鋁合金產業(yè)鏈及其市場需求
鋁合金具有密度小、強度高、耐腐蝕性能好、加工性能優(yōu)異等特點，因此是當前軍事工業(yè)中應用最廣泛的金屬結構材料。在追求裝備輕量化的航空、航天以及艦船領域，高性能鋁合金是必不可少的重要輕質結構材料。
資料來源：新材料在線
一、打飛機產業(yè)助力航空鋁材需求走俏
1、航空鋁材概況
航空鋁材是一種超高強度變形鋁合金，是航空領域尤其在客機上使用量最大的金屬材料。
主要特征：
1)力學和加工性能優(yōu)異，固溶處理后塑性好，熱處理強化效果佳;
2)在150℃以下強度高、韌性好，是理想的結構材料;
3)密度小，質量輕，輕量化效果顯著。
主要應用部位：翼面蒙皮、翼面長桁、翼梁上下緣條、腹板、機身長桁、座椅滑軌、龍骨梁、側框、機身蒙皮、機身下部壁板、主地板桁條等;
高強鋁合金主要用于飛機機身部件、發(fā)動機艙、座椅、操縱系統(tǒng)等;
耐熱鋁合金零件主要用于靠近電動機的機艙、空氣交換系統(tǒng)等;
耐蝕鋁合金具有足夠高的性能指標，其強度、塑性、沖擊韌性、疲勞性能和可焊性都很好，主要具有耐蝕性，主要用于水上飛機。
航天航空用大型擠壓型材包括整體帶筋壁板、工字大梁、機翼大梁、梳狀型材、空心大梁型材等，主要用作飛機、宇宙飛船等航天航空器的受力結構部件以及直升飛機異形空心旋翼大梁和飛機跑道等。
鋁合金厚板主要應用于飛機框架、整體壁板、起落架、蒙皮等。
二、航空鋁材的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
1、航空鋁材的現(xiàn)狀
目前，大飛機結構中使用最廣泛主要有高強度的2000系(2024/2224/2324/2424/2524等)和超高強度的7000系(7075/7475/7050/7150/7055/7085等)。
2000系鋁合金屬于Al-Cu-Mg 系合金，被稱為高強度硬鋁，是用途最為廣泛的結構鋁合金。比7000系鋁合金的室溫強度低，但耐熱性、疲勞特性，特別是抗疲勞裂紋擴展性都比7000系的好。
7000系鋁合金屬于Al-Zn-Mg-Cu 系合金，這類合金具有高的比強度和硬度、較好的耐腐蝕性能和較高的韌性、優(yōu)良的加工性能，在大飛機上有著廣泛的應用。
資料來源：新材料在線
2、航空鋁材的發(fā)展趨勢
飛機用鋁合金設計要求主要考慮材料的靜強度、抗腐蝕性能、穩(wěn)定的高溫性能、耐用性、損傷容限、良好的厚板性能和輕量化效果，傳統(tǒng)的2000系和7000系鋁合金基本具備了上述性能，而且加工工藝成熟，成本相對低廉。但是以新型的B787和A380為代表的新一代大型飛機，對舒適性、安全性、經濟性等主要性能指標提出了更高的要求，因此對所用材料的性能的要求更加嚴苛，類似鋁鋰合金、快速凝固鋁合金、先進復合材料等新材料逐漸帶來替代威脅。
鋁鋰合金
鋁鋰合金是含鋰元素的多元鋁合金。鋰是最輕的金屬元素，鋁合金中每增加1%鋰元素，密度就可減少3%，模量就可增加5%。鋁鋰合金除了具有質量輕、模量高和強度高的優(yōu)點外，還具有優(yōu)良的抗疲勞性能和良好的低溫韌性，其強度可與2024、7075 等鋁合金媲美。鑒于此，鋁鋰合金已深得航空航天界的喜愛，它作為一種新型航空航天結構材料，已成為美、英、法、俄等發(fā)達國家競相研制、開發(fā)的熱點。
目前，已開發(fā)出的新型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。這些新出現(xiàn)的鋁鋰合金可統(tǒng)稱為第三代鋁鋰合金.
