第三代航空铝材与美俄仍有30年差距

中外航空铝材发展之比较

铝合金凭借密度小强度适中易加工成形耐腐蚀性强资源丰富可回收性强等独特的优势自年人类首次凭借动力装置飞天以来航空工业的发展就与铝合金材料的应用结下了不解之缘尽管近年来以碳纤维增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占有绝对优势仍是航空器制造的主要关键性结构材料在中国拥有自主知识产权的支线客机ARJ与C大型客机的用材中铝合金零部件的质量占到飞机总质量的从发展历史来看铝合金材料与航空工业一直都是相辅相成的二者升级换代相互促进新型铝合金的诞生造就了新一代飞机制造更高性能的飞机又促进的新一代铝合金的研发与应用就民用飞机的发展而言上世纪年代与波音相适应的是高强度变形铝合金而与目前空客A飞机相对应的则是铝锂合金从全球铝加工产业和航空工业来看变形铝合金应用已经相当成熟目前新型飞机材料的需求更主要体现在综合性能更加优良的铝锂合金上

航空民机用铝锂合金的发展

铝锂合金是美国铝业公司在年新研发推出的航空铝合金于年在美国铝业协会注册用于生产毫米航空器厚板铝锂合金是一种前所未有的超纯xxx系合金锂具有很大的化学活性因此铝锂合金必须在真空炉内熔炼熔体也必须在有保护气氛条件下进行铸造熔铸工艺是生产铝锂合金最为关键的技术锂既能降低铝的密度又能提高弹性模量向铝金属中每添加的锂铝合金的密度就下降约而其弹性模量则会上升约从而成为复合材料碳纤维增强塑料强有力的竞争产品据波音飞机公司测试采用铝锂合金制造波音飞机其重量可以减轻燃料节省飞机制造成本可下降每架飞机每年的飞行费用可降低由于铝锂合金的成本大约只是复合材料碳纤维增强塑料的因而在应用上具有明显的比较优势年铝锂合金被纳入美国航天材料标准目前第三代铝锂合金已实现规模化工业生产第四代铝锂合金研发已有了新成果在新型飞机设计制造中采用铝锂合金可使飞机铝合金零部件的质量减轻已成为新一代航空器的关键性结构材料

航空铝合金新的焦点是先进铝锂合金的研发与应用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俄罗斯联合铝业公司约占其他企业合计约占目前全球主要已有个工厂能生产铝锂合金轧制材个工厂能生产铝锂合金挤压材个工厂可锻制铝锂合金自由锻件与模锻件其中包括我国的西南铝业集团有限责任公司

尽管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立了世界产能最大的铝锂合金生产工厂将生产的第三代铝锂合金部件提供给空客AA波音等飞机制造商

年中期美国铝业公司完成了位于英国基茨格林工厂铝锂合金产能的扩张对达文波特轧制厂的铝锂合金板生产线进行了改扩建对印度安纳州拉斐特挤压锻造厂的铝锂合金生产线进行了扩建根据年末统计数据美国铝锂合金生产能力约万吨年其中美国铝业公司生产能力达到约万吨年美国铝业公司铝锂合金产能占到全国的

自从铝锂合金诞生后该合金一直处于细化升级过程中质量更轻强度更高成本更低的新一代铝锂合金不断被研发出来如美国铝业公司的第三代铝锂合金已实现规模化工业生产美国肯联铝业公司的法国沃雷普研发中心用了年的时间研发出一种名为AIRWARE新型铝锂合金是应用于航空航天领域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合从而获得这种新合金

据了解AIRWARE可为飞机制造带来四大优势一是比传统铝合金材质轻因此能够优化结构部件的设计并减少二氧化碳的排放二是其卓越的抗腐蚀和抗金属疲劳特性可将较大的维护间隔时间延长至年三是可实现的循环再生利用四是可用于制造航空器的全部零部件目前AIRWARE在新一代飞机制造中已得到应用空中客车公司将其应用于其宽体客机AXWB庞巴迪公司将其应用于窄体飞机C系列为满足航空市场对新型铝锂合金日益增长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生产线专业生产AIRWARE铝锂合金预计在建的两条生产线将于年前投产

在中国为满足国产飞机对铝锂合金的需求我国铝加工企业在上世纪年代就开始对铝锂合金进行跟踪性研究仿制的铝锂合金有两种一是合金年欧洲铝业协会发明的合金另一种是合金年法国发明的合金两种国产铝锂合金的各项性能已达到了国外水准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设备中国可小批量生产铝锂合金板材型材与锻件年月西南铝成功试制了用于国产大飞机项目专用的第三代铝锂合金

目前我国已基本掌握了航空铝锂合金的熔炼技术如铝锂合金大扁锭与铝锂合金圆锭的铸造技术但在铝锂合金基础研究与合金生产实践方面与俄罗斯美国应存在年的较大差距主要表现在一是创新能力与技术开发能力较为薄弱二是生产能力小当前仅有西南铝能够生产铝锂合金年产量还很少

中国大飞机制造及铝合金材料应用

在我国大飞机的制造需求正在强劲拉动铝合金材料尤其是铝锂合金材料需求中国大飞机C型客机机身等直段部包括前段客舱前货舱和再循环风扇舱是由蒙皮客舱舷窗客舱地板和承力部件等构成的筒状结构部段据了解C机身等直段部位于大客机机身前部是宽度相等的筒状结构部段全长米宽米高米采用了先进的第三代铝锂合金板这是中国国内民用飞机首次采用铝锂合金制造的部段

年月C大型客机中机身和副翼部件交付首次交付的中机身和外翼翼盒大部件全长米宽米由中机身筒段龙骨梁中央翼应急门组成该部段包含零件多个涉及工装多项大量采用了第三代铝锂合金和高损伤容限铝合金材料

目前C大型客机已经获得国内外多家航空公司架的订单ARJ也有架订单根据计划到年ARJ支线客机C大飞机所用以上的铝合金材料将采用国产铝材中国大飞机对铝合金材料的需求增加了中国铝加工企业航空民机铝合金研发和规模化生产的紧迫感

目前应用在航空民机的铝合金材料主要有铝合金铸件铝合金锻件大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过多年的发展已成为国际公认的铝材生产大国目前无论是铝合金熔炼设备轧制设备还是铝合金挤压设备以及精整设备现代化的一流铝加工设备之数量对全球各国而言应该是最多的但由于研发资金投入少基础研究薄弱现代化一流设备只能大量生产性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

我国自年有了现代化的铝加工业以来所需航空铝合金厚板一直处于净进口状态在初期国产的ARJ支线客机与大型客机C的材料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提供的当今航空工业需求旺盛的铝锂合金我国仍基本处于跟踪仿制研发阶段实现规模化商业生产还有很多难题去攻克还有很长的路径去实践

我国航空民机尤其是国产CARJ大飞机的快速发展已是不争的事实时不我待航空铝材发展任重而道远我国铝加工行业拥有世界上顶尖的现代化铝加工技术装备只要利用好现代化铝加工装备优势与国外先进国家的同行开展技术合作吸收他们的工作经验和研发成果就一定能够实现弯道超车