張華東

（北京飛機維修工程有限有限公司成都分公司，四川 成都 610200）

金屬鋁復合材料是人類生活的基礎(chǔ)和生活品質(zhì)提高的關(guān)鍵因素。就世界的幾次工業(yè)革命的而言，每一次工業(yè)革命都要隨著帶著大規(guī)模的材料的更新變化。金屬鋁復合材料就是指用兩種或者兩種以上的材料結(jié)合而成的新型材料，被稱作當今的四大材料之一。因此，通過對金屬鋁復合材料成型工藝的分析，以拋磚引玉的方式促進復合材料成型工藝的發(fā)展[1]。

1 金屬鋁復合材料的概述

金屬鋁復合材料具有以下幾點優(yōu)點。

①可設(shè)計性，金屬鋁復合材料成型的工藝種類較多，能夠根據(jù)產(chǎn)品的額要求，進行不同結(jié)構(gòu)和性能的設(shè)計。一般來說，普通的纖維，例如玻璃纖維，在強度和彈性的模量上高于復合材料的強度和彈性的模量幾十倍，因此，可以通過改變纖維的質(zhì)量的分數(shù)和分布情況，充分的發(fā)揮材料的作用，能夠是產(chǎn)品滿足多方位受力的問題，并且在制作中能夠兼顧產(chǎn)品的剛性、塑性、韌性等。②化學防腐性和耐候性，金屬鋁復合材料制品的表面電阻為1＊1016-1＊1022，在電解質(zhì)溶液中不會與離子溶出，所以對大氣、水、酸（一般濃度）、堿（一般濃度）、鹽（一般濃度）的介質(zhì)有著良好的化學穩(wěn)定性。尤其是能夠良好的適應非氧化性強酸和廣泛的pH值的介質(zhì)環(huán)境。并且在金屬鋁復合材料中增加相關(guān)的輔助材料，也能夠提升材料的耐老化、耐候的性能。③質(zhì)量輕、力學性能優(yōu)越，力學性能是材料的最基本的性能。復合材料具有強度較高、抗疲勞能力較強、比模量大、抗震性突出等特點。④電性能優(yōu)越，金屬鋁復合材料具有較好的絕緣性，并且不反射電磁波，并且在很寬的頻段內(nèi)都能夠具有透微波性能。⑤熱性能較好，金屬鋁復合材料的熱導率為0.03-0.05W/（m·k）這就導致在一定的溫度下，它具有較高的穩(wěn)定性，但是這也側(cè)面的反應出了金屬鋁復合材料的耐熱性較差。

2 金屬鋁復合材料成型工藝的概述

金屬鋁復合材料成型工藝就是在保障產(chǎn)品的外觀滿足要求的情況下，使材料能夠按照預選設(shè)定的方向進行鋪設(shè)，以達到性能上的最優(yōu)化。在材料固化反應后，通過引導界面與材料的良好結(jié)合，排除氣體，減少孔隙率。但是這些工藝之間也具有一定的共性，一般來說，從材料到制品的過程如圖1所示。

圖1 金屬鋁復合材料成型工藝流程

3 金屬鋁復合材料成型工藝

（1）接觸低壓成型工藝。1932年在美國，人們發(fā)現(xiàn)金屬鋁復合材料。早期通過簡單的手糊的方式將其制作并應用在軍用飛機雷達罩。隨著對技術(shù)的不斷熟練和掌握，能夠利用這樣的方式，制作飛機的機身和機翼。這樣的材料應用開始逐漸受到軍事領(lǐng)域和工程領(lǐng)域的重視，并且在二戰(zhàn)后期逐漸的拓展到民用領(lǐng)域。這樣的手糊的工藝也比稱之為接觸成型工藝，就是手工的將纖維織物和數(shù)值交替的鋪在模具上，粘黏后固化成型。接觸低壓成型工藝就是在這樣技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過改良形成的新的工藝手段。通過在模具上設(shè)計出形狀，用常溫或者加熱固化，在脫模后進行輔助加工。

（2）模壓成型的工藝。模壓成型工藝是在金屬鋁復合材料生產(chǎn)中一項既古老又能夠隨著時代的發(fā)展不斷展現(xiàn)出新生命的一種成型方式。主要就是通過將一定的材料加入金屬模具中，通過加熱、加壓的方式，使材料固化成型。這種工藝的優(yōu)勢就在與能夠?qū)崿F(xiàn)集中化、大規(guī)模的生產(chǎn)，有利于專業(yè)化和自動化生產(chǎn)。并且在模具內(nèi)部進行施壓，能夠保障產(chǎn)品表面的光滑，表面出現(xiàn)分子取向的問題，能夠在一定程度上保障其性能。

（3）纏繞成型工藝。纏繞成型工藝的發(fā)展已經(jīng)有半個世紀，隨著纏繞技術(shù)的不斷更新，纏繞工藝基本已經(jīng)成型，并成為金屬鋁復合材料重要施工工藝之一。纏繞成型工藝主要就是通過將浸水的金屬鋁復合材料按照一定的規(guī)律，纏繞在芯模中。然后通過固化脫模，最終獲得制品。纏繞成型工藝的優(yōu)點有：①能夠根據(jù)產(chǎn)品的受力情況，進行纏繞規(guī)律的設(shè)計，保障纖維強度得到充分發(fā)揮。②比強度較高，纖維纏繞制品的壓力與等體積的鋼制容器來比，重量能夠減輕近50%左右。③生產(chǎn)效率較高，通過采用機械化生產(chǎn)和自動化生產(chǎn)的方式，能夠減少人工的參與。④成本較低，在生產(chǎn)中惡意選擇多種材料復合，能夠降低材料成本。⑤可靠性較高，由于實現(xiàn)了機械化生產(chǎn)的方式，能夠在一定程度上降低保障產(chǎn)品質(zhì)量的精準性。但是這樣的工藝也具有一定的缺點：①適應性較小，只能針對外形結(jié)構(gòu)能夠纏繞的產(chǎn)品。一般外觀較為復雜的產(chǎn)品都不能采用這樣的方式進行生產(chǎn)。②投資較高，該工藝需要有纏繞機、芯模、加熱爐、技術(shù)嫻熟的工人等，因此，在施工方面投資較大，只有進行大規(guī)模生產(chǎn)的時候，才能保障經(jīng)濟效益。

