楊富強，熊 慧，任柏峰，王祝堂，宋仁伯

（1.有色金屬技術(shù)經(jīng)濟研究院，北京 100080；2.中國有色金屬加工工業(yè)協(xié)會，北京 100814；3.北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，北京 100083）

含鋰（Li）的鋁合金統(tǒng)稱為鋁鋰合金。鋰是世界上發(fā)現(xiàn)最輕的金屬元素（0.534g/cm3），向鋁合金基體中每添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的Li元素，降低合金密度3%，彈性模量上升5%～6%[1]。鋁鋰合金材料是近年來航空航天材料中發(fā)展最為迅速的一種先進輕量化結(jié)構(gòu)材料，具有密度低、彈性模量高、比強度和比剛度高、疲勞性能好、耐腐蝕及焊接性能好等諸多優(yōu)異的綜合性能。用其代替常規(guī)的高強度鋁合金可使結(jié)構(gòu)質(zhì)量減輕10%～20%，剛度提高15%～20%，因此，在嚴(yán)格控制重量的航空航天領(lǐng)域顯現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。

1 鋁鋰合金的發(fā)展與主要應(yīng)用

鋁鋰合金的發(fā)展歷史大致可以分為四個階段，各階段的典型合金牌號及化學(xué)成分詳見表1。第一階段為初步發(fā)展階段，主要集中于20世紀(jì)50年代～60年代，1924年德國開發(fā)了第一個鋁鋰合金（Scleron，Al-12Zn-3Cu-0.5Mn-0.1Li），但未受到重視。1957年，美國鋁業(yè)公司（Alcoa）成功研發(fā)2020合金，并將其應(yīng)用于海軍RA-5C軍用預(yù)警飛機的機翼蒙皮和尾翼水平安定面上，獲得了6%的減重效果[2]；蘇聯(lián)在20世紀(jì)60年代成功研制了BAд23合金。這兩款合金被認(rèn)為是第一代鋁鋰合金，但延展性低，缺口敏感性高、加工生產(chǎn)困難、價格昂貴，無法滿足航空生產(chǎn)及性能要求，未取得進一步的應(yīng)用[3]。

20世紀(jì)60年代中期，在能源危機所帶來的輕量化要求刺激下，鋁鋰合金被重新重視并進入了快速發(fā)展階段。該階段具有代表性的合金有：蘇聯(lián)研制的1420合金，美國鋁業(yè)公司的2090合金，加拿大鋁業(yè)公司（Alcan，2007年被力拓收購）的8090和8091合金等。這些合金具有密度低、彈性模量高等優(yōu)點，可用其替代航空航天器部分2xxx和7xxx鋁合金。1420合金被應(yīng)用于蘇聯(lián)米格-29、蘇-35等戰(zhàn)斗機及一些遠程導(dǎo)彈彈頭殼體。2090合金板材被用于制造美國F～18飛機的深測器蓋[4]。8090合金被用于制造“大力神”運載火箭的有效載荷艙，減重182kg；同時8090合金在歐洲以各種產(chǎn)品形式用于EH101直升機，被稱認(rèn)為是最成功的第二代鋁鋰合金。但是第二代鋁鋰合金缺點有：強度水平總體較低（一般＜500MPa）；各向異性嚴(yán)重，短橫向強度較低；塑韌性水平較低，裂紋敏感性高；熱穩(wěn)定性低，80℃～100℃長期使用，脆性增加；大部分合金不可焊接；加工性能差。因此，第二代鋁鋰合金難以與7xxx鋁合金競爭，其應(yīng)用范圍相對有限[5]。

