我国飞机用铝材手艺 掉队 俄美30年

中外航空铝材成长 之对照

铝合金凭仗 密度小、强度适中、易加工成形、耐侵蚀 性强，资本 富厚、可收受接管 性强等奇特 的优势，自1903年人类初次 凭仗 动力装配 飞天以来，航空工业的成长 就与铝合金材料的运用 结下了不解之缘。虽然 最近几年来以碳纤维加强 塑料为代表的复合材料在飞机上的比例有所上升，但性价比高的铝合金仍据有 绝对优势，还是 航空器制造的首要 关头性构造 材料。在中国具有 自立 常识 产权的支线客机ARJ21-700与C919年夜 型客机的用材中，铝合金零部件的质量占到飞机总质量的68%~75%。从成长 汗青 来看，铝合金材料与航空工业一向 都是相辅相成的，两者 进级 换代互相 增进 。新型铝合金的降生 培养 了新一代飞机制造，更高机能 的飞机又增进 的新一代铝合金的研发与运用 。就平易近 用飞机的成长 而言，上世纪50年月 与波音707相顺应 的是高强度变形铝合金，而与今朝 空客A380飞机相对应的则是7085铝锂合金。从全球铝加工工业和航空工业来看，变形铝合金运用 已 相当做 熟，今朝 ，新型飞机材料的需求，更首要 表现 在综合机能 加倍 优秀 的铝锂合金上。

航空平易近 机用铝锂合金的成长

铝锂合金是美国铝业公司在1983年新研发推出的航空7085铝合金，于2002年在美国铝业协会注册，用于临盆 102~178毫米航空器厚板。铝锂合金是一种史无前例 的超纯7xxx系合金。锂具有很年夜 的化学活性，是以 ，铝锂合金必需 在真空炉内熔炼，熔体也必需 在有护卫氛围 前提 下进行铸造，熔铸工艺是临盆 铝锂合金最为关头的手艺 。锂既能下降 铝的密度又能提高弹性模量。向铝金属中每添加1%的锂，铝合金的密度就下降约3%，而其弹性模量则会上升约6%，从而成为复合材料(碳纤维加强 塑料)强有力的竞争产物 。据波音飞机公司测试，采取 铝锂合金制造波音飞机，其重量可以减轻14.6%，燃料节约 5.4%，飞机制造本钱 可下降2.1%，每架飞机每一年 的飞翔费用可下降 2.2%。因为 铝锂合金的本钱 年夜 约只是复合材料(碳纤维加强 塑料)的10%，因此 在运用 上具有显明的对照 优势。2009年，铝锂合金被纳入美国航天材料尺度 ，今朝 ，第三代铝锂合金已实现范围 化工业临盆 ，第四代铝锂合金研发已有了新功效 。在新型飞机设计制造中，采取 铝锂合金可以使 飞机铝合金零部件的质量减轻14%~30%，已成为新一代航空器的关头性构造 材料。

航空铝合金新的核心 是先辈 铝锂合金的研发与运用 。据统计，美国铝业公司是全球铝锂合金产能、产量最年夜 的临盆 企业，约占全球的55%，俄罗斯结合 铝业公司约占25%，其他企业合计约占20%。今朝 ，全球首要 已有7个工场 能临盆 铝锂合金轧制材，11个工场 能临盆 铝锂合金挤压材，9个工场 可锻制铝锂合金自由锻件与模锻件，此中包括我国的西南铝业(团体 )有限责任公司。

虽然 美国铝业公司铝锂合金产量居全球首位，但仍在对铝锂合金进行扩能。如美国铝业公司在拉斐特建树了世界产能最年夜 的铝锂合金临盆 工场 ，将临盆 的第三代铝锂合金部件供应 给空客A380、A350、波音787等飞机制造商。

2021年中期，美国铝业公司完成了位于英国基茨格林工场 铝锂合金产能的扩大 ;对达文波特轧制厂的铝锂合金板临盆 线进行了改扩建;对印度安纳州拉斐特挤压——铸造 厂的铝锂合金临盆 线进行了扩建。按照2021年底统计数据，美国铝锂合金临盆 能力约10万吨/年，此中美国铝业公司临盆 能力到达 约5.5万吨/年，美国铝业公司铝锂合金产能占到全国的55%。

自从铝锂合金降生 后，该合金一向 处于细化进级 进程 中，质量更轻、强度更高、本钱 更低的新一代铝锂合金不息被研发出来，如美国铝业公司的第三代铝锂合金已实现范围 化工业临盆 。美国肯联铝业公司的法国沃雷普研发中间 用了10年的时候 ，研发出一种名为“AIRWARE”新型铝锂合金，是运用 于航空航天范畴 一种具有革命性的铝合金新材料。它将铝与锂、铜、银等其他金属融会 ，从而获得这类 新合金。

