我國(guó)鋁加工產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)能和產(chǎn)量已發(fā)展為增長(zhǎng)比較快的領(lǐng)域?yàn)槊裼闷胀ㄤX及鋁合金板帶箔、建筑及軌道交通用鋁型材、制罐料、印刷用鋁板基等，其中增量部分以民營(yíng)企業(yè)為主。我國(guó)是鋁加工產(chǎn)業(yè)大國(guó)。 

     近年來(lái)，鋁及鋁合金的材料開發(fā)主要集中在兩個(gè)方向：（1）開發(fā)高強(qiáng)度、高韌性鋁合金新材料，用以滿足航空航天、交通運(yùn)輸和軍事設(shè)施等特殊領(lǐng)域的需求；（2）發(fā)展具有不同性能和功能的民用鋁合金，用來(lái)滿足不同條件和用途的新材料。鋁合金的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了鋁合金加工制備技術(shù)的發(fā)展，但是隨著鋁合金產(chǎn)品性能要求的不斷提高，對(duì)鋁合金加工技術(shù)也提出了新的要求。重視和強(qiáng)化鋁合金基礎(chǔ)特性研究和系統(tǒng)理論建設(shè)，進(jìn)一步提高對(duì)鋁合金加工特性的認(rèn)識(shí)，是實(shí)現(xiàn)鋁合金加工技術(shù)創(chuàng)新的必由之路。

1.鋁合金材料基礎(chǔ)特性研究

     自成體系的、深入系統(tǒng)的鋁合金基礎(chǔ)特性研究是鋁合金加工技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)。在目前現(xiàn)有的鋁合金加工理論的基礎(chǔ)上，借助優(yōu)良的計(jì)算機(jī)、高速高清攝像機(jī)等優(yōu)良儀器設(shè)備開展鋁合金熔體凝固過(guò)程的傳熱與傳質(zhì)行為、鋁合金固態(tài)形變與熱處理過(guò)程中析出相的演化規(guī)律、多相微結(jié)構(gòu)-界面-綜合性能的本構(gòu)關(guān)系等鋁合金基礎(chǔ)特性研究，形成自有的、系統(tǒng)的鋁合金加工技術(shù)基礎(chǔ)理論體系。同時(shí)結(jié)合目前的鋁合金加工設(shè)備和生產(chǎn)制備技術(shù)來(lái)指導(dǎo)和優(yōu)化現(xiàn)行的鋁合金生產(chǎn)加工工藝，以實(shí)現(xiàn)鋁加工技術(shù)創(chuàng)新和材料創(chuàng)新。

   （1）鋁合金熔煉鑄造基礎(chǔ)特性研究。研究在不同冷卻速率條件下不同種類的鋁熔體凝固過(guò)程熱場(chǎng)的分布形式和熔體凝固前沿的初始形態(tài)，探尋凝固前沿推進(jìn)過(guò)程中其形態(tài)的演化規(guī)律以及對(duì)坯料內(nèi)部熱應(yīng)力場(chǎng)的影響規(guī)律；研究凝固過(guò)程中溶質(zhì)的再分配方式，掌握一次凝固析出相的種類、形成和長(zhǎng)大的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)機(jī)制以及不同種類一次凝固析出相的分布規(guī)律、凝固過(guò)程中各種缺陷的形成機(jī)制等。

   （2）鋁合金塑性變形基礎(chǔ)特性研究。研究外加形變力對(duì)不同尺寸/不同種類一次凝固析出相破碎的影響機(jī)制；研究外加形變力-形變速度-形變量-形變溫度分布-形變抗力-材料開裂極限-殘余內(nèi)應(yīng)力之間的內(nèi)在關(guān)系；研究形變析出相的種類、形成和長(zhǎng)大的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)機(jī)制等。