20世紀(jì)90年代以后，低成本發(fā)射裝置、超輕油箱計劃、重復(fù)使用的航天器核心計劃促使鋁鋰合金進入廣泛發(fā)展應(yīng)用的第三階段。此階段開發(fā)出的鋁鋰合金主要有高強可焊的1460和Weldalite系列合金，高韌的2097、2197合金，低各向異性的AF/C-489、AF/C-458合金等[7]。相比第二代鋁鋰合金，第三代合金的Li、Mg元素含量下降，增加Ag等固溶強化合金元素。Ag對鋁鋰合金起到固溶強化和時效強化的作用，在與Mg同時添加的條件下，效果更佳[2，8]。合金密度適當(dāng)下降，比常規(guī)鋁合金低5%～8%；強度與韌性平衡組合；耐損傷、抗疲勞性能優(yōu)良；低各向異性；耐腐蝕；熱穩(wěn)定性好，有較好的耐熱性；良好的加工成形性，適用于激光束焊接、摩擦攪拌焊接、時效成形；相對高的性價比。第三代鋁鋰合金以低各向異性和高強可焊性完全顛覆了對鋁鋰合金的傳統(tǒng)認(rèn)識，并被成功應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域中。含Sc的1460合金用于蘇聯(lián)“能源號”火箭燃料貯箱，并于1988年成功發(fā)射。1994年，為解決“奮進號”航天飛機外貯箱的超重問題，洛克希德·馬丁公司聯(lián)合雷諾茲金屬公司研發(fā)出新型2195合金以取代之前的2219合金。前者比后者輕5%，而其強度則比后者高30%，用于制造航天飛機的低溫燃料箱，減重3405kg。2196合金具有低密度、高強度和高的斷裂韌性，原為哈勃望遠鏡太陽能板邊框研發(fā)，之后其擠壓材用于制造商用飛機結(jié)構(gòu)件。2197合金被應(yīng)用于F-35后機身整體框和壁板，以及F-16后機身隔框和中機身大梁。2098合金具有較高的疲勞性能，原為休斯通訊衛(wèi)星終端研發(fā)，后用于制造F-16戰(zhàn)機的機身[9]。2198合金利用摩擦攪拌焊和旋壓成型技術(shù)被用于Space X公司的獵鷹9號（Falcon 9）火箭推進劑貯箱和端蓋[10]。2050合金厚板用于取代7050-T7451合金材料制造商用飛機結(jié)構(gòu)與發(fā)射車，替代2195合金用于戰(zhàn)神V型貨運火箭[11]。2099合金被廣泛應(yīng)用于空客A380機型，如2099-T83擠壓件用于地板橫梁及座位導(dǎo)軌，2099-T8E67擠壓件用于機翼縱梁，2099-T8E77被用于飛機的其他零部件。2010年，肯聯(lián)（Constellium）位于法國的伊蘇瓦工廠（Issoire）開始為空客A380XWB寬體客機供應(yīng)AIRWARE系列鋁鋰合金；2017年肯聯(lián)與龐巴迪簽訂長期合作協(xié)議，為其C系列窄體客機提供鋁鋰合金板帶與擠壓材[12]。日本也在加快鋁鋰合金生產(chǎn)和應(yīng)用的研究工作，建成了4t級的鋁鋰合金真空熔鑄機組，2000年發(fā)射的宇宙往返試驗機Hope-X的機體也使用了鋁鋰合金[13]。

表1 鋁鋰合金典型牌號及化學(xué)成分（wt，%）[6]

2009年，鋁鋰合金被納入美國航空航天材料標(biāo)準(zhǔn)，歐美、俄羅斯等航空航天強國相繼將高性能鋁鋰合金列入飛行器結(jié)構(gòu)材料的重點發(fā)展方向，鋁鋰合金進入第四發(fā)展階段。該階段鋁鋰合金以Al-Cu-Li系合金為基礎(chǔ)，采用多元微合金化，調(diào)整Cu/Li比例，Li含量比第三代鋁鋰合金更低。其代表牌號有2055、2060、2065、2076。第四代鋁鋰合金在裂紋擴展速率、疲勞性能、腐蝕性能、彈性模量等性能與第三代鋁鋰合金相當(dāng)?shù)臈l件下，具備更高的靜強度和斷裂韌性。如奧科寧克鋁業(yè)公司（Arconic，2017年從美國鋁業(yè)公司剝離）開發(fā)的2055-T84鋁鋰合金，相比7xxx合金，其密度下降4%～5%，獲得強度與韌性的良好組合，并具備一流的抗疲勞能力，如圖2所示[14]。2055合金被應(yīng)用于A380客機的機身縱梁、地板格柵和上翼桁條。

