摘要：本文綜合分析了鋁合金材料在航空航天、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，論述了我國(guó)鋁合金材料的產(chǎn)業(yè)規(guī)模和技術(shù)水平。針對(duì)我國(guó)在一些關(guān)鍵鋁合金材料方面存在的短板，以及在高性能鋁合金開發(fā)、加工工藝與智能控制等原創(chuàng)技術(shù)方面的不足，系統(tǒng)梳理了目前我國(guó)在鋁合金材料方面存在的主要問題。針對(duì)汽車、船舶、空天等領(lǐng)域的發(fā)展態(tài)勢(shì)，分析了鋁合金材料的市場(chǎng)需求。針對(duì)我國(guó)鋁合金材料的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，提出以下發(fā)展對(duì)策和建議：加強(qiáng)研發(fā)體系建設(shè)，完善發(fā)展環(huán)境；優(yōu)化結(jié)構(gòu)，促進(jìn)提質(zhì)增效和協(xié)同發(fā)展；加強(qiáng)配套政策支持；推進(jìn)人才隊(duì)伍建設(shè)；推廣智能制造和“互聯(lián)網(wǎng)+”；加強(qiáng)國(guó)際合作，尤其是“一帶一路”國(guó)際合作。為解決鋁合金材料“卡脖子”問題，及鋁合金材料向高端化、綠色化方向發(fā)展提供重要參考。

一、前言

我國(guó)是鋁合金材料生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，鋁合金材料在交通、海洋、空天等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，尤其在汽車、飛機(jī)、航天、艦船等領(lǐng)域的一些輕量化關(guān)鍵部件上，鋁合金材料具有不可替代性。而國(guó)內(nèi)絕大部分鋁合金材料屬于中低端產(chǎn)品，生產(chǎn)能耗高、效率低、成本高、附加值低，惡性競(jìng)爭(zhēng)的情況難以得到改變，且部分高端產(chǎn)品仍需從國(guó)外高價(jià)購(gòu)買，這無(wú)疑阻礙了我國(guó)制造業(yè)升級(jí)的步伐。我國(guó)雖在通信、高鐵等領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢(shì)，但隨著國(guó)際形勢(shì)錯(cuò)綜復(fù)雜地變化，關(guān)鍵材料領(lǐng)域被卡脖子的風(fēng)險(xiǎn)日漸突出，自主創(chuàng)新迫在眉睫。在新的產(chǎn)業(yè)形勢(shì)下，發(fā)展高端鋁合金材料綠色化、智能化的制備與加工技術(shù)對(duì)支撐我國(guó)關(guān)鍵制造業(yè)的可持續(xù)優(yōu)質(zhì)發(fā)展具有重大戰(zhàn)略意義。本文主要介紹了國(guó)內(nèi)外鋁合金材料發(fā)展及研究現(xiàn)狀，分析常用鋁合金系的市場(chǎng)需求，總結(jié)目前我國(guó)在此領(lǐng)域遇到的問題以及未來發(fā)展目標(biāo)，并給出相應(yīng)的發(fā)展對(duì)策，以促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)和進(jìn)步。

二、國(guó)內(nèi)外鋁合金材料發(fā)展及研究現(xiàn)狀

（一）國(guó)外鋁合金材料發(fā)展及研究現(xiàn)狀

總體來看，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家鋁合金材料開發(fā)與應(yīng)用的歷史時(shí)間長(zhǎng)，基礎(chǔ)好，研究積累雄厚，鋁合金材料體系系統(tǒng)性強(qiáng)，產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平較高。尤其是美國(guó)、俄羅斯等工業(yè)強(qiáng)國(guó)較早開展了鋁合金材料的研發(fā)工作，申請(qǐng)了大量的鋁合金牌號(hào)，廣泛應(yīng)用于汽車、船舶、空天等領(lǐng)域，現(xiàn)已形成了一定程度的專利霸權(quán)。

