中国大力推进航空发动机用超合金研发 提升航空航天材料性能！超高强铝合金通常指屈服强度在500MPa以上的铝合金，常见的有牌号为7系列的超硬铝。这类铝合金最初为航空航天应用而研发，现已成为军用和民用飞机的主要结构材料，占飞机结构件的70-80%，并在许多领域替代了昂贵的钛合金，成为不可或缺的重要轻质结构材料。随着航空航天、核工业和交通运输业的发展，对结构件的综合性能提出了更高要求，新一代超高强铝合金因其质轻、高强、高韧、高断裂韧性及抗应力腐蚀能力而备受青睐。
铝合金作为一种成熟的轻质高强材料，在航空航天中广泛应用，比钢具有更高的比强度和更优异的加工性能。航空航天领域主要发展高强、高韧性和耐腐蚀性强的铝合金材料，以满足严苛的应用条件。2000系和7000系铝合金是应用较多的类型，通过粉末冶金、喷射成型等创新生产工艺，进一步提高了铝合金的性能。然而，应力腐蚀问题一直是铝合金应用中的主要难题。
2000系铝合金主要由铝、铜和镁组成，铜元素的加入可以提高合金的强度、耐热性和加工性能，但会降低其耐腐蚀性。因此，通常会在表面进行纯铝或6000系铝合金包覆处理，以提高耐腐蚀性能。7000系铝合金则主要由铝、锌、镁和铜组成，通过热处理可强化其韧性。尽管7000系铝合金具有高强、可焊性，但也存在较高的应力腐蚀敏感性。通过添加微量铬、锰、钼等元素，可以改善这一问题。
国外航空航天用铝合金材料经历了从高强低韧到高强高韧再到高强高韧耐腐蚀的发展过程。美国在20世纪40年代开发出7075合金，并首次应用于B-29轰炸机，随后各国纷纷效仿并开发出更多高性能铝合金。例如，7050合金用于F-18战斗机，7150合金用于波音757/767和空客A301等民用大飞机。为了提高安全性，飞机设计选材逐渐向高损伤容限法转变，要求铝合金具备更高的断裂韧性和抗应力腐蚀开裂值。
我国对于高强高韧铝合金的研究起步较晚，起初主要仿制美国的2000系和7000系合金。近年来，我国加大了研发力度，形成了多个科研机构和企业的合力，取得了显著成果，基本具备了高强铝合金材料的批量生产能力。不过，与国际先进水平相比，仍存在产品多为仿制、基础研究薄弱、生产加工设备落后等问题。未来发展方向包括改变元素含量和配比、开发不同性能需求的铝合金材料配方、提纯合金减少杂质、研发新的热处理工艺技术等。
铝合金在航空航天领域的应用广泛，涵盖了飞机的不同部位，如机身、翼面、发动机装置等。不同型号的飞机采用不同的铝合金牌号，如波音747使用7075T6和2024T3，波音777使用7055T77、7150T77和2X24T3，空客A380使用7055/7449/7085/2024/6013/5076等。国产大飞机ARJ21也主要采用2X24、7050、7175、7075等铝合金材料。在航天领域，铝合金同样被广泛应用于运载火箭、卫星和载人飞行器等。
铝合金材料的综合性能提升不仅依赖于材料成分配比，还取决于生产过程中的工艺技术参数控制。适宜的热处理方式可以显著影响铝合金材料的综合性能。常用的热处理工艺包括高温均匀化退火、固溶处理和时效处理等。此外，形变热处理通过结合热塑性变形和热处理，可以改善铝合金的力学性能和耐腐蚀性。我国在铝合金热处理工艺方面还有很大的发展空间，需要进一步开发更多种类的热处理工艺。
除了热处理工艺，高强铝合金还通过挤压型材和3D打印等方式进行生产和应用。挤压型材具有质轻高强、焊接工艺成熟等特点，广泛应用于航空航天和轨道交通领域。3D打印技术作为一项前瞻战略性技术，在航空航天领域受到重视，新型铝合金材料不断涌现，如Amaero HOT Al，这种材料在3D打印后再进行热处理和时效硬化后，可以在260℃下长时间稳定。未来，铝合金的3D打印发展前景广阔，主要应用于航空航天及军工领域。
随着高强轻质铝合金材料成型技术和加工技术的不断发展，铝合金在高端制造业中的应用前景广阔。但仍需在材料科学基础技术、生产设备开发以及国际技术合作等方面进一步加强，以实现铝合金材料性能的持续提升。
股票入门学习提示：文章来自网络，不代表本站观点。
