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CHINESE JOURNAL OF RARE METALS 1999年第23卷第5期 铝/空气电池用铝阳极的研究 许文江王向东阚素荣薛红霞 摘要：研究了铝/空气电池用铝阳极中添加合金元素的作用， 镓、 铟、 铋、 锡能增大阳极的开路电压， 镁、 铋、 铈可增大阳极的抗蚀性。 以高纯铝 () 为基体制得的两种铝阳极合金A1、 A2基本上达到了碱性铝/空气电池的要求。 以普通铝 () 为基体制得的铝合金A3作为铝阳极， 其电化学性能良好。 关键词：铝阳极空气电池 Study on Aluminium Anode for Aluminium-air Battery Xu Wenjiang, Wang Xiangdong, Kan Surong and Xue Hongxia (General Research Institute for Nonferrous Metals, Beijing 10088, China) Abstract：The effect of addition rare metal in aluminium anode was studied. The results indicate that gallium, indium, bismuth and tin can increase open circuit voltage of anode; and magnesium, bismuth, cerium can reduce corrosion velocity of anode. Two aluminium anodes with high pure aluminium () and rare metals such as gallium, magnesium, bismuth has been made. These anodes have good electrochemical quality and can meet demand of alkaline aluminium-air battery. The anode with industrial aluminium () was also made, which has better electrochemical quality. Key Words:Aluminium, Anode, Air-battery 由于环境问题的压力及石油资源的有限性， 促使各国政府和汽车制造商寻找石油资源的替代品， 制造“零污染”汽车。 由此电动汽车日益受到人们的关注， 成为当前研究的热点。 发展电动汽车的关键是其动力 —— 电池电源的开发， 电池的技术水平基本上决定了现代电动汽车的发展水平。 汽车制造厂家和化学电源研究人员开发了铅酸、 镍镉镍氢、 钠硫等动力电池， 这些电池有些已基本成熟， 但在续驶里程和动力性能方面与内燃机相比还有很大差距。 由于铝/空气电池具有高重量比能量、 大重量比功率密度 (见表1)， 能提供同内燃机可比的动力性， 而且其机械充电所耗充电时间和添加汽油燃料时间相差不大， 铝资源也相当丰富， 因此铝/空气电池作为动力电源， 受到美国能源部、 加拿大Alcan公司等许多研究机构的重视。 表1电动汽车电源用各种电池性能比较 电池 铅酸 镍镉镍氢 钠硫电池 锂电池 空气电池重量比能量/Whkg-1比功率密度/Wkg-1体积比能量/WhL-130～4070～90140～170130～17040080～100100～200250～400150～20080～10080～1001120～15070～90...特点成熟， 成本低成本稍高， 镉污染危险性大成本高， 研究中复杂性 然而不论是酸性电池还是碱性电池， 纯铝乃至高纯铝都不能直接作为电池的阳 极。 这是基于以下两个原因： 金属铝表面覆盖着一层氧化膜， 致使铝的阳极过电位升高， 降低了阳极的电压效率， 也即降低了电池的输出功效； 在含有腐蚀性离子的溶液或强碱溶液中， 铝的溶解速度相当快， 产生大量的氢气， 导致阳极的法拉第效率极低［1］。 为了克服纯铝作为阳极的缺陷， 可采取以下两种办法。 一是将铝和其它合金元素制成二元、 三元乃至多元合金。 这些合金中的活性元素可降低接触过电势， 而且这些元素提高了析氢过电位， 降低了自腐蚀速度。 二是在电解液中添加抑制剂， 比如NaSnO3等， 以降低过电势和自腐蚀性［2］。 铝/空气电池阳极的研究目标为： ① 开路电势 V (对Hg/HgO) 以上。 ② 开路自腐蚀速度 (电流) 小于10 mA/cm2。 ③ 在100～600 mA/cm2电流密度下电压按U (对Hg/HgO) = I稳定工作， 这里的电流密度单位为A/cm2。 ④ 阳极和空气阴极及电解液管理系统匹配［3］。 