在汽車領(lǐng)域，鋁合金是實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的重要材料。在2XXX系鋁合金方面，美國(guó)的雷伊路菲公司和法國(guó)的西貝內(nèi)公司相繼開發(fā)了2036-T4、AU2G-T4鋁合金板材，用于汽車車身。在5XXX系鋁合金方面，美國(guó)鋁業(yè)公司（ALCOA）開發(fā)了X5085-O、5182-O等鋁合金，用于車身內(nèi)板。在6XXX系鋁合金方面，美國(guó)研制了6009和6010車身鋁合金板。挪威海德魯鋁業(yè)公司在2018年開發(fā)了HHS360合金，抗拉強(qiáng)度比6082合金提高了10.8%，達(dá)到360N/m㎡，伸長(zhǎng)率達(dá)到10%；之后，該公司又在此基礎(chǔ)上開發(fā)了HHS400合金，抗壓強(qiáng)度達(dá)到400N/m㎡，屈服強(qiáng)度≥370N/m㎡，伸長(zhǎng)率為8%，主要應(yīng)用于汽車制造。美國(guó)的肯聯(lián)鋁業(yè)公司開發(fā)了HSA6系列合金，其中HSA6-T6合金擠壓型材的最低屈服強(qiáng)度為370N/m㎡，而最低抗拉強(qiáng)度為400N/m㎡，與采用傳統(tǒng)鋁合金材料制造的全鋁汽車質(zhì)量相比，可減重30%以上。目前，國(guó)外先進(jìn)鋁加工企業(yè)致力于開發(fā)低成本的汽車板。印度的諾貝麗斯鋁業(yè)公司已經(jīng)推出AdvanzTM系列合金Ac5754R，進(jìn)一步減輕了汽車重量。該公司還與捷豹路虎汽車有限公司合作開發(fā)了具有優(yōu)異成形和卷邊性能的AC-170PX鋁合金，用于汽車覆蓋件外板。而美國(guó)的奧科寧克公司成功開發(fā)了新一代汽車板生產(chǎn)設(shè)備與工藝“Micro-Mill”技術(shù)，極大地提升了汽車車身和覆蓋件用鋁板的性能，綜合性能提升20%，成本降低30%。目前，在汽車車身板領(lǐng)域，應(yīng)用最多的為6082鋁合金，在前后防撞梁上較多企業(yè)嘗試使用6XXX系或7XXX系擠壓型材來制備。在船舶領(lǐng)域，鋁合金在船舶上的應(yīng)用逐漸擴(kuò)大。國(guó)外發(fā)展較早。迄今為止，主要是5XXX系和6XXX系鋁合金，分別用于船殼體和船上建筑。在變形鋁合金方面，主要有：美國(guó)的5086、5456合金，日本的5083合金，英國(guó)的N8（5083）合金，前蘇聯(lián)的AMr6（5A06）、AMr61、B48-4（01980）、K48-1、K48-2合金。俄羅斯研制了含鈧（0.1%~0.3%）的高強(qiáng)度Al-Zn-Mg系合金（如01970、01975合金等）。在鑄造鋁合金方面，主要有：蘇聯(lián)的BAП5、AП4M（ZL111）、AП8（ZL301）、AП13、AП25、AП27合金，美國(guó)的356（ZL101）、SEM328（ZL106）、514（ZL302）、515、518（YL302）、520（ZL301）、X250合金等。目前船舶領(lǐng)域?qū)︿X合金材料的使用仍然以5083合金以及其改進(jìn)型合金為主，充分利用其耐腐蝕性能、焊接性能、易成形性能以及力學(xué)性能的綜合優(yōu)勢(shì)。

在空天領(lǐng)域，現(xiàn)代空天用鋁材朝著高綜合性能、低密度、大規(guī)格、高均勻性和功構(gòu)一體化方向發(fā)展。針對(duì)2XXX系鋁合金，美國(guó)鋁業(yè)公司和法國(guó)鋁業(yè)公司開發(fā)了具有高強(qiáng)高損傷容限的2026和2027合金，其擠壓件（厚度為12~82mm）和板材（厚度為12~55mm）比2024合金分別提高20%~25%和10%。在7XXX系鋁合金方面，美國(guó)鋁業(yè)公司、法國(guó)鋁業(yè)公司以及德國(guó)愛勵(lì)鋁業(yè)公司開發(fā)了具有低淬火敏感性的高強(qiáng)韌鋁合金：7085、7140、7081。在超高強(qiáng)鋁合金方面，法國(guó)鋁業(yè)公司開發(fā)了7056-T79/T76合金，已用于A380飛機(jī)翼壁板等。在Al-Li合金方面，俄羅斯開發(fā)了1460合金，美國(guó)開發(fā)了Weldlite系列合金和2097、2197、2195鋁鋰合金。美國(guó)肯聯(lián)鋁業(yè)公司開發(fā)了低密度、高韌性和高損傷容限性能的2050和2198合金（Al-Cu-Li-Mg-Ag）。2010年，美國(guó)肯聯(lián)鋁業(yè)公司為Al-Cu-Li系合金注冊(cè)了Airware商標(biāo)。目前空天領(lǐng)域?qū)︿X合金材料的需求主要集中在高強(qiáng)度的2XXX和7XXX系合金，以及密度較低的鋁鋰合金。

