
参考文献：
[1]朱祖芳.铝合金阳极氧化与表面处理技术[M].北京：化学工业出版社，2004.
你说的不够详细，不知道你具体问的什么啊，铝和氧的反应可以说是不容易避免的，在你加热的时候氧气就已经开始和铝发生反应了，氧化铝的颜色不能说不是白色的，但是没有铝的颜色光亮
一、表面预处理 无论采用何种方法加工的铝材及制品，表面上都会不同程度地存在着污垢和缺陷，如灰尘、金属氧化物（天然的或高温下形成的氧化铝薄膜）、残留油污、沥青标志、人工搬运手印（主要成分是脂肪酸和含氮的化合物）、焊接熔剂以及腐蚀盐类、金属毛刺、轻微的划擦伤等。因此在氧化处理之前，用化学和物理的方法对制品表面进行必要的清洗，使其裸露纯净的金属基体，以利氧化着色顺利进行，从而获得与基体结合牢固、色泽和厚度都满足要求且具有最佳耐蚀、耐磨、耐侯等良好性能的人工膜。（一）脱脂 铝及铝合金表面脱脂有有机溶剂脱脂、表面活性剂脱脂、碱性溶液脱脂、酸性溶液脱脂、电解脱脂、乳化脱脂。乳化溶液 石蜡三乙醇胺油酸松油水 常温 适当 水清洗 溶液组成以体积记 有机溶剂是利用油脂易溶于有机溶剂的特点进行脱脂，常用的溶剂有汽油、煤油、乙醇、乙酸异戊脂、丙酮、四氯化碳、三氯乙烯等。有机溶剂仅用于小批量小型的或极污秽的制品脱脂处理。表面活性剂是一些在很低的浓度下，能显著降低液体表面张力的物质。常用于脱脂的表面活性剂有肥皂、合成洗涤剂、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠等。碱性脱脂溶液的配方非常多，传统工艺采用磷酸钠、氢氧化钠和硅酸钠，其中磷酸钠和硅酸钠有缓蚀、润湿、稳定作用，溶液加热和搅拌有助于获得最好的脱脂效果。油脂在酸的存在下也能进行水解反应生成甘油和相应的高级脂肪酸。电解脱脂可用阳极电流、阴极电流或交流电。在碱性溶液中阴极电流脱脂，阳极最好为镀镍钢板。其在铝及铝合金表面处理中不常用。乳化脱脂所用的溶液为互不溶解的水与有机溶剂组成的两相或多相溶液，并添加有降低表面张力及对各相均有亲和力的去污剂。 （二）碱蚀剂 碱蚀剂是铝制品在添加或不添加其他物质的氢氧化钠溶液中进行表面清洗的过程，通常也称为碱腐蚀或碱洗。其作用是作为制品经某些脱脂方法脱脂后的补充处理，以便进一步清理表面附着的油污赃物；清除制品表面的自然氧化膜及轻微的划擦伤。从而使制品露出纯净的金属基体，利于阳极膜的生成并获得较高质量的膜层。此外，通过改变溶液的组成、温度、处理时间及其他操作条件，可得到平滑或缎面无光或光泽等不同状态的蚀洗表面。蚀洗溶液的基本组成是氢氧化钠，另外还添加调节剂（NaF、硝酸钠），结垢抑制剂、（葡萄糖酸盐、庚酸盐、酒石酸盐、阿拉伯胶、糊精等）、多价螯合剂（多磷酸盐）、去污剂铝表面阳极氧化处理方法（二）铝表面阳极氧化处理方法（二） （三）中和和水清洗 铝制品蚀洗后表面附着的灰色或黑色挂灰在冷的或热的清水洗中都不溶解，但却能溶于酸性溶液中，所以经热碱溶液蚀洗的制品都得进行旨在除去挂灰和残留碱液，以露出光亮基本金属表面的酸浸清洗，这种过程称为中和、光泽或出光处理。其工艺过程是制品在300-400g/L硝酸（1420kg/立方米）溶液中，室温下浸洗，浸洗时间随金属组成的不同而有差异，一般浸洗时间3-5分钟。