   （3）鋁合金熱處理基礎(chǔ)特性研究。研究在鋁合金固溶熱處理過(guò)程中不同種類一次凝固析出相/形變析出相回溶的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)機(jī)制；在鋁合金急冷淬火處理過(guò)程中，研究材料的傳熱機(jī)制、殘余內(nèi)應(yīng)力變化規(guī)律；在時(shí)效熱處理過(guò)程中，探尋不同種類沉淀相形成和長(zhǎng)大的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)機(jī)制，并掌握不同種類沉淀相的分布規(guī)律；研究不同種類/尺寸沉淀相及界面與點(diǎn)/線缺陷的相互作用機(jī)制、不同種類/尺寸沉淀相質(zhì)點(diǎn)間距和晶界對(duì)線缺陷運(yùn)動(dòng)方式、裂紋萌生與擴(kuò)展的影響規(guī)律；深入研究沉淀相種類/尺寸/分布對(duì)材料靜態(tài)/動(dòng)態(tài)力學(xué)性能、抗腐蝕性能影響規(guī)律、材料靜態(tài)/動(dòng)態(tài)力學(xué)性能與材料抗高速?zèng)_擊損傷性能之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系等。

2.民用鋁合金材料的研究與設(shè)想

      在民用航空、交通運(yùn)輸、3C 電子、新能源、體育和建筑等領(lǐng)域，鋁合金材料都獲得了廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用。激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)促進(jìn)了民用鋁合金產(chǎn)品的質(zhì)量和性能要求的提高，因此，只有進(jìn)一步挖掘鋁合金潛能，研究開發(fā)優(yōu)良的民用鋁合金材料和加工技術(shù)，才能更好地滿足市場(chǎng)需求。

2.1.民用航空高性能鋁合金

   （1）民用航空用新型高性能稀土鋁合金材料工程化制備技術(shù)。針對(duì)民用航空高性能稀土鋁合金，深入開展稀土元素在鋁合金應(yīng)用中的基礎(chǔ)研究，揭示稀土元素在鋁合金中的影響機(jī)理、熱-力條件下組織演變規(guī)律及與性能關(guān)系的系統(tǒng)研究，形成高性能稀土鋁合金成分設(shè)計(jì)及制備加工的基礎(chǔ)理論體系；進(jìn)一步開展新型高性能稀土鋁合金材料工程化制備以及應(yīng)用研究，形成新型高性能稀土鋁合金變形材全套生產(chǎn)工藝與應(yīng)用成套技術(shù)，具備穩(wěn)定的批量生產(chǎn)能力，實(shí)現(xiàn)在民用航空飛機(jī)上的裝機(jī)應(yīng)用，滿足民用航空飛機(jī)批生產(chǎn)需求。

    （2）新型高強(qiáng)耐蝕耐熱鋁合金。突破高強(qiáng)耐熱鋁合金成分設(shè)計(jì)及正確控制技術(shù)、高合金含量耐熱合金鑄造成型控制技術(shù)、多級(jí)均勻化處理技術(shù)、含稀土Sc、Er 等的高熱穩(wěn)定性熱強(qiáng)相組織及性能控制技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，形成高合金化鑄錠質(zhì)量穩(wěn)定性控制制備技術(shù)，研制開發(fā)出含稀土的高強(qiáng)耐熱鋁合金新型材料；開展高強(qiáng)耐熱鋁合金材料的工程化研究，為民用航空領(lǐng)域應(yīng)用的典型構(gòu)件提供技術(shù)儲(chǔ)備。

    （3）高強(qiáng)韌耐蝕耐損傷容限鋁合金。針對(duì)民用航空飛機(jī)耐久性損傷容限和防腐蝕性能設(shè)計(jì)要求，開發(fā)700 MPa強(qiáng)度級(jí)高耐蝕高韌性鋁合金板材是必然趨勢(shì)，擬通過(guò)新型合金成分設(shè)計(jì)及優(yōu)化、調(diào)控彌散相質(zhì)點(diǎn)的多級(jí)均勻化處理、軋制過(guò)程的變形組織調(diào)控及板形控制等方面的研究，研制開發(fā)具有優(yōu)良的強(qiáng)度-斷裂韌性-耐腐蝕性能匹配的700 MPa強(qiáng)度級(jí)高耐蝕高韌性鋁合金預(yù)拉伸中厚板，為民用航空領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件提供技術(shù)儲(chǔ)備。

