目前,航空航天领域“克克计较”,火箭每减重1kg,发射成本可降低2万美元,导弹每减重1kg,则可增加15km射程。铝合金中每添加1%的锂,密度降低3%,弹性模量提高6%。
空天院(轻研合金)作为国内铝锂合金研发与生产的先行者,致力于铝锂合金的研发和生产,主营产品有1420(5A90)、2195、8090等,是国内为数不多的几家具备铝锂合金铸锭、锻件、型材、板材交付能力的生产单位。
已实现铝锂合金在航空航天领域批量化应用,凭借其技术积累和产业化能力,取得多行业场景应用,为中国航天等领域有效减重,取得了巨大的社会经济效益,已成为推动国产高端材料替代的关键力量。
铝锂合金首次应用
自1924年,第一个含锂的铝合金Sclreoul(Al-12Zn-3 Cu-0.6Mn-0.1Li)诞生以来,铝锂合金已经有70年的历史,70 年来,铝锂合金历经了艰难和波折,冲破了层层障碍,已经走向了工业生产和应用。50年代,美国对铝锂合金产生兴趣,Alcoa公司克服了其熔炼上的难点,于 1957年生产出了含锂 1.1% 的铝锂合金,命名为2020合金。1958年美国航空公司对其做了首次评估,就塑性、韧性问题进行了评估。次年将其用于海军警戒机的机翼皮和尾翼水平安定面。减重效益6%,先后服役20 年,未发现腐蚀、应力腐蚀、疲劳破坏等问题。
美俄历史研发、应用优势
60年代,美国航空界 开 始 采 用USAF 航空损伤容限设计准则,2020合金因缺口敏感性高和断裂韧性低而难以被接受,于1969年放弃该合金。2020合金失败的另一个原因是技术先进性不够,锂含量仅 1%,比重下降 3%和刚度提高6%的幅度有限,加之铜的含量达 4.5%,合金的比重仍较高。正当美国铝锂合金研究降温时,原苏联开始了铝锂合金的研究,研制出独特的1420合金(Al-Li-Mg-Zr)系,锂含量达到 1.5%~2.6%,含镁达4%~7%,比2020合金的比重更低而弹性模量更高,1971年用于航空器,逐步扩大到苏 27、米格25、米格29、舰载飞机图204 等多种飞机上。
目前,俄罗斯已初步形成了一个包括可焊、中强、高强的铝锂合金系列,铝锂合金已经成为俄罗斯最重要的航天航空用轻合金之一。与复合材料、钛合金一同构成了新型航天航空新材料的三足鼎立局面。
弯道超车 国产高端材料替代
中国的铝锂合金生产和加工起步相对比较晚,空天院(轻研合金)独立自主采用真空熔铸方法研制铝锂合金铸锭,在隔绝空气的环境下进行熔炼,有利于防止锂的燃烧和损失,避免合金组织内部气孔、氧化夹杂等缺陷,去除Na等杂质,使熔体更加纯净,获得高品质铝锂合金。公司是国内为数不多的几家具备铝锂合金铸锭、锻件、型材、板材交付能力的生产单位2195、8090等牌号铝锂合金。
铝锂合金1420(国内牌号5A90)是前苏联开发的Al-Mg-Li系合金,其苏联牌号为1420,属于中强可焊低密度材料,广泛应用于航空航天领域以替代传统铝合金实现减重。其密度低,每增加1%的锂,密度可降低约3%;弹性模量可提高6%;同时具备良好的比强度与比刚度,使其能够替代传统的高强度铝合金,结构质量可减轻10%至20%,刚度提升15%至20%。
1420(5A90)铝锂合金还展现了优良的耐腐蚀性能,以及良好的铸造、热加工、焊接和机加工成型性。在航空航天领域,1420铝锂合金主要应用于壁板及壳体等部件;在jg装备领域,应用在弹体结构部件;在半导体领域,应用在芯片制造光刻机、芯片封装固晶机、焊线机、贴片机等部件。
由于每减少1kg的航天运载器重量,发射费用可节省约2万美元,因此1420铝锂合金在航天领域的应用显得尤为重要。在航空领域,该材料也被广泛应用于军用飞机、民用客机和直升飞机,成为飞机设计轻量化的重要选择。
公司致力于铝锂合金、镁锂合金等轻量化材料的研发与生产,拥有世界领先的真空熔铸、卷式轧制等一系列先进技术以及自主研发的核心竞争力产品。在技术创新方面,公司采用了真空熔铸方法生产铝锂合金铸锭,隔绝空气,避免析氢造渣倾向,减少氧化烧损,防止内部缺陷形成,使熔体“纯净度”提高,铸锭品质更高。
空天院&轻研合金凭借其强大的研发实力和先进的生产工艺,已成为国内为数不多的几家具备铝锂合金锻件、型材、板材交付能力的生产单位之一。公司不仅能够生产高品质的1420铝锂合金材料,还能根据客户需求提供从设计图纸到零件交付的新产品开发全流程服务。
凭深厚积淀与创新成果,空天院&轻研合金铝锂合金已向诸多军工单位稳定供货,数量逐年增加;镁锂合金占全球 70%、国内 95%产量(数据统计截至2022年)
展望未来,公司深耕超轻合金,突破航空航天瓶颈,拓展飞机、高铁、新能源汽车等民用合金新材料,以优产优服助国内轻质材料自主自强,为制造“瘦身”、产业“添翼”。