至今， 所有成熟的铝阳极合金都是以高纯铝 () 乃至以上的特纯铝为基体制成的， 使铝阳极合金的成本很高， 阻碍了铝/空气电池的商业化和进一步发展。 在工业级铝中杂质含量很高， 它使阳极的自腐蚀成倍增加， 大大降低了阳极的库仑效率。 近期的研究指出， 可采用在合金中加入锰来抵销铁的作用。 阳极材料中铁是极具危害的元素， 但在电解铝中铁是不可避免的杂质。 不存在锰时， 铁以FeAl3形式存在， FeAl3对周围的铝基体显示阳极性， 因此在电极内部形成电化学活性区域， 降低了电池的库仑效率。 当存在锰时， 铁以FeMnAl6形式存在， 它在电化学性质上和周围的铝基体类似， 因此从本质上降低了电化学活性， 提高了库仑效率。 本试验重点研究铝阳极合金的特性、 合金元素添加量和熔炼因素等的影响， 也对普通铝阳极合金进行了探讨。 1试验方法 试验装置 试验装置示意图见图1， 试验电池中电解液用化学纯NaOH配制， 浓度为4 mol/L。 调节变阻器R控制电池回路电流， 由电流表A读出工作电流 (mA)， 电压表V2读出电池输出电压， V1读出铝阳极的开路或极化电压。 所有的铝阳极电压相对于参比电极 Hg/HgO测得。 图1试验装置示意图 1 — 空气阴极； 2 — 铝阳极； 3 — Hg/HgO参比电极； 4 — 4 mol/L NaOH溶液 控制条件 控制铝阳极面积小于空气阴极面积的1/10， 减少空气阴极极化的影响。 控制铝阳极和空气阴极的间距为2～5 mm， 减少电解液的欧姆内阻。 每次测定更换新的电解液。 测定开路电压和自腐蚀时， 计算阳极两面的面积； 测定电池极化时的阳极利用率时， 铝阳极一面涂蜡， 只计算一面的面积。 试验中各合金添加剂均用化学纯级以上的化学试剂。 测定过程 在小型敞口的坩埚炉中熔炼铝， 熔炼温度750～800℃， 熔体容器用氧化铝坩埚。 首先熔化铝， 再依次按量加入合金元素， 搅拌、 恒温10～20 min， 倒入铜模中铸 锭， 自然冷却。 其中添加镁时， 将镁粉碎为小粒， 以铝箔密封包好， 用不锈钢夹子直接压入铝溶液中。 铸成锭的铝合金放入坩埚炉中热处理， 控制热处理温度300～350℃， 时间2 h， 使合金均匀化， 晶粒细化。 清理热处理后的铝合金锭表面使之光洁， 作成规则的长方体作为铝阳极待用。 结果计算 首先测定铝阳极合金的开路电压和自腐蚀速度， 这两个参数优良者， 再测其极化性能和其它电化学特性。 开路电压和极化电压由电压表V1读出。 自腐蚀参数由一定时间内阳极的失重计算而得。 I自=1000 mF/ hS(1) 稀有金属/990511 式中： m为失重质量， g； F为法拉第常数， C/mol； h是时间， s； S为阳极面积， cm2； I自为自腐蚀电流， mA/cm2。 在有工作电流极化下阳极的利用率 η=I极化h/(mF/)(2)式中： I极化为阳极极化电流， A； m是失重质量， g; F为法拉第常数， C/mol； h是时间， s； η为阳极效率， %。 2结果和分析 二元合金的性质 二元合金的性质见表2。 由表看出， 纯铝中加入镓、 铟、 铋、 锡增加了铝的开路电压， 因而它们都是活性元素； 纯铝中加入铈、 镧降低了铝的开路电压， 而镁对开路电压影响不大。 表2二元铝合金的性质 合金 开路电压 (对Hg/HgO)/V 自腐蚀电流密度/.[1**********]局部钝化钝化 注： 添加合金元素浓度ω ; 电解液4 mol/L NaOH 除添加镁、 铈外所有的二元合金都使腐蚀加大， 所以要兼顾增加开路电压和降低自腐蚀性， 二元合金显然达不到要求。 图2是合金元素添加量对合金性能的影响， 可以看出， 添加合金元素的量在以下时， 合金元素对开路电压和自腐蚀影响不大， 而大于时， 开路电压和自腐蚀增大不多。 对于铟、 锡也有类似的结果。 因而在制备合金时镓、 铟、 锡的添加量一般控制在～。 图2合金元素添加量对合金性能的影响 (Al-Ga) 1 — 开路电压； 2 — 自腐蚀电流密度 (4 mol/L NaOH) Al-Mg、 Al-Ce合金有一定的钝化作用， 表明镁和铈增加了铝的抗蚀性。 但铈使开路电压降低较大。 Al-Bi合金有独特的特性。 在低含量 (3%) 时， 加入铋可使铝的开路电压增加， 但发生钝化现象。 综上所述， 添加镓、 铟、 锡、 铋可增加铝的开路电压， 而添加镁、 铋、 铈可增加铝的抗蚀性。 多元合金的研究 根据二元合金的研究结果， 以高纯铝 () 为基体， 通过试验比较， 筛选制成了Al、 A2两种铝合金作为碱性铝/空气电池的铝阳极合金。 Al： ; A2： 。 图3、 4是铝及有关合金的自腐蚀电流和开路电压， 图5是铝合金的极化曲线。 其中BDW合金是由加拿大Alcan公司开发研制的， 该合金已商业化； RX-808合金是由Reynolds公司开发的。 由图3～5可以看出， 合金A1和A2的电化学性能良好， 基本上可满足铝/空气电池的需要。 其中A1合金的开路和极化电压稍高一些， 而A2合金的抗蚀性好一些。 