    （4）原位自生納米顆粒增強(qiáng)高性能鋁基復(fù)合材料。該材料具有高的比強(qiáng)度、比模量，良好的抗疲勞能力，很好的耐熱性、耐腐蝕性能等，且相對(duì)制備成本較低等優(yōu)點(diǎn)，是目前具有突破性的鋁合金新材料。掌握原位自生納米顆粒的形態(tài)、大小等控制技術(shù)，采用高頻脈沖磁場(chǎng)和高能超聲場(chǎng)調(diào)控技術(shù)，控制納米顆粒的團(tuán)聚和分布，優(yōu)化原位自生納米顆粒增強(qiáng)高性能鋁基復(fù)合材料DC 鑄造技術(shù)。在改善合金組織的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)納米顆粒在合金晶內(nèi)和晶界的均勻分布，顯著提高鋁合金材料的強(qiáng)塑性和抗疲勞性能，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)格鑄錠及鋁材產(chǎn)品的規(guī)模化生產(chǎn)及市場(chǎng)應(yīng)用。

     （5）航空鋁合金高質(zhì)量制備加工關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用研究。針對(duì)航空用高質(zhì)量鋁合金材料，深入研究合金成分、組織、性能與制備加工之間的內(nèi)在關(guān)系以及強(qiáng)韌化機(jī)制等科學(xué)問(wèn)題和細(xì)致化調(diào)控技術(shù)，確立組織調(diào)控原則和安全服役準(zhǔn)則，構(gòu)筑基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)，突破大型鋁合金結(jié)構(gòu)材料高可靠性、高穩(wěn)定性和高均質(zhì)性制備關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，為航空鋁合金結(jié)構(gòu)材料完全自主可控提供理論基礎(chǔ)與關(guān)鍵技術(shù)支撐。

2.2.交通運(yùn)輸輕量化鋁合金

     （1）兼顧輕量化與安全性的車用變形鋁材研發(fā)與高質(zhì)量產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。中國(guó)為全球較大的汽車消費(fèi)市場(chǎng)，傳統(tǒng)燃油車和新能源車的設(shè)計(jì)制造都會(huì)進(jìn)一步提升鋁材的應(yīng)用量，包括全鋁車身和新能源車的電池殼等，對(duì)變形鋁合金材料設(shè)計(jì)研發(fā)與高質(zhì)量產(chǎn)業(yè)化提出緊迫需求。以企業(yè)為主體，通過(guò)“研產(chǎn)用”緊密結(jié)合，針對(duì)全流程中的問(wèn)題環(huán)節(jié)開展聯(lián)合攻關(guān)，細(xì)化和量化生產(chǎn)制備過(guò)程中制度細(xì)節(jié)和規(guī)范參數(shù)，建立全程可追溯的生產(chǎn)管理制度和體系，實(shí)現(xiàn)車用典型變形鋁材的高質(zhì)量穩(wěn)定化生產(chǎn)與應(yīng)用。

     （2）鋁材設(shè)計(jì)與“工藝-組織-性能”關(guān)聯(lián)性應(yīng)用基礎(chǔ)研究。針對(duì)汽車車身結(jié)構(gòu)對(duì)6×××系鋁材（板材和型材）和電池殼對(duì)3×××系鋁材的應(yīng)用性能要求，依托多維多尺度微觀組織的定量表征技術(shù)手段，開展基于綜合性能需求的合金設(shè)計(jì)與工藝研究、基于單一優(yōu)良性能的合金設(shè)計(jì)與工藝研究、應(yīng)用性能（成形、連接等）研究與評(píng)價(jià)，開發(fā)出汽車車身及其結(jié)構(gòu)、電池殼用鋁合金材料，并實(shí)現(xiàn)低成本高穩(wěn)定性生產(chǎn)制備。

     （3）高成型性能高強(qiáng)度鋁合金。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)鋁合金化學(xué)成分和加工工藝，研制開發(fā)出與目前汽車鋁材6016 合金深沖成型性能相當(dāng)?shù)模═4P 狀態(tài)）、在短時(shí)烘烤后強(qiáng)度與2024-T351 狀態(tài)相當(dāng)?shù)母叱尚托阅芨邚?qiáng)度鋁合金材料，滿足汽車輕量化用抗沖擊凹陷覆蓋件的性能使用要求。