据领会，AIRWARE可为飞机制造带来四年夜 优势：一是比传统铝合金材质轻25%，是以 ，可以或许 优化构造 部件的设计，并削减 二氧化碳的排放;二是其卓着 的抗侵蚀 和抗金属疲惫 特征 ，可将较年夜 的保护 距离 时候 耽误 至12年;三是可实现100%的轮回 再生操纵;四是可用于制造航空器的扫数零部件。今朝 ，AIRWARE在新一代飞机制造中已获得 运用 ，空中客车公司将其运用 于其宽体客机A350-XWB;庞巴迪公司将其运用 于窄体飞机C系列。为知足 航空市场对新型铝锂合金日趋 增加需求，肯联铝业公司正在法国伊苏瓦尔轧制厂新建两条铝锂合金熔炼铸造临盆 线，专业临盆 AIRWARE 铝锂合金，估计 在建的两条临盆 线将于2021年前投产。

在中国，为知足 国产飞机对铝锂合金的需求，我国铝加工企业在上世纪60年月 就入手下手对铝锂合金进行跟踪性研究，仿造 的铝锂合金有两种：一是8090合金(1984年欧洲铝业协会发现 的合金);另外一 种是2091合金(1985年法国发现 的合金)。两种国产铝锂合金的各项机能 已到达 了国外水准。2000年，西南铝从俄罗斯莫斯科轻金属研究院引进铝锂合金真空熔炼炉及铸造装备 ，中国可小批量临盆 铝锂合金板材、型材与锻件。2021年1月，西南铝成功试制了用于国产年夜 飞机项目专用的第三代铝锂合金。

今朝 ，我国已根基 把握 了航空铝锂合金的熔炼手艺 ，如铝锂合金年夜 扁锭与铝锂合金圆锭的铸造手艺 ，但在铝锂合金根本研究与合金临盆 实践方面，与俄罗斯、美国应存在20~30年的较年夜 差距。首要 施展阐发在：一是立异 能力与手艺 开辟 能力较为柔弱虚弱;二是临盆 能力小，当前唯一 西南铝可以或许 临盆 铝锂合金，年产量还很少。

中国年夜 飞机制造及铝合金材料运用

在我国，年夜 飞机的制造需求，正在强劲拉动铝合金材料特别 是铝锂合金材料需求。中国年夜 飞机C919型客机机身等直段部，包括前段客舱、前货舱和再轮回 电扇 舱，是由蒙皮、客舱舷窗、客舱地板和承力部件等组成 的筒状构造 部段。据领会，C919机身等直段部位于年夜 客机机身前部，是宽度相等的筒状构造 部段，全长7.45米、宽4.2米、高4.2米，采取 了先辈 的第三代铝锂合金板，这是中国国内平易近 用飞机初次 采取 铝锂合金制造的部段。

2021年9月，C919年夜 型客机中机身和副翼部件交付，初次 交付的中机身和外翼翼盒年夜 部件全长5.99米，宽3.96米，由中机身筒段、龙骨梁、中心 翼、应急门组成，该部段包括 零件8200多个，触及 工装3400多项，年夜 量采取 了第三代铝锂合金和高毁伤 容限铝合金材料。

今朝 ，C919年夜 型客机已 获得国表里 20多家航空公司507架的定单 ，ARJ21-700也有278架定单 。按照企图，到2021年，ARJ21支线客机、C919年夜 飞机所用30%以上的铝合金材料将采取 国产铝材。中国年夜 飞机对铝合金材料的需求增添 了中国铝加工企业航空平易近 机铝合金研发和范围 化临盆 的紧急 感。

今朝 ，运用 在航空平易近 机的铝合金材料首要 有：铝合金铸件、铝合金锻件、年夜 断面铝合金挤压型材、铝合金厚板和铝锂合金等。中国铝加工业经由 60多年的成长 ，已成为国际公认的铝材临盆 年夜 国，今朝 ，不管 是铝合金熔炼装备 、轧制装备 、还是铝合金挤压装备 和 精束装 备 ，现代化的一流铝加工装备 之数目 对全球列国 而言应当 是最多的，但因为 研发资金投入少、根本研究柔弱虚弱、现代化一流装备 只能年夜 量临盆 机能 不是很高的铝材，像航空航天工业所用的高端铝材还是我们的短板。

我国自1956年有了现代化的铝加工业以来，所需航空铝合金厚板一向 处于净进口状况 。在早期 国产的ARJ21-700支线客机与年夜 型客机C919的材猜中，铝材及铝合金锻件都是从美国铝业公司进口或是由其设在中国的独资企业供应 的。现今 航空工业需求兴旺 的铝锂合金，我国仍根基 处于跟踪仿造 研发阶段，实现范围 化贸易 临盆 还有许多 灾 题去霸占 ，还有很长的路径去实践。

我国航空平易近 机特别 是国产C919、ARJ21年夜 飞机的快速成长 已经是 不争的事实。时不再来 ，航空铝材成长 任重而道远!我国铝加工行业具有 世界上顶尖的现代化铝加工手艺 装备，只要操纵好现代化铝加工装备优势，与国外先辈 国度 的同业 展开 手艺 合作，接收 他们的工作经验和研发功效 ，就必然 可以或许 实现“弯道超车”。