含硅或锰的铝合金制品上的挂灰，可用硝酸和氢氟酸体积比为3:1的混合液，于室温下处理5-15秒。中和处理还可以在含硝酸300-400g/L和氧化铬5-15g/L的溶液或氧化铬100g/L加硫酸（1840kg/立方米）10ml/L溶液中于室温下进行。各道工序间的水清洗，目的在于彻底除去制品表面的残留液和可溶于水的反应产物，使下道工序槽液免遭污染，确保处理效率和质量。清洗大多采用一次冷水清洗。但碱蚀后的制品普遍采用热水紧接着是冷水的二重清洗。热水的温度为40-60度。中和处理后的制品经水清洗就可以进行氧化处理，所以这道清洗应特别认真，以防止清洁的表面受污染。否则前几道工序的有效处理可能会因最后的清洗不当而前功尽弃。经中和、水清洗后的制品应与上进行氧化处理。在空气中停留的时间不宜过长，如停留30-40分钟，制品就需要重新蚀洗和中和。 二、阳极化处理 铝制品表面的自然氧化铝既软又薄，耐蚀性差，不能成为有效防护层更不适合着色。人工制氧化膜主要是应用化学氧化和阳极氧化。化学氧化就是铝制品在弱碱性或弱酸性溶液中，部分基体金属发生反应，使其表面的自然氧化膜增厚或产生其他一些钝化膜的处理过程，常用的化学氧化膜有铬酸膜和磷酸膜，它们既薄吸附性又好，可进行着色和封孔处理，表-3介绍了铝制品化学氧化工艺。化学氧化膜与阳极氧化膜相比，膜薄得多，抗蚀性和硬度比较低，而且不易着色，着色后的耐光性差，所以金属铝着色与配色仅介绍阳极化处理。铝表面阳极氧化处理方法（三）（一）阳极氧化处理的一般概念 1、阳极氧化膜生成的一般原理 以铝或铝合金制品为阳极置于电解质溶液中，利用电解作用，使其表面形成氧化铝薄膜的过程，称为铝及铝合金的阳极氧化处理。其装置中阴极为在电解溶液中化学稳定性高的材料，如铅、不锈钢、铝等。铝阳极氧化的原理实质上就是水电解的原理。当电流通过时，在阴极上，放出氢气；在阳极上，析出的氧不仅是分子态的氧，还包括原子氧（O）和离子氧，通常在反应中以分子氧表示。作为阳极的铝被其上析出的氧所氧化，形成无水的氧化铝膜，生成的氧并不是全部与铝作用，一部分以气态的形式析出。 2、阳极氧化电解溶液的选择 阳极氧化膜生长的一个先决条件是，电解液对氧化膜应有溶解作用。但这并非说在所有存在溶解作用的电解液中阳极氧化都能生成氧化膜或生成的氧化膜性质相同。 3、阳极氧化的种类 阳极氧化按电流形式分为：直流电阳极氧化，交流电阳极氧化，脉冲电流阳极氧化。按电解液分有：硫酸、草酸、铬酸、混合酸和以磺基有机酸为主溶液的自然着色阳极氧化。按膜层性子分有：普通膜、硬质膜（厚膜）、瓷质膜、光亮修饰层、半导体作用的阻挡层等阳极氧化。其中以直流电硫酸阳极氧化法的应用最为普遍。 4、阳极氧化膜结构、性质 阳极氧化膜由两层组成，多孔的厚的外层是在具有介电性质的致密的内层上上成长起来的，后者称为阻挡层（也称活性层）。用电子显微镜观察研究，膜层的纵横面几乎全都呈现与金属表面垂直的管状孔，它们贯穿膜外层直至氧化膜与金属界面的阻挡层。以各孔隙为主轴周围是致密的氧化铝构成一个蜂窝六棱体，称为晶胞，整个膜层是又无数个这样的晶胞组成。阻挡层是又无水的氧化铝所组成，薄而致密，具有高的硬度和阻止电流通过的作用。阻挡层厚约μm，为总膜后的。