     （4）大規(guī)格高強(qiáng)度泡沫鋁合金。泡沫鋁兼有多孔結(jié)構(gòu)和金屬的特點(diǎn)，具有輕質(zhì)、高比強(qiáng)度、能量吸收、減震、阻尼、吸音、散熱、電磁屏蔽等多種優(yōu)良性能。采用模擬仿真技術(shù)，深入、系統(tǒng)研究泡沫鋁結(jié)構(gòu)與材料性能的交互影響，優(yōu)化工業(yè)化大生產(chǎn)的各工藝參數(shù)，在此基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化生產(chǎn)制備工藝，降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度大規(guī)格泡沫鋁合金材料在交通運(yùn)輸輕量化領(lǐng)域的市場(chǎng)應(yīng)用。

2.3 3C電子鋁材及其它鋁合金

     （1）稀土鋁合金開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化。我國(guó)具有豐富的稀土資源，鋁合金產(chǎn)業(yè)規(guī)模很大。已有研究表明，一些稀土元素（RE）與鋁合金結(jié)合能有效提升合金的性能，但我國(guó)目前還沒有開發(fā)出穩(wěn)定應(yīng)用的稀土鋁合金，也沒有在國(guó)際上開發(fā)形成具有中國(guó)特色品牌的稀土鋁合金，因此，需要持續(xù)加大力度開展相關(guān)研究與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。通過(guò)“研學(xué)用”緊密結(jié)合，進(jìn)一步開展稀土元素在鋁合金中的基礎(chǔ)應(yīng)用研究，深入理解稀土元素在鋁合金中的影響機(jī)理，開發(fā)出幾種具有應(yīng)用價(jià)值的稀土鋁合金并推廣應(yīng)用。

     （2）5G高表面高強(qiáng)高導(dǎo)熱鋁合金。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)合金化學(xué)成分、合理調(diào)控材料組織，研究合金成分、變形加工及熱處理工藝對(duì)合金強(qiáng)度、導(dǎo)熱性能、陽(yáng)極氧化性能的影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)合金晶粒、第二相化合物的控制；通過(guò)組織調(diào)控及對(duì)陽(yáng)極氧化、電解著色的工藝研究，獲得膜層均勻、無(wú)色差、無(wú)黑點(diǎn)黑線等缺陷的陽(yáng)極氧化膜，開發(fā)高表面、高導(dǎo)熱性、高強(qiáng)度性能的鋁合金材料，滿足市場(chǎng)需求的5G 用手機(jī)殼體、手機(jī)中板鋁合金擠壓鋁材和軋制板材。

     （3）高效低成本的鋁-空電池鋁合金陽(yáng)極。深入、系統(tǒng)地研究鋁合金陽(yáng)極特有的合金元素，如低熔點(diǎn)金屬元素、變形加工及熱處理工藝對(duì)鋁陽(yáng)極電化學(xué)活性和抗自腐蝕性能的影響，開展鋁合金陽(yáng)極材料活化、鈍化特性基礎(chǔ)研究，開發(fā)滿足鋁空氣電池使用要求的鋁合金陽(yáng)極材料，實(shí)現(xiàn)鋁-空電池在汽車輕量化、應(yīng)急電源等方面的市場(chǎng)化應(yīng)用。

     （4）800 MPa 級(jí)強(qiáng)度鋁合金。突破現(xiàn)有高強(qiáng)鋁合金成分設(shè)計(jì)范圍，研制開發(fā)800 MPa級(jí)新型強(qiáng)度7×××系鋁合金材料。重點(diǎn)開展800 MPa級(jí)高強(qiáng)鋁合金工業(yè)化成分設(shè)計(jì)與正確控制、高合金化鑄錠成型與高冶金質(zhì)量鑄錠制備、熱加工過(guò)程組織均勻性調(diào)控、精密熱處理工藝控制等關(guān)鍵技術(shù)研究，形成高合金化鑄錠批產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定性控制技術(shù)，建立加工與熱處理過(guò)程組織演變與組織結(jié)構(gòu)細(xì)致化控制技術(shù)；完成典型件研制和模擬服役條件的應(yīng)用驗(yàn)證，初步實(shí)現(xiàn)船舶用高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)材料的輕量化替代，并為航天、航空、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域應(yīng)用的典型結(jié)構(gòu)件輕量化設(shè)計(jì)與制備提供技術(shù)儲(chǔ)備。

