一 飛機產(chǎn)業(yè)助力航空鋁材需求走俏
1、航空鋁材概況
航空鋁材是一種超高強度變形鋁合金，是航空領(lǐng)域尤其在客機上使用量最大的金屬材料。
主要特征：
1）力學和加工性能優(yōu)異，固溶處理后塑性好，熱處理強化效果佳；
2）在150℃以下強度高、韌性好，是理想的結(jié)構(gòu)材料；
3）密度小，質(zhì)量輕，輕量化效果顯著。
主要應用部位：翼面蒙皮、翼面長桁、翼梁上下緣條、腹板、機身長桁、座椅滑軌、龍骨梁、側(cè)框、機身蒙皮、機身下部壁板、主地板桁條等；
高強鋁合金主要用于飛機機身部件、發(fā)動機艙、座椅、操縱系統(tǒng)等；
耐熱鋁合金零件主要用于靠近電動機的機艙、空氣交換系統(tǒng)等；
耐蝕鋁合金具有足夠高的性能指標，其強度、塑性、沖擊韌性、疲勞性能和可焊性都很好，主要具有耐蝕性，主要用于水上飛機。
航天航空用大型擠壓型材包括整體帶筋壁板、工字大梁、機翼大梁、梳狀型材、空心大梁型材等，主要用作飛機、宇宙飛船等航天航空器的受力結(jié)構(gòu)部件以及直升飛機異形空心旋翼大梁和飛機跑道等。
鋁合金厚板主要應用于飛機框架、整體壁板、起落架、蒙皮等。
資料來源：新材料在線
二 航空鋁材的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
1、航空鋁材的現(xiàn)狀
目前，大飛機結(jié)構(gòu)中使用最廣泛主要有高強度的2000系（2024/2224/2324/2424/2524等）和超高強度的7000系（7075/7475/7050/7150/7055/7085等）。
2000系鋁合金屬于Al-Cu-Mg 系合金，被稱為高強度硬鋁，是用途最為廣泛的結(jié)構(gòu)鋁合金。比7000系鋁合金的室溫強度低，但耐熱性、疲勞特性，特別是抗疲勞裂紋擴展性都比7000系的好。
7000系鋁合金屬于Al-Zn-Mg-Cu 系合金，這類合金具有高的比強度和硬度、較好的耐腐蝕性能和較高的韌性、優(yōu)良的加工性能，在大飛機上有著廣泛的應用。
資料來源：新材料在線
2、航空鋁材的發(fā)展趨勢
飛機用鋁合金設計要求主要考慮材料的靜強度、抗腐蝕性能、穩(wěn)定的高溫性能、耐用性、損傷容限、良好的厚板性能和輕量化效果，傳統(tǒng)的2000系和7000系鋁合金基本具備了上述性能，而且加工工藝成熟，成本相對低廉。但是以新型的B787和A380為代表的新一代大型飛機，對舒適性、安全性、經(jīng)濟性等主要性能指標提出了更高的要求，因此對所用材料的性能的要求更加嚴苛，類似鋁鋰合金、快速凝固鋁合金（第十屆中國鋁工業(yè)科學技術(shù)發(fā)展大會暨第三屆國際鋁工業(yè)高峰論壇）、先進復合材料等新材料逐漸帶來替代威脅。
鋁鋰合金
鋁鋰合金是含鋰元素的多元鋁合金。鋰是最輕的金屬元素，鋁合金中每增加1%鋰元素，密度就可減少3%，模量就可增加5%。鋁鋰合金除了具有質(zhì)量輕、模量高和強度高的優(yōu)點外，還具有優(yōu)良的抗疲勞性能和良好的低溫韌性，其強度可與2024、7075 等鋁合金媲美。鑒于此，鋁鋰合金已深得航空航天界的喜愛，它作為一種新型航空航天結(jié)構(gòu)材料，已成為美、英、法、俄等發(fā)達國家競相研制、開發(fā)的熱點。
目前，已開發(fā)出的新型鋁鋰合金主要有高強可焊的1460 和Weldalite 系列合金，高韌的2097、2197合金，低各向異性的AF/C-489、AF/C-458 合金等。這些新出現(xiàn)的鋁鋰合金可統(tǒng)稱為第三代鋁鋰合金.
