2022年铝合金行业应用范围分析 铝锂合金在航空航天领域得到良好应用

1.铝合金目前占据航空材料的主导地位

铝材是民机制造最重要的关键材料之一，也是应用最为广泛的材料。铝合金是 混合型金属，包括铜、锌、锰等多种金属元素。一方面，铝合金的密度小，其密度大 约是铁密度的三分之一，由于铝合金中含有丰富的混合金属元素，熔点在 60 摄氏度 左右，可塑性较强，同时也兼有铜、锰等多种金属抗腐蚀性的特点，因此在航空领域 得到广泛应用。

C919 前机身、中机身、中后机身、机头与机翼结构件几乎全是用铝材制造的， 铝材占全机结构总重的比例为 65%。上述主要零部件是用当今高端传统 2xxx 系与 7xxx 系铝合金制造的，一些重要结构件则是用铝-锂制造的，一些次要的零部件与功 能零件，如空调系统、油路管、行李架、卫生设施等则是用其他铝合金制造的。

C919 飞机是由一百多万个零部件连接组装而成，铝合金零件的连接与其他零件的连接如发 动机与机翼的连接，在飞机的制造中起着非常重要的作用。 C919 大飞机所使用的铝材档次是最高的，符合它的要求的铝合金材料在其他航 空器上也都可以使用。按生产工艺难度与价格高低可以将 C919 使用铝材分为如下的 几类：1）常用传统铝合金材料：7075-T62、7075-T73、7075-T73511、2024-T42、 2024-T3511、2024-T3 等；2）7050-T77 型与 7055-T77 合金；3）近代发展起来的铝锂合金：2196、2198、2099 等。第一类材料，我国已解决了“有无问题”，但竞争力 问题尚未解决。

因为材料的经济性是飞机公司选材的重要原则之一，国产铝材必须各 项性能指标务必全面达到或超过制造原型取证机用的进口铝材的，以全面替代进口产 品，同时价格合理，才具备国际市场竞争力；第二类材料仍需解决供应问题；第三类 材料仍与国外有较大差距，研制一代新飞机所需要的全部新型铝材，即使在工业发达 国家也需要六七年的时间。

C919 铝合金或即将实现 100%国产化，带动 90000t 高端铝材市场。根据《铝材力 推三大“国之重器”遨游蓝天》，C919 原型机出于获取适航取证的需要，铝材均使用 进口材料，从第二架飞机开始，国产铝材的用量逐渐增加，2022 年 C919 的铝材（不 包括铝锂合金）国产化率可望达到 100%。根据《铝合金在中国民用航空器上的应用》， 假设未来 20 年可制造 1200 架 C919，每架的投铝量按 75t 匡算，需采购铝材、铸件、 锻件总计 90000t，每年平均 4500t/a，若铸件按 15%计算，则铝材及锻件的采购量为 3825t/a。

制造 C919 大飞机所需的国产铝材，主要由中国铝业集团有限公司提供的。例如 其下属的西南铝业继为 C919 飞机提供了 30 个规格、600 余件铝合金锻件外，2017 年 11 月又试制成功旅客观察窗窗框和起落架轮毂精密模锻件。这些模锻件具有高强度、 高韧性、抗疲劳性强与抗腐蚀性高的特点，是飞机的关键结构件，主要用在机翼、机 翼活动面、机身中央翼、起落架等部位。2018 年，西南铝业 7050 铝合金厚板通过适 航鉴定，获得中国商飞授权，进入 C919 飞机合格产品目录，打破国外技术垄断。此 外，南山铝业也已具备民机关键铝材的研制能力，其板材、型材相关 5 项产品已列入 C919 飞机合格产品目录。

2.铝锂合金是航空航天最理想的结构材料

2.1.铝锂合金性能优越，在航空航天领域得到良好应用

铝锂合金性能优越，是当前最具竞争力的先进材料。降低合金质量最简单的方 法就是向其中添加轻原子量元素，以减小合金的密度。锂是世界上目前为止发现的最 轻金属元素，锂在铝中的最大溶解度为 4.2%。前期研究发现向铝合金基体中每添加 1% 的 Li，可降低该合金密度 3%，弹性模量上升 5%～6%。铝锂合金相比于常规的 2XXX 系 和 7XXX 系高强铝合金，不仅具有低密度、高弹性模量、高比强度和高比模量的优点， 还兼具低的疲劳裂纹扩展速率、较好的高温及低温性能等特点，相比于复合材料，在 抗冲击、塑性和修复性等方面也具有不可替代的优势。铝锂合金是现代航空航天器材 设计中最具竞争力的材料之一。

