说起航空航天材料，很多人的第一反应是碳纤维复合材料或者钛合金，但其实铝合金也是航空航天工业使用最广泛的材料，新型铝锂合金的出现更是把铝合金工艺推上了一个台阶。铝锂合金是什么呢？
锂是世界上密度最小的金属，把锂作为合金元素加到金属铝中，就形成了铝锂合金。因其低密度、高比刚度、高比强度、优良的低温性能、良好的耐蚀性能和卓越的超塑成型性能，铝锂合金成为近年来航空航天材料中发展最为迅速的一种先进轻量化结构材料，在航空航天领域显示出了广阔的应用前景。
○○○
铝锂合金行业国外发展如何？
自1924年第一个含锂的铝合金Scleron合金（Al-12Zn-3Cu-0.6Mn-0.1Li）诞生于德国以来，铝锂合金的开发已有90余年历史。 其中，美国的应用发展非常快，在航天工业上的应用尤为突出。洛克希德·马丁公司利用8090铝锂合金制造了“大力神”运载火箭的有效载荷舱，减重182kg。俄罗斯在铝锂合金的研究、生产和应用方面也一直处于领先地位，为提高载荷能力，航天飞机的外燃料贮箱便采用铝锂合金制成，“能源号”运载火箭的低温贮箱是采用1460铝锂合金制成。除美国外，其他国家，如俄国、英国、法国等都在积极推进铝锂合金在航空航天器上的应用。目前，国外已有几十种铝锂合金达到了工业化生产的水平。
目前全球可生产铝锂合金材料的企业主要有美国铝业公司的达文波特轧制厂、拉斐特挤压-锻造厂、英国的基茨格林轧制厂（kitts Green Works）、俄罗斯的萨马拉冶金公司（Samara）、意大利的富西拉（Fusina）轧制厂、肯联铝业公司的法国伊苏尔（Issoire）轧制厂、俄罗斯联合铝业公司的卡缅斯克冶金公司以及中国的西南铝业（集团）有限责任公司。
据统计，美国铝业公司是全球铝锂合金产能、产量最大的生产企业，约占全球的55%；俄罗斯联合铝业公司约占25%，其他企业合计约占20%。
○○○
铝锂合金行业我国差距在哪儿？
我国对铝锂合金的研究始于上世纪60年代初期，虽然我国在铝锂合金行业的研究发展有了很大进展，已基本掌握了一些关键技术，但是总体上仍属于跟踪型，没有形成有中国特色的铝－锂合金体系，生产大飞机用的铝锂合金材料全是从美国进口的。
我国铝锂合金与国际相比，差距主要表现在：1、成熟牌号少，缺乏自主知识产权的牌号，产品规格少，厚度60 mm 以上厚板及宽度1500 mm以上薄板尚未工业化生产；2、基础研究薄弱，缺乏系统性、完整性，积累数据少；3、创新能力和技术开发能力弱，生产能力小，缺少相应的成型、热处理和机械加工工艺规范；4、生产成本高，产品质量和稳定性有待提高；5、应用技术研究落后，应用领域少。焊接、滚弯、化铣、旋压和时效成形等成形连接技术研究有限，特别是针对典型航空航天构件，如大型燃料贮箱和框架等的集成制造技术未获得突破。
○○○
铝锂合金应用前景国内外对比情况如何？
作为航空航天重要的结构材料，铝锂合金受到西方国家的广泛重视，如今第三代铝锂合金已在大型商用客机制造中获得应用并成为未来机型发展的重要趋势。但是由于其成本比普通铝合金高、室温塑性差、屈强比高、各向异性明显以及冷加工容易开裂等特性，导致其成形难度大。因此目前只能成形较简单的零件，难以制造复杂的零部件，从而限制了其在结构部件方面的应用。
近年来，国外铝锂合金的研制和成形技术日渐成熟，不仅在军用飞机和航天器上大量应用，而且民用飞机铝锂合金的用量也呈增加态势，如“奋进号”航天飞机的外贮箱、空客A330/340/380等系列飞机。
相较于国外铝锂合金的研究与应用，我国由于铝锂合金研究缺乏钣金、热处理等相关关键技术的支持，新型铝锂合金的开发研制相对落后，新型铝锂合金主要依靠国外供应商，目前只在某些型号的航天器中有少量应用。因此独立开发和研制新型高强、高损伤容限铝锂合金是我国铝锂合金未来发展的重要方向。
○○○
铝锂合金的先进制造技术如何突破？
♦1、超塑成形及扩散连接技术。
超塑成形及超塑成形/扩散连接技术（SPF及SPF/DB）是利用材料的超塑性，对形状复杂、难以加工的薄壁零件，采用吹塑、胀形等方法进行成形的过程，是一种几乎无余量、低成本、高效的特种成形方法。与其他超塑材料一样，铝锂合金可以通过合金化或者机械热处理获得均匀、细小、等轴晶而产生超塑性能。
目前，铝锂合金的超塑成形正由次承力构件向主承力构件发展，并且由单一的超塑成形向超塑成形/扩散连接的组合工艺发展，使铝锂合金加工成本更低，结构更具整体性、轻质量。
♦2、旋压技术（Spin Forming）
旋压技术是一项综合了锻造、挤压、拉伸、弯曲等工艺特点的少无切削加工的先进工艺。剪切旋压是近年来在传统旋压技术基础上发展起来的新型旋压技术，它不改变毛坯的外径而改变其厚度来实现制造圆锥等各种轴对称薄壁件的旋压方式（锥形变薄旋压）。航天器上许多铝锂合金构件都是空心回转体薄壳结构，特别适合用旋压法加工，其中较典型的零件是运载火箭低温贮箱的圆顶盖。
♦3、辊锻成形技术（Roll Forging）
辊锻是近年来发展起来的新型近净成形技术，将材料在一对反向旋转模具的作用下产生塑性变形得到所需锻件或锻坯的塑性成形工艺。近年来辊锻成形的两个方向被成功应用于铝锂合金的环形锻件和带筋条的钣金件。如“奋进号”航天飞船外贮箱的“Y”形框和对接环。
♦4、焊接技术（Welding）
焊接是制造铝锂合金航空航天产品如贮箱、弹头外壳等的主要工艺之一，近几年2种新型焊接技术：搅拌摩擦焊和激光焊接技术也开始应用于铝锂合金制造研究。
♦5、新型热处理工艺技术
铝锂合金的主要优点是密度低、比模量高、耐腐蚀强等，综合性能较常规高强度铝合金优异。但在以压应力为主的变振幅疲劳试验中，铝锂合金峰值强度材料短-横向的塑性与断裂韧性低，各向异性严重，人工时效前需施加一定的冷加工量才能达到峰值性能，疲劳裂纹呈精细的显微水平时，扩展速度显著加快。
目前我国研发新型铝合金的同时，在生产工艺上也做了大量研究。通过新的热处理工艺（T74、T73）大幅度提高了7xxx合金断裂韧性和抗应力腐蚀开裂性能，并进一步研究开发7xxx合金的热处理工艺。铝锂合金的热处理应该在铝合金热处理的基础上，结合国外的新工艺新方法，开展系统的基础研究，以求早日实现铝锂合金热处理工艺的工业化应用。
铝锂合金作为新型的航空航天材料，越来越受到各个国家的重视。我国只有加强对铝锂合金行业的研究与开发，才能早日迎头赶上国际先进水平。
閱讀更多 礦冶園 的文章