（二）國(guó)內(nèi)鋁合金材料發(fā)展及研究現(xiàn)狀

“十三五”以來，我國(guó)鋁材生產(chǎn)能力和技術(shù)水平取得了巨大進(jìn)步，2019年鋁材產(chǎn)量達(dá)到5.252×107t，居世界首位。我國(guó)自主研發(fā)了LC4、LC9、LY12、2A12、2A16、7A04、7B04、7A50、7B50等系列鋁合金，建立了第一代、第二代、第三代鋁合金材料加工技術(shù)體系。近年來，我國(guó)自行研制的新型高強(qiáng)韌鑄造鋁合金、第三代鋁鋰合金、高性能鋁合金型材的性能均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。在《變形鋁及鋁合金化學(xué)成分》（GB/T3190—2020）中，近10年我國(guó)共增加了29個(gè)國(guó)產(chǎn)鋁合金牌號(hào)。其中北京工業(yè)大學(xué)在國(guó)際上率先掌握了含鉺彌散強(qiáng)化鋁合金的制備和加工技術(shù)，研發(fā)的含鉺5E83鋁合金冷軋板、5E06鋁合金熱軋板、熱擠壓壁板等5個(gè)合金牌號(hào)列入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在國(guó)防及汽車等領(lǐng)域獲得重要應(yīng)用，部分品種替代了進(jìn)口產(chǎn)品。

針對(duì)高性能鋁合金型材的擠壓成形工藝與裝備，中車聯(lián)合高校開發(fā)出了鋁合金精煉、凈化、錠坯均勻化等技術(shù)，研制出了大型擠壓模具和設(shè)備，使鋁合金型材的開發(fā)周期縮短了25%，成本降低15%，成品率提高到62%。東北大學(xué)和大連交通大學(xué)分別開發(fā)了液態(tài)金屬、半固態(tài)金屬與固態(tài)金屬的連續(xù)擠壓短流程加工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，在該技術(shù)領(lǐng)域達(dá)到國(guó)際先進(jìn)或水平。山東南山鋁業(yè)股份有限公司順利進(jìn)入波音公司的全球供應(yīng)商名錄。中國(guó)忠旺控股有限公司先后收購(gòu)了德國(guó)烏納鋁業(yè)股份有限公司和以澳大利亞為生產(chǎn)基地的全鋁超級(jí)游艇制造商SilverYachtsLtd.的控股權(quán)。中鋁東北輕合金有限責(zé)任公司、西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司、西北鋁業(yè)有限責(zé)任公司提供的由關(guān)鍵鋁合金材料制造的大批先進(jìn)武器亮相、點(diǎn)兵沙場(chǎng)。此外，東北大學(xué)、上海交通大學(xué)、中鋁材料應(yīng)用研究院有限公司、吉林大學(xué)等在高強(qiáng)高導(dǎo)變形鋁合金、汽車用鋁合金和鑄造鋁合金方面達(dá)到國(guó)際先進(jìn)或水平。目前，具有我國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的部分鋁合金材料已經(jīng)應(yīng)用于汽車、船舶、空天等領(lǐng)域。

在汽車領(lǐng)域，我國(guó)的鋁合金汽車板已初具規(guī)?；a(chǎn)能力，但成熟產(chǎn)品僅限6016與5182牌號(hào)，其他牌號(hào)仍未具備批量供貨能力。近年來，中國(guó)鋁業(yè)集團(tuán)有限公司在汽車輕量化領(lǐng)域取得了一定的成果，開發(fā)了汽車用6016、6014、5182、5754合金，并在吉利汽車、海馬汽車制造中實(shí)現(xiàn)小批量應(yīng)用。

在船舶領(lǐng)域，我國(guó)近些年來開發(fā)的可以商業(yè)化應(yīng)用的船用鋁合金板材/型材為5083、6061、6082鋁合金，隨著國(guó)家深藍(lán)戰(zhàn)略的實(shí)施，中國(guó)已開始建造自己的郵輪、“海上牧場(chǎng)”、鉆井平臺(tái)、發(fā)電站、直升機(jī)平臺(tái)，招商局集團(tuán)有限公司的第一艘極地號(hào)郵輪已交付使用。船體其他部位以及符合我國(guó)海洋與河流環(huán)境的鋁合金材料開發(fā)仍存在大量空白，尚需多領(lǐng)域、多學(xué)科交叉合作。

在空天領(lǐng)域，中國(guó)鋁業(yè)集團(tuán)有限公司下屬的鋁加工企業(yè)、北京航空材料研究院、有研科技集團(tuán)有限公司和中南大學(xué)等開發(fā)了超高強(qiáng)鋁合金、高純高損傷容限鋁合金、鋁鋰合金和稀土鋁合金等，并以此為基礎(chǔ)開發(fā)了2124-T351、2024-T851、2024HDT板材，7050/2124超寬超厚板，7B50-T7751厚板，7A55-T7751厚板，2A97鋁鋰合金薄板及型材，2297鋁鋰合金厚板等產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了多種產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化。開發(fā)出高強(qiáng)高韌低淬火敏感性7A85鍛件，實(shí)現(xiàn)批量應(yīng)用，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研制出的10m整體環(huán)件，連續(xù)刷新了鋁合金整體環(huán)件的世界記錄。

