探秘铝锂合金：未来飞行金属的可能选择

1.铝锂合金概述

随着科技进步和高新技术的开发与应用，对材料综合性能的要求日趋提高。铝锂合金由于具有低密度、高比强度和比刚度、优良的低温性能、良好的耐腐蚀性和卓越的超塑成型性能，成为兵器工业中最具潜力的新型金属结构材料，被认为是21世纪航空航天工业领域中最理想的轻质高强结构材料。

锂（Li）密度只有0.53g/cm3，是世界上最轻的金属元素，在铝中锂的含量每增加1%（质量分数），其合金的密度就减小3%，合金的弹性模量就提高6%。如果用铝锂合金替代常规铝合金，可使构件质量减轻10%～15%，而且刚度提高15%～20%，特别是它的价格比先进的复合材料要便宜很多。铝锂合金作为航空航天结构产品中的替换材料或选用材料已初步显示出其强大的生命力。随着成本的降低、性能的逐步提高和使用经验的积累，这种新型合金在飞机上对应替代传统铝合金的目标，在21世纪初已得到实现。

2.铝锂合金的性能特点和应用

（1）铝锂合金的性能特点

新型铝锂合金主要产品形式有中厚板、薄板、挤压型材等，它们的主要性能特点如下：

①密度低（比常规铝合金密度低5%～8%，ωLi＜1.8%）；

②更好的强度—韧性平衡；

③耐损伤、抗疲劳性能优良；

④耐腐蚀优良；

⑤有较好的耐热性；

⑥良好的加工成型性。(https://www.xing528.com)

复合材料、常规铝合金及铝锂合金的性能比较如表11.7所示。

表11.7　复合材料、常规铝合金及铝锂合金的性能比较

（2）铝锂合金的应用

国外铝锂合金在航天航空领域的应用已进入实用阶段。俄罗斯的苏-27、苏-36、米格-33等飞机都大量采用了铝锂合金，其用量占飞机结构总量的15%。英、法两国联合制造的如图11.5所示的空客A380飞机上的主舱横梁采用了2196铝锂合金锻压件。图11.6所示的庞巴迪C系列飞机在材料上使用的先进铝锂合金材料部件已经占到飞机材料使用总量的23%。

图11.5　空客A380飞机上的铝锂合金

图11.6　庞巴迪C系列飞机

目前，我国研制的国产大型商用飞机，在其机身上也应用了铝锂合金。该机主要应用第三代新型铝锂合金，包括机身蒙皮、长桁、地板、纵横梁、滑轨等结构。在航天领域，铝锂合金已在许多航天构件上取代了常规高强铝合金。

铝锂合金1420是铝锂合金系列中非常重要的一种铝锂合金，它具有较高的静力强度、破坏韧性、低循环疲劳、可焊性良好等特点，并具有超高性的效果。在航空航天飞行器的焊接结构中广泛地采用了铝锂合金制造构件。由于1420的密度（ρ＝2.47g/cm3）较小，并且在结构上省去了连接搭边和密封膏以及铆钉和螺栓，因而这种铝锂合金焊接结构使机身重量减轻了24%。