氧化膜多孔的外层主要是又非晶型的氧化铝及小量的水合氧化铝所组成，此外还含有电解液的阳离子。当电解液为硫酸时，膜层中硫酸盐含量在正常情况下为13%-17%。氧化膜的大部分优良特性都是由多孔外层的厚度及孔隙率所觉决定的，它们都与阳极氧化条件密切相关。 （二）直流电硫酸阳极氧化 1、氧化膜成长机理 在硫酸电解液中阳极氧化，作为阳极的铝制品，在阳极化初始的短暂时间内，其表面受到均匀氧化，生成极薄而有非常致密的膜，由于硫酸溶液的作用，膜的最弱点（如晶界，杂质密集点，晶格缺陷或结构变形处）发生局部溶解，而出现大量孔隙，即原生氧化中心，使基体金属能与进入孔隙的电解液接触，电流也因此得以继续传导，新生成的氧离子则用来氧化新的金属，并以孔底为中心而展开，最后汇合，在旧膜与金属之间形成一层新膜，使得局部溶解的旧膜如同得到“修补”似的。随着氧化时间的延长，膜的不断溶解或修补，氧化反应得以向纵深发展，从而使制品表面生成又薄而致密的内层和厚而多孔的外层所组成的氧化膜。其内层（阻挡层、介电层、活性层）厚度至氧化结束基本都不变，位置却不断向深处推移；而外早一定的氧化时间内随时间而增厚。 铝表面阳极氧化处理方法（四） （三）其他阳极氧化 1、草酸阳极氧化 对硫酸阳极氧化影响的大部分因素也适用于草酸阳极氧化，草酸阳极氧化可采用直流电、交流电或者交直流电迭加。用交流电氧化比直流电在相同条件下获得膜层软、弹性较小；用直流电氧化易出现孔蚀，采用交流电氧化则可防止，随着交流成分的增加，膜的抗蚀性提高，但颜色加深，着色性比硫酸膜差。电解液中游离草酸浓度为3%-10%，一般为3%-5%，在氧化过程中每A?h约消耗，同时每A?h有的铝溶于电解液生成草酸铝，需要消耗5倍于铝量的草酸。溶液中的铝离子浓度控制在20g/L以下，当含30g/L铝时，溶液则失效。草酸电解液对氯化物十分敏感，阳极氧化纯铝或铝合金时，氯化物的含量分别不应超过，溶液最好用纯水配制。电解液温度升高，膜层减薄。为得到厚的膜，则应提高溶液的pH值。直流电阳极氧化用铅、石墨或不锈钢做阴极，其与阳极的面积比为（1：2）-（1：1）之间。草酸是弱酸，溶解能力低，铝氧化时，必须冷却制品及电解液。草酸膜层的厚度及颜色依合金成分而不同，纯铝的膜厚呈淡黄或银白色，合金则膜薄色深如黄色、黄铜色。氧化后膜层经清洗，若不染色可用×10的4次方Pa压力的蒸汽封孔30-60分钟。 2、铬酸阳极氧化 铬酸阳极氧化工艺见表-4。氧化过程中应经常进行浓度分析，适时添加铬酐。电解的阴极材料可用铅、铁、不锈钢，最好的阳阴面积比为（5：1）-（10：1）。当溶液中三价铬离子多时，可用电解的方法使其氧化成六价铬离子。溶液中的硫酸盐含量超过，阳极氧化效果不好，硫酸根离子多时可加入氢氧化钡或者碳酸钡使其生成硫酸钡沉淀。溶液中氯化物含量不应超过。溶液中铬含量超过70g/L时就应稀释或更换溶液。铬酸阳极氧化有电压周期变化的阳极氧化方法或恒电压阳极氧化法（快速铬酸法）两种。 3、硬质（厚膜）阳极氧化 硬质阳极氧化是铝及铝合金表面生成厚而坚硬氧化膜的一种工艺方法。硬质膜的最大厚度可达250μm ，纯铝上形成的膜层微硬度为12000-15000MPa，合金的一般为4000-6000MPa，与硬铬镀层的相差无几，它们在低符合时耐磨性极佳，硬质膜的孔隙率约为20%左右，比常规硫酸膜低。