（4）拉擠成型工藝。金屬鋁復合材料拉擠成型的工藝研究主要起源于20實際的50年代，直到70年代，拉擠技術(shù)才有了重大的突破。這種工藝主要就是利用已經(jīng)濕潤的纖維，在牽引力的作用下，在模具中成型，并且在爐中固化，生長出長度不受限制的符合材料。

圖2 拉擠成型工藝示意圖

（5）RTM成型工藝。RTM成型工藝是隨著新技術(shù)的應用發(fā)展而新興的一種工藝生產(chǎn)方式，其中RTM就是指金屬鋁復合材料傳遞模塑，通過將材料注入到閉合的模具中，通過浸潤的材料并固化。這種工藝能夠有效的滿足近些年對于制品的多樣性、高質(zhì)量、中批量的要求。其主要特點表現(xiàn)在：①表面光滑，無需進行再加工。②能夠制造出表面品質(zhì)較高的，精密度較高的制品。③通過計算機技術(shù)設(shè)備的使用，能夠有效的提升對模具和產(chǎn)品的設(shè)計。④成型效率較高，能夠適應中等規(guī)模的生產(chǎn)。⑤由于模具的閉合，在工作中揮發(fā)物質(zhì)較少，有利于工人的身體健康。隨著對RTM成型工藝中的不足之處的研究，近些年來，通過真空技術(shù)，能夠有效的對模具進行真空試壓，有效的降低了制品的缺陷問題。

（6）鋪放成型工藝。鋪放成型工藝就是自動鋪絲束成型技術(shù)和自動窄帶鋪放成型技術(shù)的結(jié)合，是一種全新的自動制造技術(shù)。圖3為自動鋪絲束成型技術(shù)和自動窄帶鋪放成型技術(shù)的工作原理。這種工藝方式成熟度較高，實際成型的方式能夠有效的被繼承，通過數(shù)字化和自動化技術(shù)的發(fā)展，能夠有效的進行大型的符合材料構(gòu)件的制作。

圖3 自動鋪絲束成型技術(shù)和自動窄帶鋪放成型技術(shù)

4 影響復合材料成型工藝的進展因素

（1）原材料。隨著工業(yè)社會對符合材料制品的要求越來越高，隨著會輸?shù)陌l(fā)展，越來越多的新型材料的使用，例如，高性能的金屬鋁復合材料、金屬、陶瓷基體等，能夠用自身優(yōu)越的性質(zhì)替代原有的材料。

（2）固化過程。固化過程極大程度的影響著金屬鋁復合材料的制品的質(zhì)量，只要保障固化過程的標準化進行，才能夠保障制品的完整性。傳統(tǒng)的熱壓固化的方式，對操作者的技術(shù)熟練度要求較高，一般是根據(jù)經(jīng)驗對制品的質(zhì)量進行判斷。但是這就無法保障人為的誤差。

（3）模具。金屬鋁復合材料構(gòu)件的模具形式的多樣性，為復合材料構(gòu)件的制造提供了多種方式。先進的模具對真空環(huán)境、溫度、壓力都有著一定的要求。因此，在模具的發(fā)展尚處于不斷探索的階段，保障模具的重量、計算好膨脹系數(shù)、進一步價格低模具的制作成本都能夠方面，都能夠進一步促進金屬鋁復合材料制品質(zhì)量的不斷提高。

（4）設(shè)備制造。由于金屬鋁復合材料在起步階段的影響因素較多，且系統(tǒng)不成熟，就會導致發(fā)展受到一定的限制，指是小規(guī)模的生產(chǎn)技術(shù)要求較簡單的制品，隨著技術(shù)的不斷革新，通過自動化、機械化等技術(shù)的應用，金屬鋁復合材料在應用中已經(jīng)逐漸成熟，并且能夠進行批量生產(chǎn)，實現(xiàn)規(guī)?；?/p>

（5）相關(guān)技術(shù)的綜合發(fā)展。金屬鋁復合材料成型工藝要想得到發(fā)展，必須有與之相關(guān)的配套技術(shù)，能夠在極大程度上影響工作效率。

5 結(jié)語

金屬鋁復合材料成型工藝的發(fā)展在優(yōu)化復合材料成型工藝上、提高復合材料成型能力上有著積極的作用。在此過程中，通過對金屬鋁復合材料成型工藝的分析，就接觸低壓成型工藝、模壓成型的工藝、纏繞成型工藝、拉擠成型工藝、RTM成型工藝、鋪放成型工藝進行分析，提出了原材料、固化過程、模具、設(shè)備制造、相關(guān)技術(shù)的綜合發(fā)展等影響金屬鋁復合材料成型工藝的進展因素，能夠不斷的促進復合材料制品研究能力的提升。