鋁鋰合金的應(yīng)用范圍不僅于此。軍用方面，鋁鋰合金用于軍械和核反應(yīng)堆中。美國海軍根據(jù)實際工況采用差異化材料，對于耐蝕性要求高而強度要求不高的魚雷殼體采用AA6061-T6鋁合金；對耐蝕性和強度要求均高的魚雷殼體則采用AA7175-T73鋁合金，對于重型魚雷燃料艙采用最新研制的AA5091鋁鋰合金鍛件[15]。民用方面，汽車、機器人等領(lǐng)域也考慮應(yīng)用鋁鋰合金，例如，美國萊特州立大學(xué)與福特公司2001年就考慮在汽車行業(yè)引入鋁鋰合金[16]。金屬材料的彈性模量通常與密度成正比，傳統(tǒng)鋁合金的彈性模量較低，影響車身剛度并限制車身鋁材厚度；而鋁鋰合金中鋰元素的添加在降低其密度的同時，增加其彈性模量，成為汽車輕量化的新材料之一。但受到目前鋁鋰合金生產(chǎn)成本高和加工技術(shù)的限制，在汽車行業(yè)的應(yīng)用尚處于理論階段。

圖1 美國鋁業(yè)公司航空鋁合金發(fā)展歷史[17]

大多數(shù)商用鋁鋰合金依其主要成分可以分為Al-Li-Mg系、Al-Li-Cu-Mg系和Al-Li-Cu系3個合金系列，其中Al-Li-Mg系、Al-Li-Cu-Mg系合金主要為第二代鋁鋰合金，第三代鋁鋰合金為Al-Li-Cu系合金。目前，國內(nèi)外航空航天領(lǐng)域使用最多的是Al-Li-Cu和Al-Li-Cu-Mg系鋁鋰合金，占比超過55%以上。

圖2 2055-T84與其他鋁合金性能對比

目前，全球主要有7個工廠能生產(chǎn)鋁鋰合金軋制材，11個工廠能生產(chǎn)鋁鋰合金擠壓材，9個工廠可生產(chǎn)鋁鋰合金鍛件。據(jù)統(tǒng)計，美國鋁業(yè)公司（奧科寧克鋁業(yè)）是全球鋁鋰合金產(chǎn)能、產(chǎn)量最大的生產(chǎn)企業(yè)，約占全球產(chǎn)能的55%。該公司提供廣泛的鋁鋰合金產(chǎn)品，包括擠壓、鍛造和軋制零件，尤其在鋁鋰擠壓材市場中占據(jù)領(lǐng)先地位，為空客A380、空客A350、波音787和灣流G650等飛機提供產(chǎn)品[18]。

鋁鋰合金應(yīng)用范圍擴大的同時，一大批新技術(shù)被應(yīng)用于鋁鋰合金的制造和加工過程。如超塑成形/擴散連接技術(shù)被英國British Aerospace公司用于制造EAP戰(zhàn)斗機起落架艙門；摩擦攪拌焊技術(shù)被馬休爾飛行中心用于制造美國運載火箭戰(zhàn)神V的燃料貯箱；輥鍛成型技術(shù)用于制造“奮進號”航天飛機外貯箱的“Y”形框和對接環(huán)；旋壓成型技術(shù)被用于制造美國“大力神”運載火箭圓頂蓋[1]。

2 國內(nèi)鋁鋰合金的研發(fā)及應(yīng)用

2.1 國內(nèi)鋁鋰合金的研發(fā)

我國鋁鋰合金研究起步于20世紀(jì)60年代初。最早由東北輕合金加工廠仿制蘇聯(lián)的2020合金，但未能實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用。從“七五”到“十三五”，國家連續(xù)在7個五年計劃中對鋁鋰合金進行立項和資金資助，不斷推進研發(fā)工作。

