航空航天高强韧、耐腐蚀的铝合金材料

随着现代航空航天领域，核工业，交通运输业的持续发展，对结构件的综合性能提出了更高的要求，集质轻、高强、高韧、高断裂韧性、抗应力腐蚀能力于一身的新一代超高强铝合金无疑是首选方案。

超高强铝合金一般指屈服强度在500MPa以上的铝合金，常见的就是牌号为7系列的超硬铝。该系列铝合金最初是在航空航天的应用背景下研发的，目前已发展成为世界各国军、民用飞机的主要结构材料，在飞机结构件中占到70-80%比重，并在很多领域替代了昂贵的钛合金，成为不可缺少的重要轻质结构材料。

航空航天用铝合金发展背景及现状

铝合金作为一种较为成熟的轻质高强合金材料在航空航天中的使用量巨大，铝合金材料一般作为结构材料使用，比钢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航空航天严苛的使用条件，应用比较多的为2000系和7000系铝合金，在高强铝合金的基础上进行工艺的改良和材料配方的改进，通过粉末冶金、喷射成型等创新的生产工艺发展性能更优异的轻质铝合金材料，开展铝基复合材料及超塑性铝合金材料相关研究。

在轻质高强铝合金的发展应用过程中，应力腐蚀问题是伴随铝合金的整个应用发展史之中的主要问题，如何削弱或延缓高强度铝合金在使用过程中的应力腐蚀问题，成为铝合金应用过程中的主要难题。

2000系铝合金主要以Cu为主要的合金元素，铝合金材料中加入适量的Cu元素制备的合金在强度、耐热性、加工性能上会有更好的提升，但耐腐蚀性能会降低，因为Cu元素的引入会使铝合金内部更容易呈现晶间腐蚀，材料组成元素直接影响着铝合金的性能。因此，对于2000系的铝合金一般都在表面做纯铝或6000系铝合金包覆处理作为本体铝合金的电化学保护膜，提高其耐腐蚀的性能。后来学者对于不同牌号铝合金提高应力腐蚀性能的方法进行了很多研究，在一定程度上延缓了铝合金的应力腐蚀的程度。

在航空航天领域应用较多的有2000系铝合金的主体成分主要是铝(Al)、铜(Cu)、镁(Mg)3种元素，7000系的铝合金主要成分是Al、锌(Zn)、Mg、Cu元素，还有一些通过加入一些特殊元素获得的高性能(高强、高韧、耐腐蚀性能)铝合金材料。目前，获得高性能铝合金材料的主要方法是通过改变熔铸条件实现。

铝合金材料是确保飞机安全飞行的重要部件材料，不同部位铝合金材料的选型及性能预测直接关系到飞机的安全可靠性，预测航空铝合金材料的失效问题直接关系到生命安全，需要引起广泛重视。

国外航空航天用铝合金材料发展情况

20世纪60年代美国在7075铝合金的基础上进行改良，开发出了更强、更韧更抗应力腐蚀的7050合金，主要用到F-18的抗压结构件中，随后又开发出了7150合金，用于制造波音757/767及空客A301等民用大飞机的上翼结构。20世纪80年代，美国等在7150基础上成功研制7055合金，强度比7150高约10%，具有较高的综合性能，用于波音777客机的上翼蒙皮、机翼桁条。我国与国际先进水平的差距及发展方向

在我国，铝合金材料虽然经过多年发展，但与国际先进水平相比仍存在不小的差距。具体表现为：一是产品多为仿制，全面自主知识产权的铝合金材料还没有，还未建立生产铝合金材料的标准体系;二是基础研究薄弱，开发时间短，数据积累不足;三是生产加工设备落后，产品质量管控体系不健全。

鉴于此，未来我国铝合金材料的发展方向应为：

1)改变组成元素含量和配比;

2)开发对应不同性能需求的铝合金材料配方，通过改变凝固外场条件，提高合金元素固溶量，改善铝合金性能，通过添加如锆(Zr)、钪(Sc)、铒(Er)等元素采用微合金化方法改善铝合金性能;

3)进一步提纯合金，减少Fe、Si等杂质，控制杂质含量，生产高韧性高强度铝合金材料;

4)研发新的热处理工艺技术，对不同性能要求的铝合金建立不同的热处理工艺卡片，建立相应的技术标准规范体系，保证不同牌号铝合金的工艺稳定性。