航空铝合金材料工艺技术

铝合金最后的终端使用场景与整个生产工艺过程直接相关，不同的应用场景取决于生产工艺即加工工艺的过程控制。

0 1、高强铝合金挤压型材生产工艺

高强铝合金在应用过程中有多种形式，主要有铝型材、铝板、3D打印粉末等形式。其中，铝合金型材具有质轻高强、焊接工艺成熟等优异特点，铝型材可作为大型的结构承载件在航空航天和轨道交通领域大量应用。铝型材的生产工艺主要采用连续拉挤成型工艺以提高生产效率并进行一定的预应力取向，提高型材的力学性能。在铝型材的挤压过程中，多挤压周期的连续挤压方式中，相邻2根挤压坯料间会形成界面，使得该界面在型材中的延伸长度增加，因为横向焊缝会大大影响铝型材的使用寿命，导致疲劳寿命急剧下降。

0 2、热处理工艺

铝合金材料的综合性能提升出材料成分配比，很大程度上取决于生产过程中的工艺技术参数控制，适宜的热处理方式可以很大程度上影响铝合金材料的综合性能，因此对于不同性能要求的铝合金应研发适宜的热处理技术以提高铝合金材料的综合性能。

采用高温均匀化退火工艺处理铝合金，可以使时效强化相和残留的非平衡相最大程度固溶到基体中，并使其均匀分布，提高固溶后的固溶体浓度，达到提高时效强化的效果，同时针对大型铝合金锻件的组合热处理工艺即热变形与中间高温均匀化及高温固溶处理工艺进行整个热处理过程的参数设计，可以在提高强度的同时提高应力腐蚀性能。

一般铝合金的固溶处理工艺分为2种：常规固溶处理和复合固溶处理，其中，复合固溶处理是指强化固溶及高温预析出的处理。在前期的铸锭阶段采用常温处理+低温处理的均匀化退火工艺，可控制过渡族元素的析出，而过渡族元素对再结晶有明显的抑制作用，可一定程度上提高合金亚结构强化效果，进而提高合金的断裂韧性及抗应力腐蚀性能并能够有效减弱材料的各向异性。

高强铝合金的热处理中的时效处理对铝合金的性能也有着至关重要的作用，时效处理主要有3种形式，峰值时效、双极时效和回归再时效。研制时效处理方式的目标也是使铝合金更高强、更高韧、更高的耐腐蚀和抗疲劳等高综合性能，热处理状态开发则沿着T6到T73到T76到T736到T77的方向发展，时效处理方式则是从峰值时效发展到过时效再到回归再时效处理进行顺序发展。

时效温度和时间对时效强化的效果都有影响，不同的时效处理工艺可以直接影响铝合金的抗拉强度、屈服强度、延伸率及晶间腐蚀等级。早在1989年，美国Alcoa公司用T77的热处理状态命名注册并申报了第一个RRA处理工艺规范，这也是首个可工业应用的热处理工艺规范，此工艺规范可用作7150铝合金的热处理工艺操作指导，此种工艺生产的7150铝合金厚板和挤压件被大量应用到C—17军用运输机上，在我国，采用T77热处理技术的高性能铝合金关键技术还在研制过程中，尚未产业化应用。

热处理过程中还包括形变热处理，形变热处理是通过热塑性变形和热处理相结合的工艺过程，采用形变热处理可用于改善过渡沉淀相的分布状态及合金内部的精细结构，合理的形变热处理可以使铝合金获得较高的强韧性及耐腐蚀性。形变热处理工艺早在1981年即被提出出来，主要应用于宇航结构合金，性变热处理对于改善7050、7475合金力学性能具有明显的效果。

在我国，铝合金的热处理工艺仅有100余种，距离国外的370余种还有很大的距离，应加大开发热处理工艺的力度，缩短铝合金基础热处理技术于发达国家的距离。

0 3、高强铝合金3D打印工艺

低成本、高效率及自动化高强铝合金工艺技术的发展得到航空航天的重视，大型铝合金或钛合金3D打印技术为目前航空航天关注的重点。3D打印技术作为我国的一个前瞻战略性技术，对工程应用领域的发展有至关重要的作用。

在航空航天领域，铝合金虽然已经有大量的应用，但实际应用过程中相比钛合金和复合材料还有一定的弊端，如铝合金暴露在高于160℃的应用中力学性能及耐蚀、疲劳性能会下降，且随使用时间的延长会软化和老化，因此提升铝合金在极端工况的综合性能仍需开展大量工作。

通过3D打印技术的不断成熟，对高强铝合金粉体的开发也不断进行，新型的铝合金材料不断涌现，持续刷新性能新高。如由Amaero和澳大利亚莫纳什大学共同研发的Amaero HOT Al这种新型的铝合金在3D打印后再继续进行热处理和时效硬化后，可以实现在260℃下长时间的稳定，开发商业化的高强度铝合金新型材料适应3D打印工艺以实现铝合金的智能制造性能可控及高复杂形状成为未来发展的主要趋势。铝合金的3D打印发展前景可期，主要应用于航空航天及军工领域。