三、我國(guó)鋁合金材料領(lǐng)域存在的問題

值得注意的是，雖然我國(guó)鋁合金材料在產(chǎn)業(yè)規(guī)模與技術(shù)水平上成績(jī)斐然，但是我國(guó)現(xiàn)代工業(yè)體系建設(shè)起步晚、底子薄，追趕發(fā)達(dá)國(guó)家難度較大，相當(dāng)部分關(guān)鍵基礎(chǔ)材料、核心零部件仍不能自給。我國(guó)在未來較長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)都是關(guān)鍵基礎(chǔ)材料的需求大國(guó)，對(duì)此類材料數(shù)量和種類的需求將持續(xù)增加。而高端材料在產(chǎn)業(yè)體系中所占比例不高，原始創(chuàng)新偏少、基礎(chǔ)共性關(guān)鍵技術(shù)和精深加工技術(shù)研發(fā)不足。美國(guó)鋁業(yè)公司有3萬(wàn)項(xiàng)專利，與之相對(duì)的是中國(guó)企業(yè)原創(chuàng)性專利少，幾百個(gè)常用牌號(hào)，中國(guó)自己研發(fā)的卻很少，同時(shí)產(chǎn)品質(zhì)量的一致性、均勻性、穩(wěn)定性不高。大飛機(jī)用預(yù)拉伸厚板和蒙皮板、乘用車面板等質(zhì)量穩(wěn)定性有待提高，部分高端鋁板帶箔材等仍依賴進(jìn)口。此外，我國(guó)鋁合金材料產(chǎn)業(yè)粗放式發(fā)展的問題嚴(yán)重，產(chǎn)業(yè)規(guī)模增長(zhǎng)雖快，但研制少，“產(chǎn)學(xué)研”一體化的技術(shù)創(chuàng)新力量薄弱，高校與企業(yè)之間無(wú)法發(fā)揮協(xié)同創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)。所以，逐步推進(jìn)相關(guān)研究和產(chǎn)業(yè)向高質(zhì)量、高創(chuàng)新、高效率發(fā)展十分重要。

在汽車領(lǐng)域，我國(guó)汽車用鋁合金板材仍面臨三大問題：①缺少具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的汽車用鋁合金，高端汽車用鋁未實(shí)現(xiàn)系列化，難以滿足汽車公司的個(gè)性化需求；②汽車板應(yīng)用技術(shù)研發(fā)平臺(tái)建設(shè)不足，在先進(jìn)成形、異種材料連接、低成本與環(huán)保的零部件制造與表面處理方面都需加強(qiáng)研究；③需加強(qiáng)鋁合金型材在新能源汽車上的應(yīng)用，建立相應(yīng)技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)，開發(fā)車身結(jié)構(gòu)、電驅(qū)系統(tǒng)、電池托盤、副車架、表面處理等相關(guān)產(chǎn)品。

在船舶領(lǐng)域，我國(guó)船舶用鋁合金仍存在兩方面的技術(shù)瓶頸：一是船舶用鋁合金的開發(fā)種類偏少，合金綜合性能、質(zhì)量穩(wěn)定性低于國(guó)外同牌號(hào)板材；二是鋁合金材料的船舶應(yīng)用技術(shù)，主要體現(xiàn)在焊接技術(shù)上。我國(guó)在攪拌摩擦焊和激光焊方面與國(guó)外仍有差距，限制了船舶用鋁合金的發(fā)展。

在空天領(lǐng)域，我國(guó)在空天鋁合金的研發(fā)和應(yīng)用方面與發(fā)達(dá)國(guó)家仍有明顯差距。我國(guó)對(duì)新合金的開發(fā)處于仿制階段，研制的合金品種較少；對(duì)合金化基礎(chǔ)理論研究較少。我國(guó)航空材料產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性、成本與進(jìn)口材料還存在一定差距。

四、各系鋁合金材料的市場(chǎng)需求及發(fā)展趨勢(shì)

鋁合金的市場(chǎng)需求往往決定了鋁合金制品的種類、產(chǎn)量及性能特征。由于鋁合金種類繁多，國(guó)內(nèi)外發(fā)展過程及現(xiàn)狀也不盡相同，且一部分鋁合金會(huì)交叉應(yīng)用于汽車、船舶及航空航天領(lǐng)域，所以該部分以鋁合金系來進(jìn)行分類闡述。