铝锂合金已在航空航天器材上得到广泛应用。铝锂合金已经在军用飞机、民用 客机、直升飞机和航天器上使用，主要用于机身框架、襟翼翼肋、垂直安定面、整流 罩、进气道唇口、舱门、燃油箱等。在新型飞机设计制造中，轻质和减重在航空领域 常常“克克计较”，采用铝锂合金可使飞机铝合金零部件的质量减轻 14%～30%，减重 的效果就是每架飞机每年的飞行费用会下降 2.2%以上，所以铝锂合金被认为是航空 航天最理想的结构材料。

铝锂合金已发展到第三代，第四代高性能合金正在研制中。铝锂合金的研究和 开发大致经历了 3 个阶段，第一代以 2020、BAД23 为代表；第二代以 1420、2090 为 代表；当前已发展到第三代铝锂合金，其具有较好的综合性能，新近开发和改良的 1460、2198、2199、2050 等铝锂合金在先进大型客机和航天器上应用广泛。为满足 航空航天工业的需要，世界上大型铝业公司和科研机构已经着手开发第四代铝锂合金， 与第三代相比，新一代铝锂合金的锂含量将会降低，而强度、断裂韧性有所提升，伸 长率有所降低，其他性能仍能达到甚至超越第三代铝锂合金的水平。

与第二代铝锂合金相比，第三代铝锂合金具有较传统铝合金更为优异的强度、 韧度、耐损伤性能等优点。如 2197 合金已在 F-16 战机的后机身舱壁和其他部件获得 成熟应用，该合金用于替代 2124 合金，克服了疲劳寿命不足的缺陷，满足了服役 8000 小时的要求，同时还获得减重 5%、断裂韧度提高 7%的效果。

2.2.C919 选用第三代先进铝锂合金，但仍依赖进口

C919 选用第三代铝锂合金，占全机结构重量 8.8%，但目前仍依赖进口。C919 大 飞机的机身蒙皮、长桁、地板梁、滑轨、边界梁、地板支撑结构等部件都使用了第三 代铝锂合金。根据《我国航空航天对铝锂合金的需求》，全机铝锂合金材料占 8.8%， 超过同级别的波音 737 和空客 320 飞机，用量达到 14t，助力 C919 综合减重 7%。由 中航洪都制造的 C919 机身前部等直段部和中航西安制造的 C919 中机身和副翼大部件 均大量采用了铝锂合金板，但 C919 大飞机采用的第三代铝锂合金均来自奥科宁克铝 业公司。

铝锂合金已成为当前各国争相发展的重要航空材料，美国占据大半市场。目前， 国外有完整铝锂合金生产体系的国家主要分布在有限的美国、俄罗斯、英国、法国和 意大利共 5 个发达地区，铝锂合金的生产能力总计约 20 万 t/a。这些国家建立了熔炼 －铸造－加工的完整体系，其中熔炼－铸造是生产铝锂合金材料的关键工序。

美国在 铝锂合金的研发、生产和应用上走在世界前列，其生产能力占到全球的 50%左右，主 要生产企业有奥科宁克铝业公司、肯联铝业公司、爱励铝业公司。奥科宁克铝业公司 是全球最大的铝锂合金生产企业，产能约 5.5 万 t/a，主要客户包括波音、空客、洛 克希德马丁、湾流宇航、中国商飞等众多大型民用及军用飞机制造商。俄罗斯铝锂合 金的研发、生产和应用始于前苏联，是仅次于美国的世界第二大研发、生产与应用大 国；生产能力占到全球的 25%左右；市场主要是面向俄罗斯国内的航空航天部门。

我国铝锂合金研制起步较晚，在工业生产及应用方面与美俄差距较大。我国直 到 20 世纪 80 年代中期才正式启动铝锂合金的研发工作。中南大学、北京航空材料研 究院、航天 703 所、北京有色院以及西南铝业公司等高校和单位依托国家相关课题项 目，围绕铝锂合金的成分设计、组织调控以及性能生成等方面进行了深入系统的研究， 已经能够产业化制备多种铝锂合金。并根据航空航天领域铝合金的应用背景和性能要 求，开发出了综合性能良好的铝锂合金，建立了具有自主知识产权的合金牌号，如 2A97、X2A66。其中，X2A66 合金是我国铝锂合金研发工作的重大突破。但在铝锂合 金基础研究与工业生产及应用方面，与美、俄仍存在较大差距，当前仅有西南铝业能 够生产少量铝锂合金，年产量不足 100t，远远不能满足国产大飞机的需求。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）