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鋁合金是我們日常就能接觸到的金屬材料,家里的鋁合金窗戶,說不定就是鋁合金的。但在眾多鋁合金中,我國還存在兩個“卡脖子”品種,一個第四代航空鋁合金,一個第三代鋁鋰合金。
根據中國工程院2026年2月最新出版的《中國制造業重點領域技術創新綠皮書——技術路線圖(2025)》,“十五五”期間(2026~2030)鋁合金的任務是四代航空鋁合金、三代鋁鋰合金自主保障率達到100%。也就是在當前這個時間節點,我國四代航空鋁和三代鋁鋰合金還不能完全自主,是仍需要攻關的方向。
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《中國制造業重點領域技術創新綠皮書——技術路線圖(2025)》p277
航空鋁合金到現在已經歷四代:第一代是靜強度鋁合金,第二代強調高強耐腐蝕,第三代強調高強高韌,第四代是為了滿足飛機損傷容限設計和可靠性設計的高性能鋁合金,典型代表合金主要是7系、小部分是2系。我國航空鋁合金其實已經是國際先進水平,就是進入了第一梯隊,只是還沒領先。所以我這里說的“卡脖子”,并不是說我們還很落后,而是說我們還不是世界第一。
根據2023年一篇文獻〔熊柏青,閆宏偉,張永安,李志輝,李錫武.我國航空鋁合金產業發展戰略研究[J].中國工程科學,2023,25(1):88-95〕,我國第三代、第四代航空鋁合金國內立項研制不足10年,那到現在算下來也不足15年,所以略有落后也可以理解。目前部分高端材料仍需從美國鋁業公司、法國肯聯鋁業等公司進口,進口量在40萬噸左右。所以工程院綠皮書說的四代航空鋁合金尚未實現100%自主,是有據可依的。
另外在第三代鋁鋰合金上,我國也還沒實現100%自主。鋰是密度最小的金屬,那在鋁合金中加入鋰,就可以進一步減重。但鋰的加入不僅可以降低密度,還可以提高彈性模量和抗疲勞性能,每加入1%的鋰,鋁鋰合金密度可降低約3%,彈性模量可提高約6%。
第一代鋁鋰合金開始于20世紀50年代,以美國2020合金為代表。第二代開始于70年代,但存在各向異性嚴重、塑韌性差的缺點,除了蘇聯1420合金,其他國家的二代鋁鋰合金,基本都未大批量使用。所以在二代鋁鋰合金上,領先的其實是蘇聯。
進入90年代,美法俄開始研制第三代鋁鋰合金,代表型號有2097、2197等,性能大幅提升。我國對鋁鋰合金的研究起步于80年代,差不多是在二代合金階段介入的。2014年C919前機身大部段成功下線,在國內首次采用了第三代鋁鋰合金,但當時C919用的鋁鋰合金主要來自美國鋁業和法國肯聯鋁業,還不是自研的,后來中國鋁業、南山鋁業等公司才加入到材料供應企業中。
其實在2009年,空客公司已經提出第四代鋁鋰合金;而我國第三代鋁鋰合金,根據工程院綠皮書,尚未達到100%自主。所以在鋁鋰合金上,我國無疑還是有些落后的。但正如工程院規劃的,“十五五”期間我國第四代航空鋁合金、第三代鋁鋰合金要達到100%自主,所以目前面臨的應該也是最后的攻關了。
這是最后的斗爭!“十五五”之后,我國在輕質高強合金上,應該不會再存在類似的“卡脖子”項目。
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