（一）2XXX系鋁合金

2XXX（A1-Cu-Mg）系鋁合金具有高的抗拉強(qiáng)度、韌性和疲勞強(qiáng)度，良好的耐熱、加工及焊接性能，被廣泛應(yīng)用于空天、汽車及兵器工業(yè)等領(lǐng)域。主要牌號(hào)有2A01、2A02、2A06、2A11、2A12等。針對(duì)提高強(qiáng)度、強(qiáng)韌性匹配、耐損傷容限性能相繼開發(fā)了一系列合金，如2024、2124、2524、2324合金等。我國(guó)裝備型號(hào)向輕量化、長(zhǎng)壽命、高可靠、低成本方向發(fā)展，對(duì)機(jī)身蒙皮材料的斷裂韌性、抗裂紋擴(kuò)展能力和耐蝕性能具有較高的要求。國(guó)外在2024-T351鋁合金厚板基礎(chǔ)上，已開發(fā)出了具有不同強(qiáng)度、韌性、疲勞、耐腐蝕性能匹配的2324、2624等機(jī)翼下翼面用高損傷容限鋁合金，并實(shí)現(xiàn)裝機(jī)應(yīng)用。我們迫切需要開展高損傷容限2XXX系鋁合金的開發(fā)工作，未來，復(fù)合微合金化將是Al-Cu-Mg系高強(qiáng)鋁合金一個(gè)重要發(fā)展方向。

（二）4XXX系鋁合金

目前我國(guó)汽車活塞主要使用共晶和亞共晶Al-Si合金，但是隨著對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能要求的不斷提高，難以滿足性能要求。過共晶Al-Si合金密度低，線膨脹系數(shù)小，抗磨性和體積穩(wěn)定性更高，與亞共晶和共晶Al-Si合金相比是更為理想的活塞材料。國(guó)外已批量生產(chǎn)過共晶Al-Si合金活塞，并應(yīng)用于載重汽車和轎車，如美國(guó)的A390合金，日本的AC9A和AC8A（ZL109）合金，澳大利亞的A390合金。但是目前我國(guó)生產(chǎn)過共晶Al-Si合金活塞的廠家很少，大部分依賴進(jìn)口。另外，汽車渦輪增壓鋁合金材料與國(guó)外也存在較大差距，高性能汽車渦輪增壓鋁合金材料主要依賴日本等國(guó)家。因此，開發(fā)高性能活塞、渦輪增壓葉輪關(guān)鍵汽車鋁合金材料勢(shì)在必行。

（三）5XXX系鋁合金

Al-Mg合金特別是高M(jìn)g含量的Al-Mg合金具有高的比強(qiáng)度、良好的焊接性和耐蝕性，將成為未來空天、高速列車、海洋等領(lǐng)域極具競(jìng)爭(zhēng)力的材料。目前，空天、列車、海洋等應(yīng)用的Al-Mg合金板材、型材以及焊絲主要依靠進(jìn)口，高端焊絲市場(chǎng)基本上被美國(guó)ALCOA所壟斷，ER5183、ER5356合金主要依靠進(jìn)口，進(jìn)口量約占其銷量的70%，艦艇用Al-Mg合金主要依賴于俄羅斯。高M(jìn)g含量的合金常規(guī)鑄錠中枝晶發(fā)達(dá)、共晶相偏析嚴(yán)重，成形性能差，目前加工方法仍存在諸多問題，如性能低、表觀質(zhì)量差、工序長(zhǎng)、質(zhì)量不穩(wěn)定、成品率低等。亞快速凝固與成形可以抑制Mg的析出，同時(shí)可以調(diào)控得到細(xì)小等軸晶和納米析出相，大幅度提高材料的性能與均一性。因此，開發(fā)高性能Al-Mg合金亞快速凝固連續(xù)流變擠壓和軋制技術(shù)，有望解決高品質(zhì)Al-Mg合金的需求。

（四）6XXX系鋁合金

6XXX系鋁合金材料是軌道交通、汽車、電子等領(lǐng)域的關(guān)鍵材料。從20世紀(jì)80年代起，歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)研發(fā)了車用鋁合金，注冊(cè)了6009、6016、6010、6111、6022、6082等牌號(hào)，形成了較完整的汽車車身板、擠壓材、鍛件等生產(chǎn)和應(yīng)用體系。我國(guó)6XXX系鋁合金車身板和鍛件的產(chǎn)業(yè)化研發(fā)剛剛起步，存在明顯差距。我國(guó)工業(yè)和信息化部提出重點(diǎn)發(fā)展的車用鋁合金薄板是：6016-S、6016-IH、6016-IBR、6A16-S、6A16-IBR、6022等，典型6XXX系鋁合金板材伸長(zhǎng)率A50≥25%，r值≥0.60，60d停放屈服強(qiáng)度Rp0.2≤140N/m㎡，烤漆硬化屈服強(qiáng)度增量≥80N/m㎡。針對(duì)不同需求，開發(fā)6XXX系鋁合金的設(shè)計(jì)、制備及加工技術(shù)成為發(fā)展的必然趨勢(shì)。

