（一）2XXX 系鋁合金

2XXX（A1-Cu-Mg）系鋁合金具有高的抗拉強度、韌性和疲勞強度，良好的耐熱、加工及焊接性能，被廣泛應用于空天、汽車及兵器工業(yè)等領域。主要牌號有 2A01、2A02、2A06、2A11、2A12 等。針對提高強度、強韌性匹配、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。我國裝備型號向輕量化、長壽命、高可靠、低成本方向發(fā)展，對機身蒙皮材料的斷裂韌性、抗裂紋擴展能力和耐蝕性能具有較高的要求。國外在 2024-T351 鋁合金厚板基礎上，已開發(fā)出了具有不同強度、韌性、疲勞、耐腐蝕性能匹配的 2324、2624 等機翼下翼面用高損傷容限鋁合金，并實現(xiàn)裝機應用。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，復合微合金化將是 Al-Cu-Mg 系高強鋁合金一個重要發(fā)展方向。

（二）4XXX 系鋁合金

目前我國汽車活塞主要使用共晶和亞共晶 Al-Si 合金，但是隨著對發(fā)動機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。國外已批量生產(chǎn)過共晶 Al-Si 合金活塞，并應用于載重汽車和轎車，如美國的 A390 合金，日本的 AC9A 和 AC8A（ZL109）合金，澳大利亞的 A390 合金。但是目前我國生產(chǎn)過共晶 Al-Si 合金活塞的廠家很少，大部分依賴進口。另外，汽車渦輪增壓鋁合金材料與國外也存在較大差距，高性能汽車渦輪增壓鋁合金材料主要依賴日本等國家。因此，開發(fā)高性能活塞、渦輪增壓葉輪關鍵汽車鋁合金材料勢在必行。

（三）5XXX 系鋁合金

Al-Mg 合金特別是高 Mg 含量的 Al-Mg 合金具有高的比強度、良好的焊接性和耐蝕性，將成為未來空天、高速列車、海洋等領域極具競爭力的材料。目前，空天、列車、海洋等應用的 Al-Mg 合金板材、型材以及焊絲主要依靠進口，高端焊絲市場基本上被美國 ALCOA 所壟斷，ER5183、ER5356 合金主要依靠進口，進口量約占其銷量的 70%，艦艇用 Al-Mg 合金主要依賴于俄羅斯。高 Mg 含量的合金常規(guī)鑄錠中枝晶發(fā)達、共晶相偏析嚴重，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、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，同時可以調(diào)控得到細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，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、電子等領域的關鍵材料。從 20 世紀 80 年代起，歐美、日本等發(fā)達國家和地區(qū)研發(fā)了車用鋁合金，注冊了 6009、6016、6010、6111、6022、6082 等牌號，形成了較完整的汽車車身板、擠壓材、鍛件等生產(chǎn)和應用體系。我國 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。我國工業(yè)和信息化部提出重點發(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 系鋁合金板材伸長率 A50不小于 25%，r 值不小于 0.60，60 d 停放屈服強度 Rp0.2不小于 140 N/mm2 ，烤漆硬化屈服強度增量不小于 80 N/mm2 。針對不同需求，開發(fā) 6XXX 系鋁合金的設計、制備及加工技術成為發(fā)展的必然趨勢。

（五）7XXX 系鋁合金

7XXX 系鋁合金具有較好的耐應力腐蝕性能，是鋁合金中強度最高的一個系列，是國際上公認的航空主干材料。最近，國外開發(fā)了 7055 合金（Al8Zn-2.05Mg-2.3Cu-0.16Zr），其在 T77511 狀態(tài)下屈服應力超過了 620 MPa，用于波音 777 飛機，減重 635 kg。目前我國航空用 7XXX 系鋁合金缺乏系統(tǒng)的合金設計和制備加工技術，某些產(chǎn)品完全依靠進口。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，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 ALCOA 公司在 21 世紀初啟動了“ALCOA 航空 20/20 計劃”，目標是在 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）。我國自主研制的 Al-Li 合金牌號極少，僅 1420 合金獲得應用，C919 客機使用的鋁鋰合金由美國鋁業(yè)公司提供。國內(nèi)僅能生產(chǎn) 1420、2195、2197、2A97 等有限合金牌號，鑄錠僅為（（310~400）×1280×4000）mm 以下扁錠及?650 mm 以下圓錠。航空高端應用領域厚度 60 mm 以上、寬 1500 mm 以上的扁錠（2B16），以及直徑 1500 mm 以上鑄錠（2B16）尚未實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)。因此開展新型鋁鋰合金設計、超大規(guī)格鑄錠制備和深加工技術具有重要意義。

（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、軌道交通等領域的關鍵基礎材料。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，對耐熱鋁合金提出了更高的要求。新一代戰(zhàn)機巡航速度高，機身蒙皮工作溫度達 150℃以上，而目前 2618、АК4-1ч和 2D70 等耐熱鋁合金的長期使用溫度均在 150℃以下，開發(fā)新型耐熱鋁合金勢在必行。

（八）超低鈧（Sc）含量的 Al-Sc 合金

Al-Sc 合金具有高強度、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 合金抗拉強度比 5083 合金高 30%，屈服強度高一倍以上。其可焊性與常規(guī) 5XXX 系合金相當，熱影響區(qū)與焊縫的力學性能約與基體相等，抗腐蝕性能與 5083 合金相當，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-MgSc、Al-Zn-Mg-Cu-Sc、Al-Cu-Mg-Sc 系合金，鈧含量為 0.18%~0.5%。為了推動鋁鈧合金在空天、汽車上的應用，我國工業(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。

（九）500 MPa 級汽車用熱沖壓鋁合金

我國的熱沖壓高強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，是解決高強鋁合金汽車零件成形的有效手段。以 7XXX 系合金為重點，積極探索 2XXX 合金，開發(fā) 500 MPa 級熱沖壓用鋁合金材料，用以制造復雜形狀的汽車零件具有重要前景。

（十）鋁基復合材料

鋁–鋼多層復合板：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，將在全球應用于量產(chǎn)車骨架。目前，國內(nèi)所用的鋁–鋼復合接頭主要是從國外進口，價格高達 4×105 CNY/t。隨著未來艦船大型化，對過渡接頭提出了更高施焊溫度、更大承載應力、更強結(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合材料：鋁合金復合箔、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鍵材料。復合材料是由 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：通常由兩層薄而強的面板和中間蜂窩芯復合而成，具有重量輕、強度高、剛性大、穩(wěn)定性好、隔熱、隔聲等優(yōu)點，已在飛機、列車、船舶中使用。市場現(xiàn)有產(chǎn)品除航空專用的進口材料為焊接產(chǎn)品外，一般均為膠黏產(chǎn)品，在濕度大、振動強、溫度高等環(huán)境下，面板容易脫膠。開發(fā)輕質(zhì)、高強、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。國外一些國家在 20 世紀 90 年代初就研制了釬焊鋁蜂窩板，開發(fā)出高強度、可時效強化、耐蝕、可釬焊的蜂窩材料。近五年我國的蜂窩鋁材產(chǎn)量一直保持平均 22% 的增長速度。2012 年我國僅建筑市場的膠黏蜂窩鋁產(chǎn)品的市場容量已達76.74億元。預計到2035年，對高強、耐蝕蜂窩復合板的需求將達到 7×107 m2 ，前景十分廣闊。

來源：鋁高端制造

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