鋁合金憑借密度小、強度適中、易加工成形、耐腐蝕性強,資源豐富、可回收性強等獨特的優勢,自1903年人類首次憑借動力裝置飛天以來,航空工業的發展就與鋁合金材料的應用結下了不解之緣。盡管近年來以碳纖維增強塑料為代表的復合材料在飛機上的比例有所上升,但性價比高的鋁合金仍占有絕對優勢,仍是航空器制造的主要關鍵性結構材料。在中國擁有自主知識產權的支線客機ARJ21-700與C919大型客機的用材中,鋁合金零部件的質量占到飛機總質量的68%~75%。從發展歷史來看,鋁合金材料與航空工業一直都是相輔相成的,二者升級換代相互促進。新型鋁合金的誕生造就了新一代飛機制造,更高性能的飛機又促進的新一代鋁合金的研發與應用。就民用飛機的發展而言,上世紀50年代與波音707相適應的是高強度變形鋁合金,而與目前空客A380飛機相對應的則是7085鋁鋰合金。從全球鋁加工產業和航空工業來看,變形鋁合金應用已經相當成熟,目前,新型飛機材料的需求,更主要體現在綜合性能更加優良的鋁鋰合金上。
航空民機用鋁鋰合金的發展
鋁鋰合金是美國鋁業公司在1983年新研發推出的航空7085鋁合金,于2002年在美國鋁業協會注冊,用于生產102~178毫米航空器厚板。鋁鋰合金是一種前所未有的超純7xxx系合金。鋰具有很大的化學活性,因此,鋁鋰合金必須在真空爐內熔煉,熔體也必須在有保護氣氛條件下進行鑄造,熔鑄工藝是生產鋁鋰合金最為關鍵的技術。鋰既能降低鋁的密度又能提高彈性模量。向鋁金屬中每添加1%的鋰,鋁合金的密度就下降約3%,而其彈性模量則會上升約6%,從而成為復合材料(碳纖維增強塑料)強有力的競爭產品。據波音飛機公司測試,采用鋁鋰合金制造波音飛機,其重量可以減輕14.6%,燃料節省5.4%,飛機制造成本可下降2.1%,每架飛機每年的飛行費用可降低2.2%。由于鋁鋰合金的成本大約只是復合材料(碳纖維增強塑料)的10%,因而在應用上具有明顯的比較優勢。2009年,鋁鋰合金被納入美國航天材料標準,目前,第三代鋁鋰合金已實現規模化工業生產,第四代鋁鋰合金研發已有了新成果。在新型飛機設計制造中,采用鋁鋰合金可使飛機鋁合金零部件的質量減輕14%~30%,已成為新一代航空器的關鍵性結構材料。