二十世紀(jì)80年代，國家制定“七五”計劃，決定由中南大學(xué)、西南鋁業(yè)（集團）有限責(zé)任公司、航天材料及工藝研究所和北京航空材料研究院聯(lián)合開始研制鋁鋰合金，并試制成功了2A97合金[19]。二十世紀(jì)90年代，西南鋁建成了1t級別的鋁鋰合金半連續(xù)熔鑄機組，隨后又從俄羅斯引進6t級別的鋁鋰合金工業(yè)化熔鑄生產(chǎn)線，以1420、2090和2195合金為目標(biāo)開展研究，成功生產(chǎn)出了直徑范圍310mm～450mm的圓錠和300mm（厚）×1200mm（寬）的扁錠[20]。西南鋁業(yè)自2012年9月開始承擔(dān)“新型輕質(zhì)高性能鋁鋰合金工業(yè)化制備”攻關(guān)項目，突破了合金成分準(zhǔn)確控制、大規(guī)格鑄錠缺陷控制、全程微觀組織精細調(diào)控、大規(guī)格板材形變熱處理等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了大規(guī)格鋁鋰合金均質(zhì)化、強度、韌性、低溫性能、焊接性能等協(xié)同提高，達到了產(chǎn)業(yè)化制備目標(biāo)。

國內(nèi)鋁鋰合金研發(fā)與生產(chǎn)主要集中在西南鋁業(yè)、北京航空材料研究院、中南大學(xué)、航天材料及工藝研究所等單位，其中，西南鋁是我國唯一一家具備鋁鋰合金工業(yè)化生產(chǎn)能力的企業(yè)，其他大學(xué)和研究院所基本上都是與西南鋁聯(lián)合進行鋁鋰合金研發(fā)，形成了“基礎(chǔ)研究與技術(shù)支持、生產(chǎn)、應(yīng)用評價、應(yīng)用”四位一體的合作模式[21]。同時，以中南大學(xué)為代表的全國眾多高校紛紛開展鋁鋰合金的基礎(chǔ)研究，涉及熔鑄工藝、加工工藝、熱處理、激光焊接、化學(xué)銑削及耐蝕性等多個方面[22-24]。北京航空材料研究院結(jié)合機身壁板的整體擠壓技術(shù)，成功研發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的X2A66，該合金表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合性能，被認(rèn)為非常適合制造飛機整體壁板結(jié)構(gòu)[25]。

近些年來，我國航空航天事業(yè)的迅速發(fā)展，尤其是國產(chǎn)大飛機的首飛，不斷推動鋁鋰合金的國產(chǎn)化和規(guī)?；?。據(jù)悉，2017年某企業(yè)計劃投資4億多元用于新增16t鋁鋰合金熔鑄機組和2800mm冷軋機的建設(shè)。項目計劃周期36個月，計劃2020完成全部設(shè)備的安裝調(diào)試工作。據(jù)悉，該生產(chǎn)線采用氬氣保護技術(shù)。2018年8月，廣西投資集團銀海鋁業(yè)有限公司與北京理工大學(xué)正式簽署《鋁鋰合金研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用項目合作協(xié)議》[26]。以上項目的發(fā)展對于提升我國鋁鋰合金生產(chǎn)能力，推動鋁鋰合金的國產(chǎn)化進程起到重要作用，在貿(mào)易摩擦逐漸加劇的當(dāng)前時期，有助于我國航空航天制造業(yè)擺脫對于進口原材料的依賴，真正實現(xiàn)由內(nèi)到外的中國制造。

在利用熔鑄工藝研發(fā)鋁鋰合金的同時，江蘇豪然噴射成形合金有限公司利用噴射成形技術(shù)制備1420、2195鋁鋰合金坯料，該技術(shù)利用高壓惰性氣體（如氬氣）將合金液流霧化成細小熔滴，在高速氣流下飛行并冷卻，在尚未完全凝固前沉積成坯件的一種工藝[27]。坯料經(jīng)過擠壓或鍛造、熱處理后達到供貨狀態(tài)，主要用于國內(nèi)軍用及民用飛機零部件的制造。與熔鑄工藝制備的坯料相比，噴射成形技術(shù)制備的鋁鋰合金晶粒組織細小，無宏觀偏析與內(nèi)應(yīng)力，力學(xué)性能優(yōu)異；合金中固體含氫量明顯低于美標(biāo)和國家標(biāo)準(zhǔn)；成品率高，制備成本較低。