鋁基復合材料
鋁基復合材料由于具有密度小、比強度和比剛度高、比彈性模量大、導電導熱性好、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕、制備工藝靈活等許多優(yōu)點而引起人們的普遍關(guān)注，各國在研發(fā)上都投入了大量的人力物力，它是金屬基復合材料中研究得最多和最主要的復合材料。鋁基復合材料已成為鋁合金，甚至是鋁鋰合金的重要競爭對手。目前開發(fā)的鋁基復合材料主要有SiC/Al、B/Al、BC/AI、Al2O3/Al 等。
超塑性成形鋁合金
鋁合金的超塑性成型是通過形變熱處理得到的小于10 μm 的超細晶粒，這些超細晶粒合金在高于半熔點和低應變速率條件下能獲得超塑性，可以成形出傳統(tǒng)方法難以獲得的質(zhì)量輕、成本低、形狀復雜的構(gòu)件，并且具有成形壓力小、模具壽命高、可一次精密成形等許多優(yōu)點。
航空鋁材的需求分析
鋁合金是客機上用量最大的金屬材料，通常占整機比重的70%以上，由于其高性價比，目前在客機上的地位仍然十分穩(wěn)固；但是在軍機領(lǐng)域，鋁合金的占比隨著鈦合金和復合材料的迅速發(fā)展逐漸呈下降趨勢，目前在最先進的五代戰(zhàn)機F22上鋁合金用量僅約為15%。
圖表 客機中各系材料比例
資料來源：航空材料學報，材料導報
中國的航空產(chǎn)業(yè)正處于高速發(fā)展期，不論是以C919為代表的大型商用飛機，還是以殲20為代表的新一代戰(zhàn)機，中國都有巨大的需求缺口。在客機方面，未來20年中國新機需求預計將達到6500架左右，對高端航空鋁材的需求將有望達到45-55萬噸。在軍機方面，未來10年中國將新增四代/五代戰(zhàn)機達到1000架左右，對高端鋁材的需求預計達2-3萬噸。
資料來源：航空材料學報，材料導報
三 艦船用鋁材
1、艦船用鋁材概況
在海軍艦船中，用量最大的金屬材料是船體結(jié)構(gòu)鋼，作為整個艦船的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)載體，其次是鋁合金。與鋼材相比，鋁合金具有密度小、比強度大、無磁性、高導電性和導熱性等特點，是制造中小型艦艇船體、上層建筑及其他倉面器具的首選材料，尤其是制造滑行艇、水翼艇、氣墊船、沖翼艇的最佳材料。因為它們的質(zhì)量對航速尤為敏感，減輕船體質(zhì)量能夠有效地提高航速。
鋁材在船艦上主要有三類應用：
1）以強度為主要因素的受力結(jié)構(gòu)件，如船體、大型艦船甲板室、艦船艦橋、導彈發(fā)射筒、電磁炮軌道等。
2）非受力構(gòu)件或受力較小的構(gòu)件，如各種棲裝件、油箱、水箱、儲藏柜，鋁質(zhì)水密門、窗、蓋，衛(wèi)生設施、管道、通風、擋風板、支架、流線型罩殼和手把等。它們多是用6063、6082、3003等合金材料制造的。
3）功能材料，用于制造倉室內(nèi)部裝飾件與絕熱、隔聲材料。
2、鋁合金在艦船上的應用提升
從上世紀20年代起，鋁合金在艦艇上獲得了更加廣泛的應用，包括航母、巡洋艦、護衛(wèi)艦、導彈驅(qū)逐艦、潛艇、快艇、炮艇、登陸艇等建造過程中都需要大量鋁合金。
航母由于其龐大的體積和巨大的質(zhì)量，出于穩(wěn)定性和適航性等要求，對減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量等具有迫切需要，特別是上層建筑的質(zhì)量，對改善航母的戰(zhàn)術(shù)性能至關(guān)重要。根據(jù)對現(xiàn)有航母的初步統(tǒng)計，通常一艘航母的鋁合金材料用量為500-1000噸。例如，美國“獨立”號（CVA62）航母用了1019噸鋁材，“企業(yè)”號核動力航母（CVA65）用了450噸鋁材，法國“福熙”號（R99）及“克里蒙梭”號（R98）航母用了1000多噸鋁材。中國首艘航母“遼寧”號鋁材用量估計約650t，合金多為5052與6063。
在驅(qū)逐艦等大型水面艦船上，主甲板上的全部結(jié)構(gòu)多采用鋁合金制造。美國海軍不同級的驅(qū)逐艦，在甲板以上結(jié)構(gòu)中所用的鋁合金數(shù)量分別如下：護航驅(qū)逐艦（DE）用鋁量251.33 噸；導彈驅(qū)逐艦（DLG）用鋁量811.30 噸；彈道導彈驅(qū)逐艦（DDG）用鋁量515.88 噸；彈道導彈核動力驅(qū)逐艦（DLGN）用鋁量為930.35噸。由于中國的海軍戰(zhàn)略逐步從近海防衛(wèi)向區(qū)域拒止轉(zhuǎn)變，我國包括航母在內(nèi)的大型艦艇加快了建造和列裝的速度。隨著新型航母和驅(qū)逐艦等的建設，對艦船用鋁合金的需求也將大幅提升。
資料來源：中國腐蝕與防護網(wǎng)
四 鋁合金的發(fā)展趨勢
5505
0 
分享 0
舉報 0
收藏 0
反對 0
點贊 0
中冶有色技術(shù)平臺