图3铝及有关合金的腐蚀情况 (4 mol/L NaOH) 图4铝及有关合金的开路电压 (4 mol/L NaOH) 图5铝合金极化曲线 (4 mol/L NaOH) 图6是以A2合金作为铝/空气电池的阳极， 测得电池的输出电压与电流密度的关系。 表3是通过计算得到的阳极利用率。 这些结果均令人满意［4，5］。 图6单体电池工作电压和电流密度的关系 (4 mol/L NaOH) 表3不同电流密度下的阳极利用率 稀有金属/990511 (4 mol/L NaOH) 电流密度/[1**********] 阳极效率/% 普通铝阳极合金 根据二元合金研究的结果， 在普通铝 () 中加入铈、 铋来增加其抗蚀作用， 自腐蚀明显降低， 但相应的开路电压也降低。 在Al-Bi合金中， 铋含量超过5%时阳极发生钝化。 以铋和锰来增加铝的抗蚀性， 用普通铝基体制成铝合金A3： 。 该合金的开路电压达 V (对Hg/Hg)， 自腐蚀速度为34 mA/cm2， 其极化曲线如图7。 表4普通铝的二元合金性能 (4 mol/L NaOH) 名称 Al () Al-Bi (1%) Al-Ce (1%)自腐蚀电流密度 开路电压 (对Hg/HgO)/> 图7铝合金极化曲线 (4 mol/L NaOH) A3合金是目前铝阳极合金中性能较好的一种， 但与空气电池铝阳极合金的目标相比尚有一定差距。 今后应进一步研究， 特别是从微观结构上观察铝中铁的存在形态， 以采取合适的办法抵消铁的影响［6］。 3结论 稀有金属/990511 1. 铝阳极合金中添加镓、 铟、 铋、 锡等活性元素， 可增大阳极的开路电压， 提高电池的功率因素。 2. 添加镁、 铋、 铈可增加阳极的抗蚀性， 提高电池的库仑效率， 但输出电压有一定降低。 3. 以高纯铝 () 为基体制得了两种铝阳极合金A1、 A2， 基本上达到了碱性铝/空气电池的要求。 4. 以普通铝 () 为基体制得的铝合金A3作为铝阳极， 其电化学性能良好。 但今后应加强普通铝阳极合金的研究， 特别是从结构上查明合金中铁的存在形态。 作者简介：许文江，男，32岁，硕士，工程师；联系地址：北京市新街口外大街2号。 作者单位：北京有色金属研究总院， 北京100088 参考文献 A S and Rudd E J. The Development of Aluminium -air Battery for Electric Vehicles, in: Proc 24th IECEC, V3, 1989, 1331 D D. J. Appl. Electrochem., 1990, 20(3): 405 J F et al. The Aluminium-air Battery for Electric Vehicles Propulsion, in: Proc 15th IECEC, V2, 1980, 1487 4.刘稚惠， 李振亚. 电源技术， 1992， (5)： 6 5.日本公开特许公报 (A)， 昭62-37885， 1987 D S and Scott D H. USP4554131, 1985 收稿日期：1998-06-30 铝/空气电池用铝阳极的研究 作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：许文江， 王向东， 阚素荣， 薛红霞， Xu Wenjiang， Wang Xiangdong， Kan Surong， Xue Hongxia北京有色金属研究总院,北京100088稀有金属CHINESE JOURNAL OF RARE METALS1999,23(5)7次 A E J The Development of Aluminium -air Battery for Electric Vehicles[外文会议] 1989 D D 查看详情 1990(03) J F The Aluminium-air Battery for Electric Vehicles Propulsion 1980 4.刘稚惠.李振亚 查看详情 1992(05) 5.查看详情 1987 D D H 查看详情 1985 1.郭瑞敏.杨占红 铝-空气电池钙钛矿型氧电极的研究[期刊论文]-电源技术 2007(6) 2.张燕.宋玉苏 碱性介质中Al-Ga-Sn-Mg的阳极行为研究[期刊论文]-腐蚀与防护 2005(4) 3.付承华 碱液中锂水电池缓蚀剂的研究[学位论文]硕士 2005 4.付承华 碱液中锂水电池缓蚀剂的研究[学位论文]硕士 2005 5.舒方霞 铝-空气燃料电池铝基合金阳极的制备及性能测试[学位论文]硕士 2004 6.张胜涛 铅、镍、铝、锌和铜电极改性的研究[学位论文]博士 2003 7.王华清.周上祺.陈昌国.尤兴波 锌-空气电池阳极材料的研究(Ⅰ)[期刊论文]-电源技术 2002(z1) 本文链接：.

