鋁合金成形技術與表面處理工藝（簡體書）

中國是產鋁大國，也是消費鋁合金的大國，鋁合金產量僅次於鋼鐵。鋁應用非常廣泛，在航空航天、電力、船舶、電子等領域發揮著不可替代的作用。本書詳細介紹了鋁的電解、熔煉、再生，鋁合金的擠壓、鍛造、焊接等成形工藝以及熱處理、表面陽極化、化學鍍等表面處理工藝，同時簡要介紹了其在各個領域的應用。
本書適宜鋁合金加工領域的技術人員閱讀，也可供機械、汽車、船舶、電子等相關行業人員參考。

曲立杰，女，1978年生，工學博士，武夷學院教師。目前從事土木工程相關的教學與科研工作。主持並參與國家自然科學基金、省自然科學基金、省教育廳等項目4項，發表論文10余篇。獲省自然科學三等獎、省高校技術發明二等獎、市科學技術進步二等獎和校級自然科學一等獎各1項。授權發明專利4項。參編十二五普通高等教育本科規劃教材1部，出版專著1部。

鋁合金是用量極大的有色金屬材料，在關係國計民生的多個領域發揮著重要的作用。我國是世界產鋁大國，也是用鋁大國，我國電解鋁產量和消費量都超過全球的50% 。鋁合金的成形處理和表面處理工藝成為專業技術人員和相關專業人士必須掌握或者了解的知識。

鋁是有色金屬中產量最高、應用最廣的金屬材料，用途十分廣泛，是最經濟實用的材料之一。在金屬結構材料中，它的產量僅次於鋼鐵。我國鋁土礦資源豐富，《中國礦產資源2020》顯示，2018年和2019年我國鋁礦產資源分別新增1.2億噸和2.8億噸，2019年電解鋁的產量為3504.4萬噸，2020年鋁材產能4210萬噸，其中鋁擠壓材總產能2138萬噸，鋁型材產能2082萬噸，經表面處理的鋁擠壓材產量為1575萬噸。同時我國是鋁消耗大國，鋁消耗量占全球近50%。
鋁重量輕、耐腐蝕，可制成各種鋁合金，如硬鋁、超硬鋁、防銹鋁、鑄鋁等。這些鋁合金廣泛應用於飛機、汽車、火車、船舶等製造工業。此外，火箭、航天飛機、人造衛星也大量使用鋁合金。鋁合金的開發與應用對於國家實現“兩碳”目標具有重要意義。鋁的導電性僅次於銀、銅和金，雖然它的電導率是銅的2/3，但其密度只有銅的1/3，所以輸送同量的電，所需鋁線的質量只有銅線的一半。鋁表面的氧化膜不僅有耐腐蝕的能力，而且有一定的絕緣性，所以鋁在電器製造工業、電線電纜工業和無線電工業中有廣泛的用途。鋁是熱的良導體，它的導熱能力比鐵大3倍，工業上可用鋁製造各種熱交換器、散熱材料和炊具等。鋁有較好的延展性（它的延展性僅次於金和銀），在100~150℃時可制成薄於0.01mm的鋁箔。同時，鋁合金表面處理方式豐富，全國擁有鋁合金表面處理生產線1200多條。再生鋁產量越來越大，鋁合金材料正朝著高性能、低成本化、綠色回收方向發展。
本書共分七章。第1章主要介紹鋁的特點、鋁合金的分類及鋁合金加工產業化。第2章主要介紹鋁合金的液態成形方法，包括電解鋁、鋁合金的熔煉與鑄造。第3章主要介紹鋁合金的固態成形方法，包括鋁合金的擠壓成形、軋制成形、鍛造成形、板料成形及焊接等。第4章主要介紹鋁合金的熱處理方法，包括鋁合金熱處理分類、熱處理工藝及裝備等。第5章主要介紹鋁合金的表面處理，包括鋁合金的表面預處理、化學轉化處理、陽極氧化、微弧氧化和化學鍍等。第6章主要介紹鋁合金在各個領域中的應用。第7章主要介紹再生鋁資源及鋁生產環境保護等。
本書的編寫得到福建省一流本科專業建設（編號：SJZY2020004）、福建省本科高校教育教學重大改革研究項目（編號：FBJG 20200116）、福建省一流本科課程（項目編號：SJYLKC）、武夷學院教育教學研究項目（項目編號：ZY202230SC，ZY202233SX）的支持，一並致謝。
本書由曲立杰、趙艷、馬春力編寫，其中趙艷編寫第1章和第6章，曲立杰編寫第2～5章，馬春力編寫第7章。全書由曲立杰定稿。
本書可供鋁加工及生產、表面處理、腐蝕與防護等領域的工程技術人員和生產人員參考使用，也可作為高等院校相關專業的本科生和碩士研究生的教學參考書。由於編者水平有限，書中不妥之處敬請讀者批評指正，在此表達真誠感謝。