2.2 國內(nèi)鋁鋰合金的應(yīng)用

目前我國研發(fā)的重要航天器中都有鋁鋰合金的應(yīng)用報道，如神州系列、天宮一號、嫦娥一號、長征系列火箭等，所應(yīng)用的都是第三代鋁鋰合金[10，28]。二十世紀(jì)90年代，西南鋁業(yè)生產(chǎn)的鋁鋰合金擠壓材被用于制造導(dǎo)彈艙，模鍛件被用于制造DF-XXX戰(zhàn)略火箭；而在民用航空領(lǐng)域的其應(yīng)用剛剛起步。2010年12月7日，中國航空工業(yè)集團南昌洪都飛機制造廠采用由美國鋁業(yè)公司達文波特軋制廠提供的鋁鋰合金，利用滾彎成形技術(shù)與數(shù)控機加工藝成功制造出C919國產(chǎn)大型客機的機身等直部段（7.45m×4.2m×4.2m），為國產(chǎn)C919客機七大部段之一[29]。C919是我國首款按照最新國際適航標(biāo)準(zhǔn)，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的干線民用飛機，于2017年5月首飛；也是國內(nèi)第一次大范圍采用鋁鋰合金的機型，鋁鋰合金用量占到飛機結(jié)構(gòu)重量的8.8%～9.7%。美國鋁業(yè)公司生產(chǎn)的2198-T8、Al-Li-S4-T8軋制材用于制造C919機頭與機身蒙皮，2196-T8511、2099-T83擠壓材用于制造機身長桁、地板梁、支柱和座椅滑軌[11，30]。、2196、2099、2198合金由美國公司分別在2000年、2003年、2005年在美國鋁協(xié)（AA）注冊，而Al-Li-S4-T8合金尚未見相關(guān)報道，是否為美鋁的2060-T8E30仍需確認(rèn)（參考圖1）。

3 鋁鋰合金的技術(shù)難點

鋁鋰合金發(fā)展到第三代、第四代，已經(jīng)具備優(yōu)異的綜合性能，但其應(yīng)用范圍主要集中于航天航空領(lǐng)域或其他軍事領(lǐng)域，限制其大范圍使用的因素就在于其較低的成品率和較高的生產(chǎn)成本，主要體現(xiàn)在鋁鋰合金的生產(chǎn)應(yīng)用的四個關(guān)鍵節(jié)點，也成為限制我國鋁鋰合金國產(chǎn)化步伐的技術(shù)瓶頸。

（1）熔鑄工藝復(fù)雜，成品率低。鋰的熔點低（181℃），可以以純鋰或中間合金的形式加入熔體內(nèi)，當(dāng)然以純鋰的方式加入最佳，一方面可以精準(zhǔn)控制很成分，二是可以避免引入雜質(zhì)。但是由于鋰的化學(xué)性質(zhì)活潑，在熔鑄過程中極易發(fā)生氧化、燃燒和吸氫。而氫和堿金屬雜質(zhì)是導(dǎo)致鋁鋰合金低塑性的重要原因。在合金熔煉過程中防止合金熔體吸氫，通常采用熔劑保護法、惰性氣體保護法和真空熔煉法[31]。

熔劑保護法是利用熔劑在金屬熔體表面散開后形成保護層，隔離熔體和空氣以及水蒸氣，減少熔煉過程中的吸氫和吸氧現(xiàn)象。理想的熔劑應(yīng)具備不污染合金、熔點低、流動性好的特點，且在金屬液面上易于擴散、密度小、吸水性低。采用LiCl、LiF等低比重共晶混合物，既不會對合金產(chǎn)生不好的影響，又可以對熔煉過程中鋰的燒損起到一定的補償作用[31]。熔劑保護法制備鋁鋰合金成本較低，但保護效果相對較差、有一定的環(huán)境污染。