鋁基復合材料
鋁基復合材料由于具有密度小、比強度和比剛度高、比彈性模量大、導電導熱性好、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕、制備工藝靈活等許多優(yōu)點而引起人們的普遍關注，各國在研發(fā)上都投入了大量的人力物力，它是金屬基復合材料中研究得最多和最主要的復合材料。鋁基復合材料已成為鋁合金，甚至是鋁鋰合金的重要競爭對手。目前開發(fā)的鋁基復合材料主要有SiC/Al、B/Al、BC/AI、Al2O3/Al 等。
超塑性成形鋁合金
鋁合金的超塑性成型是通過形變熱處理得到的小于10 μm 的超細晶粒，這些超細晶粒合金在高于半熔點和低應變速率條件下能獲得超塑性，可以成形出傳統(tǒng)方法難以獲得的質量輕、成本低、形狀復雜的構件，并且具有成形壓力小、模具壽命高、可一次精密成形等許多優(yōu)點。
航空鋁材的需求分析
鋁合金是客機上用量最大的金屬材料，通常占整機比重的70%以上，由于其高性價比，目前在客機上的地位仍然十分穩(wěn)固;但是在軍機領域，鋁合金的占比隨著鈦合金和復合材料的迅速發(fā)展逐漸呈下降趨勢，目前在最先進的五代戰(zhàn)機F22上鋁合金用量僅約為15%。
圖表33客機中各系材料比例
資料來源：航空材料學報，材料導報
中國的航空產業(yè)正處于高速發(fā)展期，不論是以C919為代表的大型商用飛機，還是以殲20為代表的新一代戰(zhàn)機，中國都有巨大的需求缺口。在客機方面，未來20年中國新機需求預計將達到6500架左右，對高端航空鋁材的需求將有望達到45-55萬噸。在軍機方面，未來10年中國將新增四代/五代戰(zhàn)機達到1000架左右，對高端鋁材的需求預計達2-3萬噸。
資料來源：航空材料學報，材料導報
三、艦船用鋁材
1、艦船用鋁材概況
在海軍艦船中，用量最大的金屬材料是船體結構鋼，作為整個艦船的關鍵結構載體，其次是鋁合金。與鋼材相比，鋁合金具有密度小、比強度大、無磁性、高導電性和導熱性等特點，是制造中小型艦艇船體、上層建筑及其他倉面器具的首選材料，尤其是制造滑行艇、水翼艇、氣墊船、沖翼艇的最佳材料。因為它們的質量對航速尤為敏感，減輕船體質量能夠有效地提高航速。
鋁材在船艦上主要有三類應用：
1)以強度為主要因素的受力結構件，如船體、大型艦船甲板室、艦船艦橋、導彈發(fā)射筒、電磁炮軌道等。
2)非受力構件或受力較小的構件，如各種棲裝件、油箱、水箱、儲藏柜，鋁質水密門、窗、蓋，衛(wèi)生設施、管道、通風、擋風板、支架、流線型罩殼和手把等。它們多是用6063、6082、3003等合金材料制造的。
3)功能材料，用于制造倉室內部裝飾件與絕熱、隔聲材料。
2、鋁合金在艦船上的應用提升
從上世紀20年代起，鋁合金在艦艇上獲得了更加廣泛的應用，包括航母、巡洋艦、護衛(wèi)艦、導彈驅逐艦、潛艇、快艇、炮艇、登陸艇等建造過程中都需要大量鋁合金。
航母由于其龐大的體積和巨大的質量，出于穩(wěn)定性和適航性等要求，對減輕結構質量等具有迫切需要，特別是上層建筑的質量，對改善航母的戰(zhàn)術性能至關重要。根據對現(xiàn)有航母的初步統(tǒng)計，通常一艘航母的鋁合金材料用量為500-1000噸。例如，美國“獨立”號(CVA62)航母用了1019噸鋁材，“企業(yè)”號核動力航母(CVA65)用了450噸鋁材，法國“福熙”號(R99)及“克里蒙梭”號(R98)航母用了1000多噸鋁材。中國首艘航母“遼寧”號鋁材用量估計約650t，合金多為5052與6063。
在驅逐艦等大型水面艦船上，主甲板上的全部結構多采用鋁合金制造。美國海軍不同級的驅逐艦，在甲板以上結構中所用的鋁合金數(shù)量分別如下：護航驅逐艦(DE)用鋁量251.33 噸;導彈驅逐艦(DLG)用鋁量811.30 噸;彈道導彈驅逐艦(DDG)用鋁量515.88 噸;彈道導彈核動力驅逐艦(DLGN)用鋁量為930.35噸。由于中國的海軍戰(zhàn)略逐步從近海防衛(wèi)向區(qū)域拒止轉變，我國包括航母在內的大型艦艇加快了建造和列裝的速度。隨著新型航母和驅逐艦等的建設，對艦船用鋁合金的需求也將大幅提升。
資料來源：中國腐蝕與防護網
四、鋁合金的發(fā)展趨勢
鋁合金對飛機、汽車的輕量化具有重要作用，在航空和汽車領域的需求巨大。尤其隨著國產大飛機C919的批量生產，高端航空鋁材的消費量將直線上升。在上游鋁合金的產能過剩情況下，高端鋁合金需求提升只對下游鋁合金精密加工企業(yè)形成利好，高端鋁合金未來需要更大等。