曲立杰

第1章鋁及鋁合金資源1
1.1鋁簡介1
1.1.1鋁資源1
1.1.2鋁的一般性質2
1.1.3鋁的特性及其應用3
1.1.4鋁及氧化鋁的生產4
1.1.5鋁合金成形加工方法5
1.2鋁合金的分類及牌號6
1.2.1變形鋁合金6
1.2.2鑄造鋁合金8
1.2.3高強度鋁合金10

第2章鋁及鋁合金的液態成形13
2.1鋁電解工藝13
2.1.1電解鋁13
2.1.2原鋁及鋁錠15
2.1.3電解鋁與鋁加工結合15
2.1.4鋁電解槽中生產鋁合金16
2.2鋁及鋁合金的熔煉工藝16
2.2.1熔煉的目的及原理16
2.2.2熔體的凈化及原理20
2.2.3熔煉用的金屬材料21
2.2.4熔煉方法26
2.2.5熔煉的工藝流程26
2.3鋁及鋁合金的鑄造工藝27
2.3.1鋁合金鑄錠鑄造技術28
2.3.2鑄造裝置29
2.3.3鑄造的工藝流程及操作29

第3章鋁及鋁合金固態成形30
3.1塑性變形理論與方法30
3.1.1金屬塑性變形理論30
3.1.2冷塑性變形31
3.1.3熱塑性變形31
3.1.4溫塑性變形32
3.2擠壓成形33
3.2.1擠壓成形特點33
3.2.2擠壓類型34
3.2.3擠壓設備37
3.2.4鋁合金擠壓工藝流程39
3.2.5鋁合金擠壓型材應用40
3.2.6鋁合金擠壓技術發展40
3.3軋制成形41
3.3.1鋁及鋁合金的鑄錠銑面41
3.3.2鋁及鋁合金的軋制成形方法42
3.3.3鋁及鋁合金的軋制過程44
3.3.4實現軋制過程的條件46
3.3.5鋁合金軋制技術發展49
3.4鍛造成形50
3.4.1鍛造鋁合金的典型應用50
3.4.2常用的鍛造鋁合金51
3.4.3鋁合金可鍛性52
3.4.4鋁合金鍛壓成形原理及分類53
3.4.5鋁合金鍛壓成形過程55
3.4.6鋁合金鍛壓工藝方案及工藝流程57
3.4.7鋁合金鍛造工藝參數58
3.4.8鋁合金鍛件缺陷及防止措施62
3.4.9鋁合金鍛造行業發展概況65
3.5板料成形65
3.5.1鋁合金的衝裁成形65
3.5.2鋁合金的彎曲成形66
3.5.3鋁合金的拉深成形67
3.5.4鋁合金的旋壓成形68
3.5.5鋁合金衝壓工藝難點及常見缺陷68
3.5.6鋁合金板成形仿真技術應用69
3.5.7鋁合金衝壓件的典型應用70
3.6鋁及鋁合金的焊接70
3.6.1鋁及鋁合金的焊接性70
3.6.2鋁及鋁合金的焊接方法72
3.6.3鋁及鋁合金的焊接材料74
3.6.4鋁及鋁合金的焊接工藝79
3.6.5鋁及鋁合金焊接接頭缺陷及防止措施106
3.6.6鋁及鋁合金的焊接變形控制111
3.6.7鋁及鋁合金的焊後處理112
3.6.8鋁及鋁合金產品的焊縫質量檢驗113

第4章鋁合金的熱處理117
4.1鋁合金的相組成118
4.2鋁合金中合金元素和雜質的作用119
4.2.1微量元素在1×××系鋁合金中的作用119
4.2.2合金元素和雜質在2×××系鋁合金中的作用119
4.2.3合金元素和雜質在3×××系鋁合金中的作用122
4.2.4合金元素和雜質在4×××系鋁合金中的作用123
4.2.5合金元素和雜質在5×××系鋁合金中的作用123
4.2.6合金元素和雜質在6×××系鋁合金中的作用124
4.2.7合金元素和雜質在7×××系鋁合金中的作用126
4.3鋁合金的熱處理分類127
4.3.1退火處理128
4.3.2固溶處理130
4.3.3時效處理131
4.3.4形變熱處理138
4.4鋁合金的熱處理工藝140
4.4.1鑄造鋁合金熱處理140
4.4.2變形鋁及鋁合金的熱處理145
4.5熱處理工藝基礎及設備176
4.5.1加熱方法176
4.5.2熱處理加熱氣氛177
4.5.3冷卻介質177
4.5.4熱處理時的缺陷178
4.4.5鑄錠均勻化退火爐181
4.4.6退火爐181
4.4.7固溶處理爐（淬火爐）183