      （5）石油勘探用高強(qiáng)韌耐蝕耐熱鋁合金鉆桿。與鋼鉆桿相比，鋁合金鉆桿具有比密度低、強(qiáng)度高、彎曲應(yīng)力小、耐H2S 和CO2等酸性氣體腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，且有更大的鉆深能力和較強(qiáng)的減震能力，因此鋁合金鉆桿在深井、超深井和酸性氣井勘探開發(fā)中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。研究?jī)?yōu)化高溶質(zhì)狀態(tài)下合金的熱處理工藝來(lái)控制微觀組織，以期達(dá)到MPt、GBP、PFZ 的較好組合，使合金實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)、高韌、耐蝕、耐熱的優(yōu)化匹配；研究合金變形行為，建立合金組織演變模型；了解成分、微觀組織等因素與宏觀性能之間的關(guān)系，建立時(shí)效硬化模型、應(yīng)力腐蝕、斷裂韌性模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)組織的正確控制，研制生產(chǎn)出滿足市場(chǎng)需求的石油勘探用高強(qiáng)韌耐蝕耐熱鋁合金鉆桿。

      （6）鋁合金材料綠色加工技術(shù)開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化。面對(duì)資源和能源短缺問(wèn)題，資源的綜合利用和技術(shù)的革新尤為重要。系統(tǒng)開展回收鋁合金的應(yīng)用基礎(chǔ)研究，深入理解多種元素在鋁合金中耦合作用及其對(duì)材料組織性能影響機(jī)理，建立鋁合金回收再利用體系，開發(fā)低能耗、低成本、高性能的鋁合金材料綠色制備加工技術(shù)，為制備出具有應(yīng)用價(jià)值的低成本綠色環(huán)保鋁合金和“一鋁多能”提供理論與技術(shù)支撐，實(shí)現(xiàn)我國(guó)逐年嚴(yán)苛節(jié)能減排目標(biāo)和鋁行業(yè)產(chǎn)業(yè)綠色升級(jí)。

3.結(jié)束語(yǔ)與展望

      高性能、高質(zhì)量、高均勻性、低成本、低碳環(huán)保仍是民用鋁合金新材料、鋁加工技術(shù)發(fā)展的主要方向。一是發(fā)展優(yōu)良熔鑄技術(shù)，不斷提高能源利用效率，減少排放，提高鑄錠冶金質(zhì)量、化學(xué)成分和組織的控制水平；二是集成應(yīng)用當(dāng)代優(yōu)良技術(shù)成果，發(fā)展高精度的自動(dòng)化、專業(yè)化、大型化的技術(shù)裝備，提升效能，保障高質(zhì)量、高均一性產(chǎn)品的規(guī)模化生產(chǎn)；三是充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在新材料研發(fā)、加工過(guò)程、加工工藝和模具設(shè)計(jì)與優(yōu)化等領(lǐng)域的應(yīng)用，大幅縮短研制周期，降低研制風(fēng)險(xiǎn)，提高生產(chǎn)效率和降低成本。

      目前，鋁合金加工材正向多合金、大寬度、高強(qiáng)度及高韌性、高純度、高精度、高穩(wěn)定性、超塑性及超導(dǎo)性方向發(fā)展，這勢(shì)必要求在技術(shù)創(chuàng)新研究中，從材料機(jī)理研究到過(guò)程要素控制、加工過(guò)程影響因素、合理的工藝線路參數(shù)制定、嚴(yán)格的質(zhì)量跟蹤監(jiān)督等方面，做大量細(xì)致的工作，建立鋁合金基礎(chǔ)特性表征、加工工藝技術(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)和產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)、評(píng)價(jià)體系，實(shí)現(xiàn)優(yōu)良民用鋁合金材料加工技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展。