摘 要：航空工业对各类材料的性质提出了很高要求，其中常用的一种材料为颗粒增强铝基负荷材料。基于对这种材料性质参数的研究，本文指出了这种材料的研制过程，并在此基础上对应用方式进行了分析，让该材料能够在航空工业中发挥应有优势。

关键词：航空工业；粉末冶金颗粒增强铝基复合材料；材料研制；材料应用

引言：航空工业中应用的复合材料需要有很高的强度，同时需要降低材料的密度，从这两个角度考虑，铝基复合材料在当前应用广泛。而在铝基复合材料的研制过程中，不但需要考虑各类材料本身的强度，还需要保证各类材料之间有很高的化学相容性，这对于材料的研制过程提出了严峻挑战，需要采取合理措施对材料进行生产。

一、航空用粉末冶金颗粒增强铝基复合材料的研制

在铝基复合材料的应用研制过程中，当前已经提出了多种制备方法，这些方法存在不同的优点和缺点，当前常用的方法如下：

（一）粉末冶金法

这种方法的原理为，将增强体和基底的金属粉末进行混合，并在搅拌的作用下让这两种粉末能够全面融合，在融合完成后，对最终获取的粉末进行冷压成型，而在零件生产中，可以通过对成型后的复合材料进行加热的方式进行零件铸造。这种方法的应用优势在于，生产过程中需求的温度较低，并且基体和增强体之间的界面反应较小，另外由于增强体在复合材料中的分布情况较为均匀，所以在零件的生产过程中更不容易发生偏聚现象，在很大程度上提升了材料的质量。但是这种方法在应用过程中也存在一些缺陷，最常见的问题为生产出的零件大小、形状上会受到较大限制，并且这种方式需要消耗较长的生产周期，在具体的生产过程中需要消耗更高的成本[1]。这种方法在应用过程中，常用的增强体为SiC和Al2O3，其中SiC的应用频率更高。

（二）挤压铸造法

挤压铸造法的原理为，将增强体按照一定的方法将其处理成满足零件制作要求的形状，并将制成的预制件防止到零件的生产设备中，在完成这一操作后，向铸造件中浇入熔融状态的铝合金，在向铝合金施加压力时，熔融状态的铝合金会在高压的作用下渗透入制作完成的预制件中，冷却后就形成了需要支撑的复合材料零件。在这种工艺的应用过程中，对零件的生产效率较高，并且能够由于高温状态的铝合金和增强體的接触时间较短，能够在很大程度上避免产生有害界面，在很大程度上提升复合材料的强度。但是这种方法在应用过程中也存在一定问题，最重要的问题为需要向材料施加压力，并且对于整个生产过程来说，需要对施加的压力进行控制，当向材料施加的压力过高时，在零件的生产过程中很容易发生断裂问题。

（三）喷射沉积工艺

喷射沉积工艺的原理为将复合材料的混合和凝固过程进行结合的工艺，在具体的生产过程中，应用高压惰性气体流对熔融状态下的金属进行处理，在处理完成后，熔融状态的金属会形成雾化的材料[2]。在复合材料的生产过程中，也会向高温喷射的金属中喷入增强体颗粒，最终实现这两种材料的融。这种方式从应用方式和效果上来看，能够在很大程度上提升对复合材料的生产效率，并且由于基体和增强体的接触时间较短，防止在生成的复合材料中形成有害界面，提升了材料的性能。但是这种方法在应用过程中也存在一定问题，即需要应用成本较高的专业设备进行生产，另外由于采用气体的方式让基体和增强体进行融合，导致最终生产的材料致密性较低，这导致在符合材料的具体生产中，需要对这种方式生产材料的有效性进行论证。

二、航空用粉末冶金颗粒增强铝基复合材料的应用

（一）飞机表面构件上的应用

由于该复合材料有很高的强度，所以在飞机的一些表面构件中能够取得很好的应用效果，通过实验发现，淬火后的这种材料的屈服强度能够达到550MPa，此时的SiC的体积分数为50%，当体积分数下降时，屈服强度也会发生一定程度上的下降，但是从整体上来看，这种材料的屈服强度发生的变化不大，从飞机的实际生产角度分析，在这类材料的生产过程中，必然会应用最佳的材料配比进行零件生产。在上世纪的美国航空工业中，已经开始应用这种材料进行飞机装配，并且已经取得了的很好的应用效果。本文认为在我国航空工业当前和今后的发展中，这种材料将在飞机的表面蒙皮、飞机表面的一些活动构件上取得很好的应用效果，在保证飞机表面强度的同时，也能够大幅降低飞机的自身重量，以达到降低能耗的效果。需要注意的是，在这种材料的具体的应用中，需要选取最佳的零件生产方法，对于大型零件来说，可以应用喷射沉积工艺完成对相关零件的生产，原因在于这类零件通常需要很高的生产速度，并且对设备的体积提出了很高要求，另外两种方法很难满足这一要求。

（二）飞机活动构件上的应用

在飞机的生产和装配过程中，需要应用大量的活动构件，这类构件包括两方面内容，一类为飞机表面的活动构件，包括襟翼等，这些活动构件在飞机的运动过程中，需要承受很高的气动压力，由于颗粒增强铝基复合材料本身具有很高的屈服强度，所以这种材料可以用于生产飞机的这类活动构件。另一种活动构件为飞机内部的各类活动构件，包括传动杆件等零件，这类构件对断裂韧性提出了很高的要求，并且这类零件通常情况下长度和体积较小，所以可以应用多种方法进行生产。在当前针对这种材料的实验过程中，发现这种复合材料的断裂韧性和SiC的体积分数有较大关联，当体积分数为2%时，断裂韧性为20MPa？m1/2，，当体积分数为10%时，断裂韧性的数值下降到15MPa？m1/2，从中可以看出，当SiC的体积分数上升时，该材料的脆性提升，所以在这类材料的生产过程中，需要在一定程度上降低SiC的体积分数。本文认为在航空工业当前与今后的发展中，会提高对这种复合材料的研究力度，确定各类活动构件对性质和强度上的最佳要求，在材料的具体生产和设计中，按照SiC的最佳体积分数完成对相关零件的生产工作，保证整个飞机系统的正常稳定运行。

结论：综上所述，在颗粒增强铝基复合材料的研制过程中，当前常用的方法包括粉末冶金法、挤压铸造法和喷射沉淀工艺，在这种材料零件的具体生产过程中，需要根据这些铸造方法的性质进行生产方式的合理选择，保证生产的零件性质能够满足零件在强度上的相关要求。在航空工业当前和今后的发展中，这种材料会在飞机表面和各类活动构件中获得更为广泛的应用，并且工艺水平也会提升。

参考文献：

[1]聂俊辉，樊建中，魏少华，刘彦强.航空用粉末冶金颗粒增强铝基复合材料研制及应用[J].航空制造技术，2017（16）：26-36.

[2]冯科.铝基复合材料的制备工艺及性能研究[D].河南科技大学，2012.

作者简介：

李君（1996-），男，山东烟台人，本科在读，湖南工业大学金属材料工程学生.