4、瓷质阳极氧化 瓷质阳极氧化铝及铝合金在草酸、柠檬酸和硼酸的钛盐、锆盐或钍盐溶液中阳极氧化，溶液中盐类金属的氢氧化物进入氧化膜孔隙中，从而使制品表面显示出与不透明而致密的搪瓷或具有特殊光泽的类似塑料外观的处理过程。瓷质阳极氧化处理工艺流程与常规硫酸阳极氧化基本一致，不同的是瓷质阳极氧化是在高的直流电压（115-125V）和较高的溶液温度（50-60度）、电解液经常搅拌、经常调节pH值使之处于范围内的条件进行。相关
铝及铝合金的氧化处理的方法主要有两类： 铝及铝合金的化学氧化处理设备简单，操作方便，生产效率高，不消耗电能，适用范围广，不受零件大小和形状的限制。铝及铝合金化学氧化的工艺按其溶液性质可分为碱性氧化法和酸性氧化法两大类。按膜层性质可分为:氧化物膜、磷酸盐膜、铬酸盐膜、铬酸－磷酸盐膜。 组成物的质量浓度/g·L 配 方 编 号 1 2 3 碳酸钠 40～60 50～60 40～50 铬酸钠 15～25 15～20 10～20 氢氧化钠 2～5 磷酸三钠 ～2 硅酸钠 ～ 温度/℃ 85～100 95～100 90～95 时间/min 5～8 8～10 8～10 注：①配方1，2适用于纯铝，铝镁合金，铝锰合金和铝硅合金的化学氧化。膜层颜色为金黄色，但后二种合金上得到的氧化膜颜色较暗。碱性氧化液中得到的膜层较软，耐蚀性较差，孔隙率较高，吸附性好，适于作为涂装底层。②配方3中加入硅酸钠，获得的氧化膜为无色，硬度及耐蚀性略高，孔隙率及吸附性略低，在硅酸钠的质量分数为2%的溶液中封闭处理后可单独作为防护层用，适合于含重金属铝合金氧化用。③工件经氧化处理后为提高耐蚀性，可在20g/L的CrO3溶液中，室温下钝化处理5～15s，然后在低于50℃温度下烘干。 组成物的质量浓度/g·L 配 方 编 号 1 2 3 4 5 磷酸 10～15 50～60 22 铬酐 1～2 20～25 2～4 4～5 ～5 氟化钠 3～5 5 1～ 氟化氢氨 3～ 磷酸氢二氨 2～ 硼酸 ～ 2 铁氰化钾 ～ 重铬酸钾 3～ 温度/℃ 20～25 30～40 室温 25～35 25～30 时间/min 8～15 2～8 15～60s ～ 3 注：①配方1得到的氧化膜较薄，韧性好，耐蚀性好，适用于氧化后需变形的铝及铝合金，也可用于铸铝件的表面防护，氧化后不需要钝化或填充处理。②配方2溶液pH值为～,得到的氧化膜较厚，约1～3微米,致密性及耐蚀性都较好，氧化后零件尺寸无变化，氧化膜颜色为无色至浅蓝色，适用于各种铝及铝合金氧化处理。在配方2溶液中氧化处理后零件应立即用冷水清洗干净，然后用重铬酸钾40～50g/L溶液填充处理（PH=～时用碳酸钠调整），温度90～95℃,时间5～10分钟，清洗后在70℃烘干。③配方3溶液中得到的氧化膜为无色透明，厚度约～微米，膜层导电性好，主要用于变形的铝制电器零件。④配方4适用于纯铝及防锈铝及铸铝等合金。氧化膜很薄，导电性及耐蚀性好，硬度低，不耐磨，可以点焊或氩弧焊，但不能锡焊；主要用于要求有一定导电性能的铝合金零件。⑤配方5得到的氧化膜较薄，约微米，导电性及耐蚀性好，孔隙少，可单独作防护层用。