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铝线
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铝锂合金:现代飞机新型材料的选择
来源:  作者:  发布时间:2017-09-18  点击数:51

  近日,人们广为关注的C919大飞机首架机正式下线,然而令铝业界更为关注的是, C919大型客机所应用的材料情况,尤其是第三代铝锂合金材料的发展现状,为此本报记者采访了专门从事铝材深加工市场研究专家、北京佰汇咨询公司总经理王登文先生。王登文向记者详细介绍了航空材料发展现状以及当前航空用铝锂合金材料发展情况。

  王登文说,在航空工业,飞机的研发制造离不开材料的支撑。铝锂合金与碳纤维复合材料是新时代飞机的主要用材。近年来,航空用碳纤维复合材料的面市,对传统铝合金材料在航空工业的应用带来一定的冲击。面对航空碳纤维复合材料的崛起与竞争,以美国铝业公司为代表的铝企针对碳纤维复合材料的弱项,成功开发出了代2099铝锂合金。它与碳纤维复合材料相比,其气动性更好、防腐能力更强、质量更轻,在制造、运行、维修成本上更低。据了解,铝锂合金的生产成本仅为碳纤维复合材料的10%。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14%-30%,铝锂合金已成为新一代航空飞机的关键性结构材料。目前,各国先进的战斗军机和民用飞机越来越多地采用了铝锂合金。

  在国外,空客A350创新性的采用了铝锂合金制造机身蒙皮与地板结构,其用量为机身重量的22%;A380机身蒙皮、地板梁、机翼前后缘均使用了铝锂合金;在庞巴迪C系飞机中,先进铝锂合金材料部件已经占到飞机材料总量的20%;波音787和EH101多用途直升飞机也大量采用了铝锂合金。

  在国内,中国商用飞机有限责任公司制造的C919大飞机主结构材料中,铝及铝锂合金占比65%(约14吨),铝锂合金在C919大飞机主结构材料中首先应用且用量较大。由中航洪都飞机公司制造的C919机身前部等直段部和中航西安飞机公司制造的C919大型客机中机身和副翼大部件均大量采用了先进的第三代铝锂合金板。据了解,C919大飞机用第三代铝锂合金来自美国铝业公司达文波特轧制厂。

  目前,航空铝合金的焦点是先进铝锂合金的研发与应用。据北京佰汇调研数据显示,美国铝锂合金生产能力约10万吨/年,其中美国铝业公司生产能力达到约5.5万吨/年,既是美国也是铝锂合金产能、产量超大的生产企业。

  王登文介绍说,尽管美国铝业公司铝锂合金产量居首位,但仍在对铝锂合金进行扩能。美国铝业公司在拉斐特建立了产能超大的铝锂合金生产工厂,用来生产第三代铝锂合金部件。2013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。

  美国肯联铝业公司的法国沃雷普研发中心研发出一种名为“AIRWARE”新型铝锂合金,据介绍,AIRWARE是应用于航空航天领域一种具有革命性的铝合金新材料。它是将铝与锂、铜、银等其他金属融合,从而获得这种新合金。据北京佰汇了解,AIRWARE可为飞机制造带来四大优势:一是比传统铝合金材质轻25%,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12年;三是可实现100%的循环再生利用;四是可用于制造航空器的所有全部零部件。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A350-XWB;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,预计在建的两条铝锂合金生产线将于2016年前投产。

  在中国,为满足国产飞机对铝锂合金的需求,我国铝加工业在上世纪60年代就开始对铝锂合金进行跟踪性研究,成功仿制了8090和2091两种铝锂合金。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,与美、俄仍存在较大差距,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,当前仅有西南铝业(集团)有限责任公司能够生产少量铝锂合金,远远不能满足国产大飞机的需求。北京佰汇认为,需要投入专项资金,提升航空铝锂合金研发能力、增加航空铝锂合金生产企业数量、扩建航空铝锂合金生产线。

  王登文认为,我国航空民机尤其是国产C919、ARJ21大飞机的快速发展已是不争的事实,截至目前,C919和ARJ21-700大飞机订单已分别达到517架、278架。面对航空工业需求旺盛的铝锂合金,我国要实现规模化生产锂合金还有很多难题去攻克,还有很长的路径去实践。但是在困难面前,也要看到我们的长处,利用好现代化铝熔炼与铝加工装备优势,与美、俄等先进的同行开展技术合作,吸收他们的工作经验和研发成果,实现“弯道超车”,尽快实现国产大飞机所用铝锂合金材料的国产化。