（五）7XXX系鋁合金

7XXX系鋁合金具有較好的耐應(yīng)力腐蝕性能，是鋁合金中強(qiáng)度最高的一個(gè)系列，是國(guó)際上公認(rèn)的航空主干材料。最近，國(guó)外開發(fā)了7055合金（Al-8Zn-2.05Mg-2.3Cu-0.16Zr），其在T77511狀態(tài)下屈服應(yīng)力超過了620MPa，用于波音777飛機(jī)，減重635kg。目前我國(guó)航空用7XXX系鋁合金缺乏系統(tǒng)的合金設(shè)計(jì)和制備加工技術(shù)，某些產(chǎn)品完全依靠進(jìn)口。由于7XXX系鋁合金大規(guī)格鑄錠合金元素多、凝固區(qū)間寬、鑄造應(yīng)力大、合金元素易氧化/偏析等，鑄錠冶金質(zhì)量較差，室溫成形性能較低，開發(fā)新型7XXX系鋁合金具有重要意義。

（六）鋁鋰（Al-Li）合金

鋁鋰合金是近年來航空材料中發(fā)展最迅猛的輕量化材料，具有密度低、彈性模量高、比剛度高、疲勞性能好、耐腐蝕等特點(diǎn)，取代常規(guī)鋁合金后，質(zhì)量可減輕10%~20%，剛度提高15%~20%。美國(guó)ALCOA公司在21世紀(jì)初啟動(dòng)了“ALCOA航空20/20計(jì)劃”，目標(biāo)是在20年內(nèi)將航空鋁合金成本和重量各減少20%。肯聯(lián)鋁業(yè)公司開發(fā)了低密度、高韌性和高損傷容限性能的2050和2198鋁鋰合金（Al-Cu-Li-Mg-Ag）。我國(guó)自主研制的Al-Li合金牌號(hào)極少，僅1420合金獲得應(yīng)用，C919客機(jī)使用的鋁鋰合金由美國(guó)鋁業(yè)公司提供。國(guó)內(nèi)僅能生產(chǎn)1420、2195、2197、2A97等有限合金牌號(hào)，鑄錠僅為（（310~400）×1280×4000）mm以下扁錠及?650mm以下圓錠。航空高端應(yīng)用領(lǐng)域厚度60mm以上、寬1500mm以上的扁錠（2B16），以及直徑1500mm以上鑄錠（2B16）尚未實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)。因此開展新型鋁鋰合金設(shè)計(jì)、超大規(guī)格鑄錠制備和深加工技術(shù)具有重要意義。

（七）耐熱鋁合金

 耐熱鋁合金通過調(diào)控Si、Fe、Ni、Ag、稀土等元素，使鋁合金在高溫下具有抗氧化及抗蠕變能力，是空天、汽車、軌道交通等領(lǐng)域的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料。傳統(tǒng)的耐熱鋁合金有：2519、2618、2219、2D70等。隨著空天和汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)耐熱鋁合金提出了更高的要求。新一代戰(zhàn)機(jī)巡航速度高，機(jī)身蒙皮工作溫度達(dá)150℃以上，而目前2618、АК4-1ч和2D70等耐熱鋁合金的長(zhǎng)期使用溫度均在150℃以下，開發(fā)新型耐熱鋁合金勢(shì)在必行。

（八）超低鈧（Sc）含量的Al-Sc合金

Al-Sc合金具有高強(qiáng)度、塑性好、耐蝕性等優(yōu)異性能，成為繼Al-Li合金后新一代空天、艦船等的輕質(zhì)材料。含微量鈧的Al-Mg合金抗拉強(qiáng)度比5083合金高30%，屈服強(qiáng)度高一倍以上。其可焊性與常規(guī)5XXX系合金相當(dāng)，熱影響區(qū)與焊縫的力學(xué)性能約與基體相等，抗腐蝕性能與5083合金相當(dāng)，取代5XXX系或6XXX系合金制造空天零部件可取得顯著的減量效果，也是汽車與軌道車輛的上乘材料。俄羅斯在含鈧鋁合金研制方面居世界前列，已形成Al-Mg-Sc、Al-Mg-Li-Sc、Al-Zn-Mg-Sc、Al-Zn-Mg-Cu-Sc、Al-Cu-Mg-Sc系合金，鈧含量為0.18%~0.5%。為了推動(dòng)鋁鈧合金在空天、汽車上的應(yīng)用，我國(guó)工業(yè)和信息化部已將含鈧的鋁合金作為優(yōu)先發(fā)展的新材料之一。我國(guó)鈧資源豐富，并建成了高純氧化鈧提取生產(chǎn)線，為鋁鈧合金發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

（九）500MPa級(jí)汽車用熱沖壓鋁合金

我國(guó)的熱沖壓高強(qiáng)鋁合金材料尚屬空白。新材料和新成形工藝開發(fā)相結(jié)合，是解決高強(qiáng)鋁合金汽車零件成形的有效手段。以7XXX系合金為重點(diǎn)，積極探索2XXX合金，開發(fā)500MPa級(jí)熱沖壓用鋁合金材料，用以制造復(fù)雜形狀的汽車零件具有重要前景。

