aluminum-lithium alloy

定義：以鋁為基體元素和以鋰為第一位或主要合金元素組成的合金。具有高比強(qiáng)、高比剛。

學(xué)科：材料科學(xué)技術(shù)_金屬材料_有色金屬材料_鋁及其合金

相關(guān)名詞：固溶度 彈性模量 各向異性 韌化

上海，國產(chǎn)大飛機(jī)C919在基地內(nèi)。圖片來源：視覺中國

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鋰的密度僅為0.53克每立方厘米，每添加1%的鋰，鋁鋰合金的密度降低3%，因此，鋁鋰合金的輕量化效果明顯。鋰在鋁中的最大固溶度較大（共晶溫度下為4.2%），且其與室溫固溶度差異很大，因此，具有很大的時(shí)效強(qiáng)化潛力，且其第二相具有較高的彈性模量。另外，鋁鋰合金的另一優(yōu)點(diǎn)就是強(qiáng)度高和彈性模量高，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每添加1%的鋰，彈性模量提高6%。此外，還具有疲勞裂紋擴(kuò)展速率低、低溫性能好和耐腐蝕性良好等特性。因此被認(rèn)為是21世紀(jì)航空工業(yè)最理想的輕質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料。

鋁鋰合金的研究可追溯到1924年，德國學(xué)者在鋁鋅合金中添加了0.1%的鋰，將其命名為司克龍合金，從此掀起了鋁鋰合金的研究熱潮。在近100年的發(fā)展歷程中，主要經(jīng)歷了四個(gè)階段。第一代鋁鋰合金產(chǎn)生于20世紀(jì)20至60年代，其典型牌號(hào)是2020，此合金的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，斷裂韌性較差，使其大規(guī)模應(yīng)用受到限制；第二代鋁鋰合金誕生于20世紀(jì)70年代，是在全球爆發(fā)能源危機(jī)、輕量化訴求日益強(qiáng)烈的背景下發(fā)展的，其典型牌號(hào)有1420、2029和8090，主要特點(diǎn)是追求低密度（鋰含量普遍>2.0%），然而，因其高鋰含量使得合金的力學(xué)各向異性特別明顯、塑韌性很差；20世紀(jì)90年代起開始出現(xiàn)第三代鋁鋰合金，人們改變片面追求低密度的思路，適當(dāng)降低鋰含量（一般在1.0%～2.0%之間），通過成分設(shè)計(jì)、熱處理和熱機(jī)械加工實(shí)現(xiàn)對(duì)鋁鋰合金充分的強(qiáng)韌化，其典型牌號(hào)有2195、2197、1460等；第四代鋁鋰合金于2009年開始被提出，主要思路是采用多元微合金化、調(diào)整銅鋰比，鋰含量相比第三代合金更低，在疲勞性能、彈性模量、抗裂紋擴(kuò)展方面保持與第三代合金相當(dāng)?shù)那疤嵯?，具有更高的?qiáng)度和韌性，典型牌號(hào)是2055，其整體綜合性能優(yōu)于目前航空大規(guī)模應(yīng)用的7000系鋁合金。

在航空領(lǐng)域應(yīng)用中，相比其他鋁合金，鋁鋰合金具有更低的密度和更優(yōu)的綜合性能，相比復(fù)合材料，鋁鋰合金具有成形和維修方便、可回收等優(yōu)點(diǎn)，因此其在航空工業(yè)越來越受到青睞。然而，因鋰的化學(xué)性質(zhì)活潑，給鋁鋰合金的發(fā)展帶來了一些技術(shù)挑戰(zhàn)，較為突出的是熔體純凈化和液固轉(zhuǎn)變過程中組織缺陷更難控制。

在我國，鋁鋰合金研發(fā)和應(yīng)用相對(duì)緩慢和滯后，近年來，國產(chǎn)大飛機(jī)C919和支線客機(jī)ARJ21使用了大量鋁鋰合金，雖然主要來自進(jìn)口，但這也為我國鋁鋰合金的研發(fā)提供了巨大的機(jī)遇和發(fā)展動(dòng)力。

（延伸閱讀作者：哈爾濱工程大學(xué)超輕材料與表面技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授 巫瑞智）

責(zé)任編輯：張鵬輝