惰性氣體保護法是在熔煉的過程中，利用高純惰性氣體驅(qū)趕熔池上方的空氣，或者在密封環(huán)境中通入高純惰性氣體保護。惰性氣體保護法在工業(yè)上應(yīng)用已久，但是相應(yīng)的成本較高，操作相對麻煩。

真空熔煉，即在真空爐中進行熔煉。熔煉過程中需要嚴(yán)格控制真空度和熔煉時間：真空度過高，熔煉時間短，可能導(dǎo)致除氫、鈉、鉀的效果不好，熔體中還含有大量雜質(zhì)；真空度過低，熔煉時間過長，雖然能夠有效除氫、鈉、鉀等雜質(zhì)，但也會導(dǎo)致熔體中鋰、鎂等易揮發(fā)的合金元素大量燒損，材料產(chǎn)生成分偏差[32]。因此需制定出適用的真空熔煉參數(shù)，在有效除氫的同時，保證合金的化學(xué)成分。真空熔煉不污染環(huán)境，熔煉效果好，但設(shè)備投資高，同時真空精煉爐容量受限制，難以滿足大重量鑄錠生產(chǎn)要求。另外，熔煉工藝的選擇還需考慮鋁鋰合金中合金元素的構(gòu)成，如果活潑金屬Mg含量較高，一般采用真空熔煉以減少燒損。

蘇聯(lián)/俄羅斯生產(chǎn)的1420鋁鋰合金是典型的Al-Mg-Li系合金，材料中含有較高含量的活潑金屬元素Mg（4.5%～6.0%），因此選擇了真空熔煉技術(shù)。西南鋁在20世紀(jì)90年代引入俄羅斯鋁鋰合金相關(guān)設(shè)備及技術(shù)，也采用了真空熔煉技術(shù)，并沿用至今。而歐美國家研發(fā)的鋁鋰合金多集中于Al-Cu-Li系列，因此大多采用氬氣保護熔煉技術(shù)。特別是最近十年來，Al-Cu-Li基礎(chǔ)系列成為鋁鋰合金研發(fā)的方向，新建的鋁鋰合金熔鑄生產(chǎn)線多采用氬氣保護熔煉，配合使用合適的精煉劑，除氫效果也達到了真空精煉的除氫效果水平[19]。

（2）制備工藝復(fù)雜鋁鋰合金的加工環(huán)節(jié)與其他鋁合金材料沒有本質(zhì)差別，只是在生產(chǎn)工藝參數(shù)的控制上略有差異。鋁鋰合金的壓力加工塑性（軋制性能、擠壓性能、鍛造性能）都不如其他硬合金，因此道次加工率、擠壓速度、鍛造道次上應(yīng)遵守壓力加工和熱處理規(guī)范。據(jù)悉，某企業(yè)鋁鋰合金在加工階段的成品率不足60%，造成大量的材料浪費，提高了材料的生產(chǎn)成本。

（3）零部件機械加工難度大由于鋁鋰合金加工材（半成品）存在一定的各向異性與內(nèi)應(yīng)力，因此半成品機械加工易發(fā)生變形、扭曲，甚至斷裂。工件報廢率高，尤其是大規(guī)格零部件的加工難度更大。據(jù)悉，中國南昌洪都飛機制造公司在用美國鋁業(yè)公司生產(chǎn)的鋁鋰合金板材加工飛機直段零部件的初期，一度出現(xiàn)零件加工報廢率超過60%的難堪困境，甚至某一個零件的加工成品率只有4.2%的尷尬局面，造成了巨大浪費。后經(jīng)過特別加工工具結(jié)構(gòu)及熱處理條件改進和經(jīng)驗積累，零件合格率達到97%以上。雖然鋁鋰合金后期機械加工設(shè)備與傳統(tǒng)材料相同，但是由于材料加工硬化明顯，表面極易形成氧化膜，所以在加工過程中對于設(shè)備溫度、應(yīng)變率都要嚴(yán)格控制。