（十）鋁基復(fù)合材料

鋁–鋼多層復(fù)合板：鋁與鋼質(zhì)甲板的有效連接已成為大型艦船上層建筑輕量化的制約因素之一。鋁與鋼質(zhì)船體之間焊接用的鋁–鋼復(fù)合過渡接頭為取代傳統(tǒng)鉚接工藝提供了解決方案。本田公司開發(fā)出了鋼和鋁的接合技術(shù)，將在全球應(yīng)用于量產(chǎn)車骨架。目前，國(guó)內(nèi)所用的鋁–鋼復(fù)合接頭主要是從國(guó)外進(jìn)口，價(jià)格高達(dá)4×105CNY/t。隨著未來艦船大型化，對(duì)過渡接頭提出了更高施焊溫度、更大承載應(yīng)力、更強(qiáng)結(jié)合界面等要求，亟待開發(fā)高性能的鋁–鋼接頭。

汽車散熱器用鋁合金復(fù)合材料：鋁合金復(fù)合箔、帶、板是制造汽車空調(diào)器、散熱器、干手器等釬焊式熱交換器的關(guān)鍵材料。復(fù)合材料是由2~3種合金經(jīng)疊合壓延后制成，包覆層多為高硅合金或低電位合金，如4004、4045、4047、4A13、7A01合金等，芯材主要是3003、3003+1.5%Zn和3004合金等。

鋁蜂窩板：通常由兩層薄而強(qiáng)的面板和中間蜂窩芯復(fù)合而成，具有重量輕、強(qiáng)度高、剛性大、穩(wěn)定性好、隔熱、隔聲等優(yōu)點(diǎn)，已在飛機(jī)、列車、船舶中使用。市場(chǎng)現(xiàn)有產(chǎn)品除航空專用的進(jìn)口材料為焊接產(chǎn)品外，一般均為膠黏產(chǎn)品，在濕度大、振動(dòng)強(qiáng)、溫度高等環(huán)境下，面板容易脫膠。開發(fā)輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐蝕、可釬焊的蜂窩結(jié)構(gòu)板用面板和芯板是蜂窩板的發(fā)展趨勢(shì)。國(guó)外一些國(guó)家在20世紀(jì)90年代初就研制了釬焊鋁蜂窩板，開發(fā)出高強(qiáng)度、可時(shí)效強(qiáng)化、耐蝕、可釬焊的蜂窩材料。近五年我國(guó)的蜂窩鋁材產(chǎn)量一直保持平均22%的增長(zhǎng)速度。2012年我國(guó)僅建筑市場(chǎng)的膠黏蜂窩鋁產(chǎn)品的市場(chǎng)容量已達(dá)76.74億元。預(yù)計(jì)到2035年，對(duì)高強(qiáng)、耐蝕蜂窩復(fù)合板的需求將達(dá)到7×107㎡，前景十分廣闊。

五、我國(guó)鋁合金材料中長(zhǎng)期發(fā)展目標(biāo)

結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況與我國(guó)鋁合金領(lǐng)域所遇瓶頸，提出以下中期發(fā)展目標(biāo)：到2030年，高性能鋁合金材料達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，部分達(dá)到國(guó)際水平，材料綜合力學(xué)和工藝性能滿足現(xiàn)代制造業(yè)指標(biāo)要求，實(shí)現(xiàn)空天飛行器、新能源汽車、軌道交通和廂式貨車等領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用，第五代鋁合金國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到80%以上，空天用輕合金產(chǎn)量和應(yīng)用達(dá)到2×105t/a，交通運(yùn)輸用輕合金產(chǎn)量達(dá)到3×105t/a。

長(zhǎng)期發(fā)展目標(biāo)：到2035年，鋁合金材料達(dá)到國(guó)際水平，實(shí)現(xiàn)絕大部分鋁合金材料的自給和輸出，領(lǐng)導(dǎo)全球鋁合金產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。第五代鋁合金全面國(guó)產(chǎn)化，研制成功第六代鋁合金，空天輕合金產(chǎn)量和應(yīng)用達(dá)到3×105t/a，交通運(yùn)輸用輕合金達(dá)到4×106t/a。

六、我國(guó)鋁合金材料發(fā)展對(duì)策

圍繞上述鋁合金材料的問題、發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展目標(biāo)，著力提高自主創(chuàng)新能力，建立產(chǎn)業(yè)鏈上下游優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、密切合作機(jī)制，縮短周期，形成持續(xù)創(chuàng)新能力，實(shí)現(xiàn)我國(guó)從材料大國(guó)向材料強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變，仍需在以下方面不懈努力。

