第1章概述



1.1鋁的基本性能001



1.1.1原子結構及晶體結構001



1.1.2物理性能002



1.1.3化學性能002



1.1.4力學性能003



1.1.5工藝性能003



1.2鋁產業現狀004



1.2.1鋁土礦資源及分布004



1.2.2鋁產量與產能007



1.2.3鋁的使用量009



參考文獻010



第2章鋁及鋁合金的分類



2.1分類基本原則011



2.2變形鋁合金及分類012



2.2.11×××繫鋁合金012



2.2.22×××繫鋁合金014



2.2.33×××繫鋁合金020



2.2.44×××繫鋁合金022



2.2.55×××繫鋁合金024



2.2.66×××繫鋁合金028



2.2.77×××繫鋁合金031



2.2.8新型變形鋁合金034



2.2.9變形鋁合金狀態代號041



2.3鑄造鋁合金045



2.3.1鑄造鋁合金的分類和特點046



2.3.2鋁合金鑄件的熱處理049



2.4航空航天用鋁合金056



2.5交通用鋁合金059



2.5.1軌道交通用鋁合金059



2.5.2汽車用鋁合金061



2.5.3船舶、艦艇用鋁合金063



2.6建築用鋁合金064



2.7包裝用鋁合金065



參考文獻066



第3章鋁合金的環境適應性及選用設計



3.1鋁合金的腐蝕形式067



3.1.1點蝕068



3.1.2晶間腐蝕068



3.1.3應力腐蝕開裂(SCC)069



3.1.4剝層腐蝕072



3.1.5電偶腐蝕074



3.2鋁合金構件在使用環境中的耐蝕性074



3.2.1大氣環境074



3.2.2海洋環境077



3.2.3工業環境092



3.2.4太空環境097



3.3提高鋁合金耐蝕性的表面處理技術098



3.3.1化學轉化098



3.3.2陽極氧化105



3.3.3微弧氧化118



3.3.4金屬鍍層128



3.3.5有機塗層134



3.4鋁合金構件的防腐蝕設計145



3.4.1鋁合金防腐蝕設計的一般原則145



3.4.2預防電偶腐蝕的設計145



3.4.3預防應力腐蝕開裂的設計148



參考文獻149



第4章鋁合金的耐磨性及選用設計



4.1鋁合金的干摩擦磨損行為152



4.1.1鋁合金的干摩擦磨損特性152



4.1.2鋁合金干摩擦磨損性能的影響因素156



4.2鋁合金的腐蝕磨損行為162



4.2.1鋁合金在雨水中的腐蝕磨損行為162



4.2.2鋁合金在海水中的腐蝕磨損行為163



4.2.3鋁合金在NaCl溶液中的腐蝕磨損行為166



4.3提高鋁合金耐磨性的表面強化技術167



4.3.1硬質陽極氧化167



4.3.2微弧氧化173



4.3.3激光熔覆178



4.3.4離子注入182



4.3.5電鍍和化學鍍185



4.3.6熱滲金屬層188



參考文獻189



第5章鋁合金的疲勞性能及選用設計



5.1鋁合金的斷裂韌性192



5.1.1概述192



5.1.2影響因素193



5.1.3改善措施195



5.2鋁合金的腐蝕疲勞195



5.2.1腐蝕疲勞的影響因素195



5.2.2腐蝕疲勞機理197



5.2.3腐蝕疲勞理論模型199



5.2.4腐蝕疲勞的控制方法202



5.3表面處理對鋁合金疲勞性能的影響202



5.3.1化學氧化的影響202



5.3.2陽極氧化的影響203



5.3.3微弧氧化的影響204



5.3.4激光熔覆的影響207



5.3.5噴丸強化的影響207



5.3.6激光噴丸強化的影響212



5.3.7超聲滾壓強化的影響214



5.4鋁合金構件抗疲勞技術與結構設計216



5.4.1減少應力集中217



5.4.2提高鋁合金構件表面硬度219



5.4.3干涉配合連接，提高鋁合金連接件的疲勞壽命220



參考文獻220



第6章鋁合金的再制造工程



6.1表面工程技術223



6.1.1復合電刷鍍223



6.1.2等離子噴塗224



6.1.3高速電弧噴塗227



6.2激光再制造技術228



6.2.1激光熔覆228



6.2.2激光表面合金化231



6.2.3激光快速成型232



6.3冷噴塗修復技術234



6.3.1冷噴塗修復技術原理、特點及設備235



6.3.2冷噴塗技術修復鋁合金零件238



參考文獻240



第7章鋁合金的循環利用



7.1廢鋁的來源及分類242



7.2廢鋁料的利用現狀243



7.3廢鋁的再生、應用與發展244



7.3.1再生鋁的生產244



7.3.2再生鋁的應用247



7.3.3再生鋁的技術發展247



7.4特殊鋁資源的回收與利用251



7.4.1鋁灰中鋁資源回收與資源化利用251



7.4.2鋁材表面處理廢水的資源化利用254



7.4.3鋁合金化銑液中鋁的回收255



參考文獻256

總前言



材料是人類賴以生存和發展的物質基礎，是人類社會進步的標志和裡程碑，是社會不斷進步的先導，是國家實現可持續發展的支柱。然而，地球上的礦藏是有限的，而且需要投入大量的能源，進行復雜的提煉、處理，產生大量污染，纔能生產成為人類有用的材料，所以，材料是寶貴的，需要科學利用和認真保護。