（4）廢料處理與回收技術(shù)限制盡管鋁鋰合金中鋰元素含量不多，但是常規(guī)的廢鋁再生工藝難以高效處理鋁鋰合金廢料，通常需要采用真空熔煉技術(shù)。若回收技術(shù)不能滿足廢料處理需求，在熔鑄或加工成品率低的情況下，企業(yè)采用廢料堆垛存儲，造成巨大的資源浪費和高額的廢料管理成本。

4 鋁鋰合金市場需求

2017年，波音與空客分別交付了763和718架飛機。波音公司對2017年～2036年全球各區(qū)域的民航客機市場規(guī)模及增長情況進行了評估。預(yù)計未來20年航空業(yè)市場的需求將翻一番以上，為了滿足這一需求，預(yù)計噴氣式飛機的數(shù)量將達到46950架，其中新生產(chǎn)飛機總量達到41030架，主要用于增量和更新，市場價值達到6.1萬億。

航空制造業(yè)的蓬勃發(fā)展必然帶動鋁鋰合金的市場需求，測算鋁鋰合金需求采用以下參數(shù)。

表2 2017～2036年全球民用航空器鋁鋰合金需求總量測算

——飛機需求量（架）；

——飛機凈重（kg）；

——結(jié)構(gòu)重量占比：指機身結(jié)構(gòu)重量在飛機空重占比。參考C919，民用航空器中結(jié)構(gòu)重量占比0.5。

——零部件的材料重量占比：指用某種合金材料制造的零部件重量在機身結(jié)構(gòu)重量中的占比。以C919機型中鋁鋰合金零部件占比（8.8%～9.7%）估計，未來全球民用客機中該比例的平均水平為8%。

——BTF（Buy-to-Fly）比率：制造一類零部件所需采購的原材料重量與最終零部件中所含材料重量的比率，通常為6～8。按照波音公司預(yù)估的2016年～2036年5種主要機型的需求量和代表機型空重測算，各機型的鋁鋰合金需求、總需求量及年平均需求量如表1所示。預(yù)計未來鋁鋰合金全球市場需求為4萬噸/a。按照目前C919客機815架訂單計算，預(yù)計未來我國民用航空領(lǐng)域鋁鋰合金需求將達到1.2萬噸。

5 結(jié)語

鋁鋰合金在替代傳統(tǒng)鋁合金材料的同時，也受到碳纖維增強塑料以及GLARE層板（鋁合金+玻纖的復(fù)合材料）等新材料應(yīng)用的沖擊[33]。為了滿足未來航空航天或其他領(lǐng)域的性能要求，其未來發(fā)展方向：①向超低密度方向發(fā)展，發(fā)揮最大的減重價值；②向超塑性、低各向異性發(fā)展，擴展材料的加工能力與應(yīng)用范圍；③向高焊接性能發(fā)展，滿足新的連接方式要求；④向高成品率、低成本方向發(fā)展，擴大其應(yīng)用范圍；⑤向新應(yīng)用技術(shù)方向發(fā)展；⑥向生產(chǎn)與加工一體化方向發(fā)展，鋁鋰合金生產(chǎn)企業(yè)向下游應(yīng)用環(huán)節(jié)延伸，增加機加工環(huán)節(jié)，有利于提高產(chǎn)品價值與廢料回收利用率。

鋁鋰合金自誕生至今將近100年，以其優(yōu)異的力學(xué)性能、低密度、耐腐蝕等特征受到航空航天領(lǐng)域的青睞，在國內(nèi)外軍用、民用航空器上應(yīng)用范圍不斷擴大，需求越發(fā)明顯。我國高性能鋁鋰合金的研發(fā)取得優(yōu)異成果，但是實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)規(guī)?；孕枰罅抠Y金與人力投入。重視產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，以實際需求為基礎(chǔ)，提高成材率，降低生產(chǎn)成本，開發(fā)出滿足航空航天器性能要求的先進鋁鋰合金，真正擺脫對進口原材料的依賴，實現(xiàn)我國航空航天器的完全國產(chǎn)化。