第5章鋁合金的表面處理187
5.1鋁合金表面預處理技術187
5.1.1鋁合金清洗除油技術187
5.1.2鋁合金的堿蝕192
5.1.3鋁合金的酸蝕194
5.1.4堿浸蝕後的除灰工藝194
5.1.5水洗195
5.2鋁合金化學轉化處理196
5.2.1鉻酸鹽處理196
5.2.2磷鉻酸鹽處理198
5.2.3無鉻化學轉化處理198
5.3鋁合金陽極氧化處理200
5.3.1陽極氧化電解液選用原則200
5.3.2陽極氧化分類201
5.4鋁合金微弧氧化處理204
5.4.1鋁合金微弧氧化簡介204
5.4.2鋁合金微弧氧化特點及應用領域204
5.4.3鋁合金微弧氧化原理207
5.4.4鋁合金微弧氧化工藝208
5.5鋁及鋁合金的化學鍍處理209
5.5.1鋁合金化學鍍鎳209
5.5.2鋁合金化學鍍鈷216
5.6鋁合金封孔處理217
5.6.1陽極氧化塗層的封孔處理217
5.6.2微弧氧化塗層的封孔處理220

第6章鋁及鋁合金的應用221
6.1常用鋁合金的典型應用221
6.2鋁合金在儀器儀表中的應用224
6.2.1儀器儀表工業中鋁及鋁合金結構件的性能224
6.2.2儀器儀表工業中鋁及鋁合金結構件的特點226
6.3鋁合金在建築行業中的應用228
6.3.1建築用鋁合金材料的現狀及發展趨勢228
6.3.2建築業常用鋁合金及結構類型229
6.4鋁合金在交通運輸中的應用230
6.4.1汽車工業的發展特點230
6.4.2鋁材在汽車工業中的應用與開發233
6.4.3鋁質車輛的特點及其經濟性分析234
6.4.4汽車輕量化中的鋁合金235
6.4.5中國汽車工業和鋁工業共同面臨的機遇與挑戰244
6.5鋁合金在航空航天中的應用244
6.5.1鋁合金在飛機中的應用244
6.5.2鋁材在火箭與航天器上的應用246
6.5.3航空航天用鋁及鋁合金材料特性246
6.6鋁合金在機械行業中的應用249
6.6.1機械製造業用鋁材的發展概況249
6.6.2各種標準零部件的用鋁250
6.6.3農業機械用鋁材的應用與開發251
6.6.4工業機械用鋁材的應用與開發252
6.6.5鋁材在機械製造行業中的應用前景254
6.7鋁合金在食品包裝行業中的應用255
6.7.1食品包裝行業用鋁材的發展概況255
6.7.2鋁合金易拉罐料的應用與開發256
6.8鋁材在船舶工業上的應用258
6.8.1船用鋁材的品種和常用合金258
6.8.2鋁合金船舶的發展方向259
6.9鋁材在摩托車和自行車上的應用與開發260
6.9.1鋁材在摩托車上的應用260
6.9.2鋁材在自行車上的應用與開發261
6.9.3自行車零件的鋁化及鋁材的應用262
6.10鋁合金在其他領域中的應用262
6.10.1鋁材在日用品和耐用消費品中的應用與開發262
6.10.2鋁材在熱傳輸裝置上的應用263
6.10.3鋁材在旅遊業中的應用264
6.10.4文體用品和醫藥衛生用鋁材的應用與開發265

第7章再生鋁資源及鋁生產環境保護268
7.1再生鋁合金資源268
7.1.1原鋁與再生鋁對比268
7.1.2鋁行業產業循環269
7.1.3再生鋁行業現狀270
7.1.4再生鋁合金的主要應用271
7.1.5汽車用鋁合金回收應遵循的原則273
7.1.6國內外再生鋁合金發展情況274
7.2鋁合金生產安全技術274
7.2.1鋁加工過程主要危險因素274
7.2.2熔煉鑄造安全274
7.2.3鋁材加工安全281
7.2.4熱處理安全283
7.2.5表面處理安全284
7.3鋁加工環保技術285
7.3.1鋁加工中污染物的主要來源及危害285
7.3.2鋁加工中的污染治理286

參考文獻290