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A新增资产按资产性质分为固定资产、流动资产和无形资产三大类B分期分批交付生产或使用的工程，待工程全部交付使用后，一次性计算新增固定资产价值C凡购置的达到固定资产标准不需安装的工器具，应在交付使用后计入新增固定资产价值D企业库存现金、存货及建设单位管理费中未计入固定资产的各项费用等，应在交付使用后计入新增流动资产价值

2、某建设项目由两个单项工程组成，其竣工决算的有关费用如下表所示。已知该项目建设单位管理费、土地征用费、建筑设计费、工艺设计费分别为100、120、60、40万元。则单项工程B的新增固定资产价值是（）万元。

3、关于招标控制价的相关规定，下列说法中正确的是（）。

A国有资金投资的工程建设项目，应编制招标控制价B招标控制价应在招标文件中公布，仅需公布总价C招标控制价超过批准概算3%以内时，招标人不必将其报原概算审批部门审核D当招标控制价复查结论超过原公布的招标控制价3%以内时，应责成招标人改正

4、关于缺陷责任与保修责任的说法，正确的是（）。

A缺陷责任期自合同竣工日起计算B发包人在使用过程中发现已接收的工程存在新的缺陷的，由发包人自行修复C缺陷责任期最长不超过3年D保修期自实际竣工日起计算

5、关于招标控制价及其编制，下列说法中正确的是（）。

A招标人不得拒绝高于招标控制价的投标报价B当重新公布招标控制价时，原投标截止期不变C经复核认为招标控制价误差大于±3%时，投标人应责成招标人改正D投标人经复核认为招标控制价未按规定编制的，应在招标控制价公布后5日内提出投诉

6、根据《建设工程量清单计价规范》（GB 50500－2013），下列关于工程量清单项目编码的说法中，正确的是（）。

A第三级编码为分部工程顺序码，由三位数字表示B第五级编码应根据拟建工程的工程量清单项目名称设置，不得重码C同一标段含有多个单位工程，不同单位工程中项目特征相同的工程应采用相同编码D补充项目编码以“B”加上计算规范代码后跟三位数字表示，并应从001起顺序编制。

