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粉末冶金铝合金的研究综述

发布时间：2021-12-28T08:45:17.412Z来源：《中国科技人才》2021年第22期作者：万庆磊肖广涛

[导读]粉末冶金方法制备的复合材料具有合金成分设计灵活、制备材料的微观组织均匀，结构细小的特点，与普通熔炼法相比，粉末冶金

制备的材料机械性能更加优良。

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摘要：粉末冶金方法制备的复合材料具有合金成分设计灵活、制备材料的微观组织均匀，结构细小的特点，与普通熔炼法相比，粉末

冶金制备的材料机械性能更加优良。粉末冶金方法制备的铝合金复合材料具有质轻、机械性能优良的特点，广泛应用于宇航、建筑、汽车

等领域。此外，铝在地壳中含量丰富，降低了制备铝基复合材料的经济成本。世界各国不断提高的环保标准，也促进了粉末冶金铝合金的

发展。

关键词：粉末冶金；铝合金；制备工艺

引言

制备铝合金及复合材料常用的方法，主要有熔铸法（ＩＭ）和粉末冶金法（ＰＭ）。自２０世纪７０年代以来，研究者们就发现，基

于ＩＭ工艺，如提高纯度、调整成分、改变热处理规范等方法，研制新的铝基材料所获得的效果已经越来越小。而采用ＰＭ工艺不仅可以

避免材料成分偏析，而且还能提高固溶度，获得一些用ＩＭ工艺不能制取的铝合金，并且能够细化组织，改善其形态及分布特征。与成分

相似的采用ＩＭ制备的铝合金相比，ＰＭ制备的铝合金具有更优异的物理、化学及力学性能，因此粉末冶金法已成为制备高性能铝合金及

复合材料的主要方法之一。

粉末冶金铝合金的发1展历史

世纪2040年代瑞士人IrmannR等用球磨机在控制氧含量的介质中研磨制成烧结铝粉（SAP）将铝粉与其他金属粉末的混合粉热压成

棒状试样。力学性能结果表明这些合金有较高的高温强度并且在高温下能保持原先的强度。

1952年美国铝业公司（Alcoa）开发了第一代烧结铝粉末冶金材料它是一种A-lAl2O3弥散强化型合金具有优异的高温强度和热稳定

性。

1966年和1972年Storchheims将液相烧结技术应用于粉末冶金直接烧结而成粉末冶金铝合金零件。合金主要有3类：2014、6061和

7075其强度范围为110～345MPa具有密度低切削性能好的优点可与铜基和铁基粉末冶金零件相媲美。

世纪2070年代通过快速凝固技术和机械合金化技术来制取合金粉末促成了高性能粉末冶金铝合金的问世。自这个时期以来一些先进

国家主要致力于研究新的热处理状态和开发快速凝固／粉末冶金工艺发展粉末冶金铝合金。

到20世纪80年代末粉末冶金铝合金得到快速发展。美国、前苏联

和日本等国家研制成功10多种牌号的粉末冶金结构铝合金和粉末冶金耐磨铝合金并已投入小批量生产开始在航空航天工业和汽车工

业应用。例如：日本采用快速凝固A-lSi合金粉末制造汽车发动机阀门弹簧座和连杆

质量分别减轻了60％和30％使发动机速度大为提高。2制备工艺

成2.1形固结

成形固结是粉末冶金工艺中一道关键的工序，能够使金属粉末致密、成形，具有一定的强度，最终制备出满足生产需要的产品。粉末

冶金的成形方法有多种，具有不同的特点，生产应用中，应根据坯件所需要的性能、形状、尺寸等要求，选择适当的成形工艺，实现高效

经济的生产需要。

热等静压技术

热等静压技术的基本原理是：以惰性气体为压力介质，把粉末压坯或粉末包套（装入特制容器内的粉末体）置于热等静压机高压容器

中，使其在加热过程中经受各向均衡的压力，借助高温和高压的共同作用使材料致密化。热等静压最显著的特点是，粉体在同一时间内，

承受高压和高温的共同作用，可降低工艺过程中的烧结温度达10%~15%以上，减少成形过程中金属中间相的生成，强化粉体的力学性能。

放电等离子烧结

放电等离子烧结又称等离子活化烧结或脉冲电流热压烧结。放电等离子烧结类似于热压烧结，但又不完全相同。在放电等离子烧结

中，将适当的压力施加给粉体的同时，也将电流通入粉体之间，在粉末之间产生放电等离子体，使粉体颗粒产生均匀的焦耳热，粉体迅速

升高温度。放电等离子烧结最重要的特点就是升温速率快，加热时间短，避免了烧结过程中影响制品质量的中间相的生成，同时所得制品

致密度高，性能优良。

粉体制备工艺

气体雾化法

在气体雾化法制备铝合金粉的过程中，液滴的冷却速度可达到１×１０３～１×１０５Ｋ／ｓ，因此该方法也被称为快速凝固法。高的冷却

速