鋁合金仍然是制造飛機的主要材料

昵稱m5Gu5 2018-06-06

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隨著航空材料技術(shù)的進步，目前復(fù)合材料和鈦合金在飛機制造中所占的比例越來越大，不少人認為，傳統(tǒng)的鋁合金航材已經(jīng)逐步退出歷史舞臺。實際并非如此，鋁合金仍然是飛機的主要航材，從歷史角度看，鋁合金對航空工業(yè)發(fā)展的貢獻是其他任何材料都無法媲美的。

從飛機誕生之日起，飛機材料經(jīng)歷了從木材、鋼鐵、鋁材、鈦到碳纖維復(fù)合材料的進化。一開始人們只能用木材、鋼線和帆布來制造飛機，這樣才能讓飛機足夠輕。完全用金屬制造飛機的想法看起來在技術(shù)上和成本上仍然不可行。

圖注:20世紀(jì)初的飛機廣泛采用了木布結(jié)構(gòu)

隨著材料技術(shù)的進步，1915年12月19日,德國容克公司制造了世界上第一種全金屬飛機—，帶動了航空史上的革命，它大大增加了飛機的堅固程度，延長了飛機的使用壽命。但是這款飛機采用鋼質(zhì)材料，雖然堅韌耐用，但也有一個嚴(yán)重的問題——因過重而難以操縱。于是人們把注意力轉(zhuǎn)向了鋁，這種金屬在20世紀(jì)初普遍應(yīng)用于制造領(lǐng)域。鋁的重量輕、強度高，比重僅是鋼材的三分之一，成為制造飛機的理想選擇。

圖注:容克F13是全球首架全金屬客機

后來，隨著高速噴氣飛機如火如荼地發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)鈦的強度-密度比以及具有耐腐蝕、耐疲勞、耐高溫的特點，使其成為一種具有吸引力的材料。美國研制的SR-71高空偵察機，機身93%的結(jié)構(gòu)采用鈦合金制造，具有在3萬米高空以3馬赫速度飛行的能力，這一紀(jì)錄到現(xiàn)在為止還無人打破。上世紀(jì)80年代以后，一種新型材料——碳纖維增強塑料橫空出世，也就是人們常說的復(fù)合材料，它的突出優(yōu)點是，不僅強度重量比高于金屬，而且不易疲勞和腐蝕。復(fù)合材料開始大量應(yīng)用于航空制造，比如空客A380就有近四分之一的結(jié)構(gòu)由復(fù)合材料制造。

但無論是鈦合金，還是復(fù)合材料，目前還都無法代替鋁合金，一方面，鈦是稀缺金屬，非常昂貴。有限的鈦儲量和高昂的生產(chǎn)成本限制了人們對這種金屬的進一步應(yīng)用。普通飛機使用的鈦合金是比較少的。只有像F-22這樣的超級戰(zhàn)斗機，才會大規(guī)模采用鈦合金制造。另一方面，復(fù)合材料的主要缺陷是不耐高溫、如果出現(xiàn)裂縫難以及時發(fā)現(xiàn)，這也制約了其大規(guī)模使用。所以目前大多數(shù)飛機，仍然選擇采用鋁合金作為機體的主承力結(jié)構(gòu),機身和機翼主要也采用鋁合金鉚接結(jié)構(gòu)。

圖注:波音787客機大量采用復(fù)合材料

而且航空鋁合金材料也在不斷發(fā)展，比如空客A350上，除了鋼制和鈦制零件之外，還有近20%的結(jié)構(gòu)采用鋁鋰合金制造。這種先進合金摻入了世界上最輕的金屬——鋰以降低鋁合金的重量，同時提高其強度、韌性、耐腐蝕性和成型特性。可見，在未來相當(dāng)長一段時間內(nèi)，金屬材料仍然是飛機制造的主要材料。