7、单位工程概算按其工程性质可分为单位建筑工程概算和单位设备及安装工程概算两类，下列属于单位设备及安装工程概算的是（）。

A通风、空调工程概算B工器具及生产家具购置费概算C电气、照明工程概算D弱电工程概算

8、设计概算一经批准一般不得进行调整，其总投资反映（）时的价格水平。

A项目立项B可行性研究C概算编制D项目施工

9、经现场观测，完成10m3某分项工程需消耗某种材料，其中损耗量，则该种材料的损耗率为（）。

10、正常施工条件下， 完成单位合格建筑产品所需某材料的不可避免损耗量为 ， 已知该材料的损耗率为 ， 则其总消耗量为（ ） Kg。

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铝，是一种化学元素。它的化学符号是Al，它的原子序数是13。铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅，居第三位，是地壳中含量最丰富的金属元素。在金属品种中，仅次于钢铁，为第二大类金属。至19世纪末，铝才崭露头角，成为在工程应用中具有竞争力的金属，且风行一时。航空、建筑、汽车三大重要工业的发展，要求材料特性具有铝及其合金的独特性质，这就大大有利于这种新金属铝的生产和应用。 铝的应用极为广泛。性状 铝是银白色轻金属。有延性和展性。商品常制成棒状、片状、箔状、粉状、带状和丝状。在潮湿空气中能形成一层防止金属腐蚀的氧化膜。铝粉和铝箔在空气中加热能猛烈燃烧,并发出眩目的白色火焰。易溶于稀硫酸、硝酸、盐酸、氢氧化钠和氢氧化钾溶液,不溶于水。相对密度。熔点660℃。沸点2327℃。 铝合金铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。 纯铝的密度小（ρ=），大约是铁的 1/3，熔点低（660℃），铝是面心立方结构，故具有很高的塑性（δ:32~40%，ψ:70~90%），易于加工，可制成各种型材、板材。抗腐蚀性能好；但是纯铝的强度很低，退火状态 σb 值约为8kgf/mm2，故不宜作结构材料。通过长期的生产实践和科学实验，人们逐渐以加入合金元素及运用热处理等方法来强化铝，这就得到了一系列的铝合金。 添加一定元素形成的合金在保持纯铝质轻等优点的同时还能具有较高的强度，σb 值分别可达 24～60kgf/mm2。这样使得其“比强度”（强度与比重的比值 σb/ρ）胜过很多合金钢，成为理想的结构材料，广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面，飞机的机身、蒙皮、压气机等常以铝合金制造，以减轻自重。采用铝合金代替钢板材料的焊接，结构重量可减轻50%以上。 铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。 铝合金分两大类：铸造铝合金，在铸态下使用；变形铝合金，能承受压力加工，。可加工成各种形态、规格的铝合金材。主要用于制造航空器材、建筑用门窗等。 铝合金按加工方法可以分为形变铝合金和铸造铝合金。形变铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金。不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能，只能通过冷加工变形来实现强化，它主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等。可热处理强化型铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能，它可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等。 一些铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能，物理性能和抗腐蚀性能。 铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金，铝铜合金，铝镁合金，铝锌合金和铝稀土合金，其中铝硅合金又有简单铝硅合金（不能热处理强化，力学性能较低，铸造性能好），特殊铝硅合金（可热处理强化，力学性能较高，铸造性能良好）， 1．铝及铝合金的焊接特点 （1）铝在空气中及焊接时极易氧化，生成的氧化铝（Al2O3）熔点高、非常稳定，不易去除。阻碍母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夹渣、未熔合、未焊透等缺欠。铝材的表面氧化膜和吸附大量的水分，易使焊缝产生气孔。焊接前应采用化学或机械方法进行严格表面清理，清除其表面氧化膜。在焊接过程加强保护，防止其氧化。钨极氩弧焊时，选用交流电源，通过“阴极清理”作用，去除氧化膜。气焊时，采用去除氧化膜的焊剂。在厚板焊接时，可加大焊接热量，例如，氦弧热量大，利用氦气或氩氦混合气体保护，或者采用大规范的熔化极气体保护焊，在直流正接情况下，可不需要“阴极清理”。 （2）铝及铝合金的热导率和比热容均约为碳素钢和低合金钢的两倍多。铝的热导率则是奥氏体不锈钢的十几倍。在焊接过程中，大量的热量能被迅速传导到基体金属内部，因而焊接铝及铝合金时，能量除消耗于熔化金属熔池外，还要有更多的热量无谓消耗于金属其他部位，这种无用能量的消耗要比钢的焊接更为显著，为了获得高质量的焊接接头，应当尽量采用能量集中、功率大的能源，有时也可采用预热等工艺措施。 （3）铝及铝合金的线膨胀系数约为碳素钢和低合金钢的两倍。铝凝固时的体积收缩率较大，焊件的变形和应力较大，因此，需采取预防焊接变形的措施。铝焊接熔池凝固时容易产生缩孔、缩松、热裂纹及较高的内应力。生产中可采用调整焊丝成分与焊接工艺的措施防止热裂纹的产生。在耐蚀性允许的情况下，可采用铝硅合金焊丝焊接除铝镁合金之外的铝合金。在铝硅合金中含硅时热裂倾向较大，随着硅含量增加，合金结晶温度范围变小，流动性显著提高，收缩率下降，热裂倾向也相应减小。 根据生产经验，当含硅5%～6%时可不产生热裂，因而采用SAlSi条（硅含量～6%)焊丝会有更好的抗裂性。 （4）铝对光、热的反射能力较强，固、液转态时，没有明显的色泽变化，焊接操作时判断难。高温铝强度很低，支撑熔池困难，容易焊穿。 （5）铝及铝合金在液态能溶解大量的氢，固态几乎不溶解氢。在焊接熔池凝固和快速冷却的过程中，氢来不及溢出，极易形成氢气孔。弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分，都是焊缝中氢气的重要来源。因此，对氢的来源要严格控制，以防止气孔的形成。 （6）合金元素易蒸发、烧损，使焊缝性能下降。 （7）母材基体金属如为变形强化或固溶时效强化时，焊接热会使热影响区的强度下降。 （8） 铝为面心立方晶格，没有同素异构体，加热与冷却过程中没有相变，焊缝晶粒易粗大，不能通过相变来细化晶粒。 2．焊接方法 几乎各种焊接方法都可以用于焊接铝及铝合金，但是铝及铝合金对各种焊接方法的适应性不同，各种焊接方法有其各自的应用场合。气焊和焊条电弧焊方法，设备简单、操作方便。气焊可用于对焊接质量要求不高的铝薄板及铸件的补焊。焊条电弧焊可用于铝合金铸件的补焊。惰性气体保护焊（TIG或MIG）方法是应用最广泛的铝及铝合金焊接方法。铝及铝合金薄板可采用钨极交流氩弧焊或钨极脉冲氩弧焊。铝及铝合金厚板可采用钨极氦弧焊、氩氦混合钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊。熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊应用越来越广泛（氩气或氩/氦混合气）。 焊接设备的发展情况铝合金搅拌摩擦焊的发展趋势 在中国，北京航空制造工程研究所和英国TWI的搅拌试探焊技术合作中心――中国搅拌摩擦焊中心在搅拌摩擦焊的基础方法研究，材料应用研究、开发，搅拌摩擦焊设备的设计、制造和销售等方面，都取得很大的进展。 （1）目前，中心正在针对搅拌摩擦焊在航天火箭筒体制造，航空飞机框架、蒙皮和结构间的搅拌摩擦焊制造，船舶轻合金制造以及高速列车的铝合金型材的快速制造等方面正在展开全面的研究和工程攻关。另外，在承揽国防科研和总装课题的同时，还加强了和企业、大学的横向联合及技术合作。 （2）在搅拌摩擦焊设备的制造方面已经设计出3大类6类种形式的搅拌摩擦焊设备，并且在2003年3月为哈尔滨工业大学和华东船舶工业学院制造交付了2台专业化的搅拌摩擦焊设备。 （3）在工程应用方面，铝合金搅拌摩擦焊将在输变电、高速列车、新一代战斗机及新型运载火箭等方面首先得到应用。 铝合金由于重量轻、比强度高、耐腐蚀性能好、无磁性、成形性好及低温性能好等特点而被广泛地应用于各种焊接结构产品中，采用铝合金代替钢板材料焊接，结构重量可减轻50%以上。 目前，生产中常用MIG 焊、TIG 焊方法来焊接铝合金材料。虽然使用这2种方法能够得到良好的焊接接头，但是，这2种方法却有熔透能力差、焊接变形大、生产效率低等缺点。近年来，很多科技工作者开始探讨焊接铝合金的新方法，如激光焊、双光束激光焊、激光-电弧复合焊及摩擦搅拌焊等，下面主要介绍前3种焊接方法的主要特点。 1 铝合金的双光束激光焊 激光单独焊接铝合金时会产生由于钥孔塌陷而产生的气孔。针对这个问题，人们又研究了双束激光焊，发现双束激光焊有相对较宽的焊宽和较低的焊缝深宽比，能提高钥孔的稳定性，可以明显地降低气孔敏感性。其原因在于双束激光焊接时第一束激光产生熔池，并对附近区域进行预热，累积的热量使第二束激光照射该处时，可以熔化更多的母材，从而形成较宽的焊缝。此外，由于第二束激光可以把第一束激光形成的钥孔后壁气化，避免了钥孔的塌陷，所以形成气孔的几率就要小一些。 2 铝合金的激光一电弧复合焊 虽然用激光焊接铝合金有许多优势，但仍存在较大的局限性，如设备成本高、接头间隙允许度小、工件准备工序要求严等。为了更有效地焊接铝合金，人们发展了激光-电弧复合焊接工艺。激光-电弧复合主要是激光与TIG 电弧、MIG 电弧及等离子体的复合。目前，该工艺在德国和日本等发达国家研究比较多，并在汽车业中已有一定的应用，如大众汽车公司的Phaeton前门上就有48处激光-MIG焊道，而且激光复合焊还可以用来焊接车体及轮轴。不过国内在该工艺的研究和应用上基本还是空白。 铝合金激光-电弧复合焊很好地解决了激光焊接的功率、铝合金表面对激光束的吸收率以及深熔焊的阈值问题，是极具前景的铝合金焊接工艺之一，目前工艺还不成熟，处于研究探索阶段。 用激光和电弧复合焊接方法来焊接铝合金时，激光与电弧相互影响，可以克服单用激光或电弧焊方法自身的不足，产生良好的复合效应。能显著提高焊接效率，这主要基于2种效应：一方面是高的能量密度导致了高的焊接速度；另一方面是2种热源同时作用在一个相同区域的叠加效应。这种复合工艺的优势很多，潜力很大，在未来的汽车生产中必将具有广泛的应用前景。 3 铝合金的激光焊 随着大功率、高性能激光加工设备的不断开发，铝合金激光焊接技术发展很快，是未来焊接铝合金的主要发展方向之一。目前，铝合金激光焊接已经被使用在车体部件的连接上，在Audi A2(全铝结构)上，就有30m 激光焊缝。 与传统的TIG、MIG 焊相比，用激光来焊接铝合金具有以下优点： (1)能量密度高，热输入量小，焊接变形小，能得到熔化区和热影响区窄而熔深大的焊缝。 (2)冷却速度快，能得到组织微细的焊缝，故焊接接头性能良好。 (3)焊接速度快、功能多、适应性强、可靠性高且不需要真空装置，所以在焊接精度、效率、自动化等方面具有无可比拟的优势。 激光焊接是一种高能密度的焊接工艺，焊接铝合金可以有效防止传统焊接工艺产生的缺陷，强度系数提高很大。但激光器功率一般都比较低，对铝合金厚板焊接困难，同时铝合金表面对激光束的吸收率很低，以及要达到深熔焊时存在阈值问题，所以工艺上有一定难度。