國內外鋁合金材料的發展與研究現狀

中國是鋁合金材料的生產和消費大國。鋁合金材料廣泛應用于交通、海洋、航空航天等領域，尤其是汽車、飛機、航空航天、船舶等領域的一些輕量化關鍵部件。鋁合金材料是不可替代的。國內鋁合金材料絕大多數屬于低端產品，生產能耗高、效率低、成本高、附加值低。惡性競爭難以改變，一些高端產品仍需高價從國外采購，這無疑阻礙了中國制造業的升級。雖然中國在通信、高鐵等領域具有顯著優勢，但隨著國際形勢的復雜變化，被困在關鍵物質領域的風險日益突出，自主創新迫在眉睫。在新的產業形勢下，發展高端鋁合金材料的綠色智能制備與加工技術，對支撐我國重點制造業的可持續高質量發展具有重要的戰略意義。本文主要介紹了國內外鋁合金材料的發展和研究現狀，分析了常見鋁合金體系的市場需求，總結了我國在該領域遇到的問題和未來的發展目標，并提出了相應的發展對策，以促進相關產業的升級和進步。

 國內外鋁合金材料的發展與研究現狀

（1） 國外鋁合金材料的發展與研究現狀

總的來說，工業發達國家鋁合金材料的開發和應用歷史悠久，基礎良好，研究積累雄厚，鋁合金材料體系雄厚，工業技術水平較高。特別是美國、俄羅斯等工業大國較早地開展了鋁合金材料的研發，申請了大量鋁合金品牌，并廣泛應用于汽車、船舶、航空航天等領域，并形成了一定程度的專利霸權。

在汽車領域，鋁合金是實現汽車輕量化的重要材料。在2XXX系列鋁合金方面，美國的rayruff和法國的siebenet先后開發了2036-t4和au2g-t4兩種車身用鋁合金板材。在5xxx系列鋁合金方面，美鋁開發了x5085-o、5182-o和其他用于車身內板的鋁合金。在6xxx系列鋁合金方面，美國已經開發了6009和6010車身鋁合金板。2018年，挪威海德魯鋁業開發了hhs360合金，其抗拉強度比6082合金高10.8%，達到360n/mm2，伸長率為10%；后來，公司在此基礎上開發了hhs400合金，抗壓強度400n/mm2，屈服強度≥ 370n/mm2，伸長率8%，主要用于汽車制造。美國墾聯鋁業公司開發了HSA6系列合金，其中HSA6-t6合金擠壓型材的最小屈服強度為370n/mm2，最小抗拉強度為400n/mm2，與傳統鋁合金材料制成的所有鋁車輛相比，重量減輕30%以上。目前，國外先進的鋁加工企業正在致力于開發低成本的汽車覆蓋件。印度nobelis鋁業公司推出了advanztm系列合金ac5754r，進一步減輕了汽車的重量。公司還與捷豹路虎汽車有限公司（有限公司）合作開發了具有優良成型和壓接性能的ac-170px鋁合金，用于汽車覆蓋件的外板。美國Okunik公司成功開發了新一代汽車覆蓋件生產設備和工藝“微銑削”技術，大大提高了汽車車身和覆蓋件用鋁板的性能，綜合性能提高了20%，成本降低了30%。目前，6082鋁合金是汽車車身覆蓋件領域應用最廣泛的合金。許多企業嘗試使用6xxx系列或7xxx系列擠壓型材來制備前后防撞梁。在船舶領域，鋁合金在船舶上的應用逐漸擴大。國外發展較早。目前，5xxx系列和6xxx系列鋁合金分別主要用于船體和造船。就變形鋁合金而言，美國主要有5086和5456合金，日本有5083合金，英國有N8（5083）合金，前蘇聯有amr6（5A06）、amr61、b48-4（01980）、k48-1、k48-2合金。俄羅斯已開發出高強度鋁鋅鎂合金（如01970、01975合金），其中含有鈧（0.1%-0.3%）。鑄造鋁合金主要有：前蘇聯的BAП5、AП4M（ZL111）、AП8（ZL301）、AП13、AП25、AП27合金、美國356（ZL101）、sem328（zl106）、514（ZL302）、515、518（yl302）、520（ZL301）、x250合金等。目前，5083合金及其改良合金仍是造船領域使用的主要鋁合金材料，充分利用其耐腐蝕性、焊接性能、成形性和機械性能的綜合優勢。

在航空航天領域，現代航空鋁材正朝著高綜合性能、低密度、大規格、高均勻性和功率結構一體化方向發展。對于2XXX系列鋁合金，美國鋁業公司和法國鋁業公司開發了2026和2027合金，具有高強度和高損傷容限。擠壓（厚度12～82mm）和板材（厚度12～55mm）分別比2024合金高20%-25%和10%。在7xxx系列鋁合金方面，美鋁、美鋁和Aleris已開發出具有低淬火靈敏度的高強度和韌性鋁合金：7085、7140和7081。在超高強度鋁合金方面，法國鋁業公司開發了7056-t79/t76合金，用于A380飛機的機翼面板。在鋁鋰合金方面，俄羅斯開發了1460種合金，美國開發了weldlite系列合金和209721972195種鋁鋰合金。Kenlian鋁業開發了2050和2198合金（Al-Cu-Li-mg-Ag），具有低密度、高韌性和高損傷容限。目前，航空航天領域對鋁合金材料的需求主要集中在高強度2XXX和7xxx合金，以及低密度鋁鋰合金。

（2） 我國鋁合金材料的發展與研究現狀

“十三五”以來，我國鋁產能和技術水平取得了長足進步，2019年鋁產量達到5.252×107t，居世界首位。我國自主研發了LC4、LC9、LY12、2A12、2A16、7A04、7B04、7a50、7B50等系列鋁合金，建立了第一、二、三代鋁合金材料加工技術體系。近年來，我國開發的新型高強韌性鑄造鋁合金、第三代鋁鋰合金和高性能鋁合金型材的性能已達到國際先進水平。在《變形鋁及鋁合金化學成分》（gb/t3190-2020）中，中國在過去10年內共增加了29個國產鋁合金品牌。其中，北京工業大學率先掌握了含鉺彌散強化鋁合金的制備和加工技術。含鉺5e83鋁合金冷軋板、5e06鋁合金熱軋板、熱擠壓壁板等五個合金牌號已列入國家標準，廣泛應用于國防、汽車等領域。一些品種已經取代了進口產品。

針對高性能鋁合金型材的擠壓成形工藝和設備，中車聯合高校開發了鋁合金精煉、凈化、鑄錠均勻化等技術，開發了大型擠壓模具和設備，使鋁合金型材的開發周期縮短了25%，成本降低了15%，并將產率提高到62%。