（一）加強(qiáng)研發(fā)體系建設(shè)，完善發(fā)展環(huán)境。

圍繞國(guó)家重大工程建設(shè)需求，加強(qiáng)“產(chǎn)學(xué)研用”協(xié)同創(chuàng)新，開展“產(chǎn)學(xué)研用”合作機(jī)制、利益分配、產(chǎn)權(quán)保護(hù)、誠(chéng)信體系、保障政策等課題研究，解決目前“產(chǎn)學(xué)研用”間的壁壘，建立科學(xué)有效的創(chuàng)新機(jī)制。同時(shí)，加快制定鋁合金材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導(dǎo)目錄和投資導(dǎo)向意見，完善產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈、資金鏈。發(fā)揮市場(chǎng)的資源配置作用，科學(xué)引導(dǎo)，理性投資，協(xié)調(diào)國(guó)家對(duì)重點(diǎn)基礎(chǔ)材料行業(yè)的聚焦支持，幫助高性能鋁合金材料中小企業(yè)健康成長(zhǎng)，營(yíng)造具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)業(yè)生態(tài)環(huán)境。

（二）優(yōu)化結(jié)構(gòu)，促進(jìn)提質(zhì)增效和協(xié)同發(fā)展。

推進(jìn)產(chǎn)能置換和淘汰落后產(chǎn)能。積極擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用水平，提升高性能鋁合金產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，降低生產(chǎn)成本，增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)支撐能力。推動(dòng)優(yōu)勢(shì)高端鋁材企業(yè)與高端裝備制造企業(yè)建立供應(yīng)鏈協(xié)作關(guān)系。通過“產(chǎn)學(xué)研”合作，優(yōu)化品種結(jié)構(gòu)，促進(jìn)產(chǎn)品融入全球高端制造業(yè)供應(yīng)鏈，建立綜合評(píng)價(jià)體系，提高國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

（三）加強(qiáng)配套政策支持。

加強(qiáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，加大財(cái)政、金融、稅收等政策對(duì)高性能鋁材的扶持力度，完善風(fēng)險(xiǎn)投資運(yùn)行、避險(xiǎn)和退出機(jī)制，形成鼓勵(lì)使用國(guó)產(chǎn)高性能鋁材的健康體系。加大深加工鋁產(chǎn)品的政策扶持力度，落實(shí)高新技術(shù)企業(yè)稅收優(yōu)惠政策等，促進(jìn)鋁合金的應(yīng)用發(fā)展。

（四）推進(jìn)人才隊(duì)伍建設(shè)。

實(shí)施創(chuàng)新人才發(fā)展戰(zhàn)略，加強(qiáng)中青年創(chuàng)新人才和團(tuán)隊(duì)培養(yǎng)，鼓勵(lì)企業(yè)“產(chǎn)學(xué)研用”結(jié)合，采取柔性引進(jìn)等靈活政策，建立國(guó)家鋁產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心，培養(yǎng)自主創(chuàng)新人才隊(duì)伍，培養(yǎng)一批學(xué)科、專業(yè)技術(shù)帶頭人，有效提高人才要素在產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新中的活躍度和推動(dòng)作用，提升自主創(chuàng)新能力，實(shí)現(xiàn)鋁產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

（五）促進(jìn)智能制造和“互聯(lián)網(wǎng)+”融合。

提升企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)和服務(wù)的智能化水平，建立以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的工藝模型化、控制智能化的數(shù)字化工藝體系。試點(diǎn)示范工廠，提高產(chǎn)品性能穩(wěn)定性和質(zhì)量一致性。鼓勵(lì)企業(yè)模式創(chuàng)新，促進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”與企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)全過程融合，推廣個(gè)性化定制、柔性化制造，滿足多樣化、多層次需求。

（六）加強(qiáng)國(guó)際合作，尤其是“一帶一路”國(guó)際合作積極落實(shí)“一帶一路”合作，提升裝備、產(chǎn)品、技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、服務(wù)的全產(chǎn)業(yè)鏈國(guó)際化經(jīng)營(yíng)能力。

按照《國(guó)務(wù)院關(guān)于推進(jìn)國(guó)際產(chǎn)能和裝備制造合作的指導(dǎo)意見》，充分發(fā)揮技術(shù)、裝備和人才優(yōu)勢(shì)，綜合考慮資源、能源、政治、法律、市場(chǎng)等因素，鼓勵(lì)有實(shí)力的企業(yè)在資源豐富的地區(qū)投資建廠，同時(shí)積極學(xué)習(xí)國(guó)外企業(yè)先進(jìn)的技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)，不斷優(yōu)化產(chǎn)品與裝備，提升國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。
 

來源：中國(guó)工程科學(xué)
2020年 第22卷 第5期
作者：管仁國(guó)，婁花芬，黃暉，梁霄鵬，肖翔，李慧中，李芳，王建軍，運(yùn)新兵，曾黎濱