半個多世紀特別是改革開放三十多年來，我國材料的研究、開發、應用有了快速的發展，水泥、鋼鐵、有色金屬、稀土材料、織物等許多材料的產量多年居世界。我國已經成為世界上材料的生產、銷售和消費大國。“中國材料”伴隨著“中國制造”的產品，遍布全球；伴隨著“中國建造”的工程項目，遍布全國乃至世界上很多國家。材料支撐我國國民經濟連續30多年GDP年均10％左右的高速發展，使我國成為全球第二大經濟體。但是，我國還不是材料強國，還存在諸多問題需要改進。例如，在制造環境、運行環境和自然環境的作用下，出現過早腐蝕、老化、磨損、斷裂（疲勞），材料及其制品在使用可靠性、安全性、經濟性和耐久性（簡稱“四性”）方面都還有大量的工作要做。



“材料延壽”是指對材料及其制品在服役環境作用下出現腐蝕、老化、磨損和斷裂而導致的過早失效進行預防與控制，以盡可能地提高其“四性”，也就是提高水平，提高質量，延長壽命。目標是節約資源、能源，減少對環境的污染，支持國家可持續發展。



材料及制品的“四性”實質上是材料及制品水平高低和質量好壞的終表征和判斷標準。追求“四性”，就是追求全壽命周期使用的高水平、高質量，追求“質量”，追求“質量立國”，追求“材料強國”、“制造強國”、“民富、國強、美麗國家”。



我國在“材料延壽與可持續發展”方面，做過大量的研究，取得了顯著的成績，積累了豐富的實踐經驗，凝練出了一繫列在材料全壽命周期中提高“四性”的重要理論、原則、技術和措施，可以總結，服務於社會。



“材料延壽與可持續發展”叢書的目的就在於：總結過去，總結已有的繫統控制材料提前損傷、破壞和失效的因素，即腐蝕、老化、磨損和斷裂（主要是疲勞與腐蝕疲勞）的理論、原則、技術和措施，使各行業產品設計師，制造、使用和管理工程師有所啟示、有所參考、有所作為、有所貢獻，以盡可能地提高產品的“四性”，延長使用壽命。叢書的目的還在於：面對未來、研究未來，推進材料的優質化、高性能化、高強化、長壽命化，多品質、多規格化、標準化，傳統材料的綜合優化，材料的不斷創新，並為國家長遠發展，提出成套成熟可靠的理論、原則、政策和建議，推進國家“節約資源、節能減排”、“可持續發展”和“保衛地球、科學、和諧”發展戰略的實施，加速創建我國“材料強國”、“制造強國”。



在中國科協和中國工程院的領導與支持下，一批材料科學工作者不懈努力，不斷地編寫和出版繫列圖書。衷心希望通過我們的努力，既能對設計師，制造、使用和管理工程師“材料延壽與可持續發展”的創新有所幫助，又能為國家成功實施“可持續發展”、“材料強國”、“制造強國”的發展戰略有所貢獻。







中國工程院院士



中國工程院副院長











前言



鋁合金作為輕質金屬結構材料，具有許多優良的物理、化學和力學性能，其密度小、比強度高，導電、導熱性能好，色澤美觀，耐腐蝕性能優異，切削加工性能優良，且能承受較大的衝擊載荷，因此，目前已經廣泛應用於機械制造、交通、建材、航空航天及軍事國防的各個領域。我國鋁合金儲量隻相當於世界人均儲量的10%，而鋁合金使用量又較大，如果不加以合理開采和使用，會面臨鋁資源耗竭的危機。



本書從促進鋁合金可持續發展的角度出發，介紹了鋁合金的基本性能，鋁合金在航空航天、汽車、船舶、建築等領域的使用情況以及在這些領域應用時鋁合金的選材原則；較為詳細地介紹了鋁合金在各種環境中的腐蝕性能、摩擦磨損性能、疲勞與腐蝕疲勞性能，探討了影響鋁合金使用壽命的主要因素，提出了相應的選材設計、結構設計、預防和控制措施及表面處理方法，以達到延長鋁合金材料的使用壽命，提高鋁合金制成品的可靠性、安全性和耐久性的目的。從“再制造、再循環、再利用”的角度出發，介紹了鋁合金的再制造方法和研究現狀，鋁合金廢料的利用、回收方法。希望本書能為鋁合金材料構件的設計工程師，制造工程師，使用維護、維修和管理工程師提供參考，提高所設計制造產品的可靠性、安全性和耐久性，達到延長鋁合金材料使用壽命及有效節約資源的目的。



本書由南昌航空大學趙晴教授和王帥星編著。在本書的編著過程中，我國表面工程和腐蝕控制專家、航空材料科學家李金桂教授及南昌航空大學材料學院的專家學者給予了大量支持，並提出了許多建設性的意見，在此深表感謝！



由於編著者學術水平和資料收集閱讀的局限，本書的疏漏與不妥之處在所難免，請讀者賜教與指正。本書在撰寫過程中參考了大量文獻資料，在此對本書引用的所有參考資料的作者表示衷心感謝。







編著者