国内外高 端铝合金材料发展及研究现状

近日，俄罗斯国立研究型技术大学研制出一种低成本、可耐400℃高温的铝合金，相较于其他类似合金可承受范围高出100℃至150℃，预计将大大减少铁路运输、航空和其他设备的重量和碳足迹。而我国在碳中和和轻量化背景下，也在积极探索“以铝代钢”的发展模式，推动铝合金行业的发展。

铝合金行业市场规模

由于铝合金耐高温、可循环利用、低成本等优点，近年来日益受到各个领域的广泛应用。2017年铝合金行业市场规模为2011.18亿元，2020年增长至2765.53亿元。预计2021年铝合金行业市场规模将达到2997.55亿元，2022年将进一步达到3318.34亿元。

近年来，我国铝合金产量持续增长。2021年9月中国铝合金产量为93.5万吨，同比增长3%；2021年1-9月中国铝合金累计产量为835.4万吨，累计增长19.2%；2015-2020年中国铝合金产量逐年递增，2020年达到。

国内外铝合金材料发展及研究现状

（一）国外铝合金材料发展及研究现状

总体来看，工业发达我国铝合金材料开发与应用的历史时间长，基础好，研究积累，铝合金材料体系系统性强，产业技术水平较高。尤其是美国、俄罗斯等工业强国较早开展了铝合金材料的研发工作，申请了大量的铝合金牌号，广泛应用于汽车、船舶、空天等领域，现已形成了一定程度的专利霸权。

在汽车领域，铝合金是实现汽车轻量化的重要材料。在 2XXX 系铝合金方面，美国的雷伊路菲公司和法国的西贝内公司相继开发了 2036-T4、 AU2G-T4 铝合金板材，用于汽车车身。在 5XXX 系铝合金方面，美国铝业公司（ALCOA）开发了 X5085-O、5182-O 等铝合金，用于车身内板。在 6XXX 系铝合金方面，美国研制了 6009 和 6010 车身铝合金板。挪威海德鲁铝业公司 [2] 在 2018 年开发了 HHS360 合金，抗拉强度比 6082 合金提高了 10.8%，达到 360 N/mm2 ，伸长率达到 10%；之后，该公司又在此基础上开发了 HHS400 合金，抗压强度达到 400 N/mm2 ，屈服强度不小于370 N/mm2 ，伸长率为 8%，主要应用于汽车制造。美国的肯联铝业公司 [2] 开发了 HSA6 系列合金，其中 HSA6-T6 合金挤压型材的屈服强度为 370 N/mm2 ，而抗拉强度为 400 N/mm2 ，与采用传统铝合金材料制造的全铝汽车质量相比，可减重 30% 以上。目前，国外铝加工企业致力于开发低成本的汽车板。印度的诺贝丽斯铝业公司已经推出 AdvanzTM 系列合金 Ac5754R，进一步减轻了汽车重量。该公司还与捷豹路虎汽车有限公司合作开发了具有优良成形和卷边性能的 AC-170PX 铝合金 [3]，用于汽车覆盖件外板。而美国的奥科宁克公司成功开发了新一代汽车板生产设备与工艺“Micro-Mill”技术，地提升了汽车车身和覆盖件用铝板的性能，综合性能提升 20%，成本降低 30%。目前，在汽车车身板领域，应用最多的为 6082 铝合金，在前后防撞梁上较多企业尝试使用 6XXX 系或 7XXX 系挤压型材来制备。

在船舶领域，铝合金在船舶上的应用逐渐扩大。国外发展较早。迄今为止，主要是 5XXX 系和 6XXX 系铝合金，分别用于船壳体和船上建筑。在变形铝合金方面 [4]，主要有：美国的 5086、5456 合金，日本的 5083 合金，英国的 N8（5083）合金，的 AMr6（5A06）、AMr61、B48-4（01980）、K48-1、K48-2合金。俄罗斯研制了含钪（0.1%~0.3%）的高强度 Al-Zn-Mg 系合金（如 01970、01975 合金等）。在铸造铝合金方面 [4]，主要有：苏联的 BAП5、AП4M（ZL111）、AП8（ZL301）、 AП13、AП25、AП27 合金，美国的 356（ZL101）、 SEM328（ZL106）、514（ZL302）、515、518（YL302）、 520（ZL301）、X250 合金等。目前船舶领域对铝合金材料的使用仍然以 5083 合金以及其改进型合金为主，充分利用其耐腐蚀性能、焊接性能、易成形性能以及力学性能的综合优势。

在空天领域，现代空天用铝材朝着高综合性能、低密度、大规格、高均匀性和功构一体化方向发展。针对 2XXX 系铝合金，美国铝业公司和法国铝业公司开发了具有高强高损伤容限的 2026 和 2027 合金，其挤压件（厚度为 12~82 mm）和板材（厚度为 12~55mm）比 2024 合金分别提高 20%~25% 和 10%。在 7XXX 系铝合金方面，美国铝业公司、法国铝业公司以及德国爱励铝业公司开发了具有低淬火敏感性的高强韧铝合金：7085、7140、 7081。在强铝合金方面，法国铝业公司开发了 7056-T79/T76 合金，已用于 A380 飞机翼壁板等。在 Al-Li 合金方面，俄罗斯开发了 1460 合金，美国开发了 Weldlite 系列合金和 2097、2197、2195 铝锂合金。美国肯联铝业公司开发了低密度、高韧性和高损伤容限性能的 2050 和 2198 合金（Al-Cu-LiMg-Ag）。2010 年，美国肯联铝业公司为 Al-Cu-Li 系合金注册了 Airware 商标。目前空天领域对铝合金材料的需求主要集中在高强度的 2XXX 和 7XXX 系合金，以及密度较低的铝锂合金。

（二）国内铝合金材料发展及研究现状

“十三五”以来，我国铝材生产能力和技术水平取得了巨大进步 [1]，2019 年铝材产量达到 5.252×107 t，居世界。我国自主研发了 LC4、 LC9、LY12、2A12、2A16、7A04、7B04、7A50、 7B50 等系列铝合金 [6,7]，建立了第一代、第二代、第三代铝合金材料加工技术体系。近年来，我国自行研制的新型高强韧铸造铝合金、第三代铝锂合金、高性能铝合金型材的性能均达到国际水平。在《变形铝及铝合金化学成分》（GB/T 3190—2020）中，近 10 年我国共增加了 29 个国产铝合金牌号。其中北京工业大学在国际上掌握了含铒弥散强化铝合金的制备和加工技术，研发的含铒 5E83 铝合金冷轧板、5E06 铝合金热轧板、热挤压壁板等 5 个合金牌号列入我国标准 [8]，在国防及汽车等领域获得重要应用，部分品种替代了进口产品。

针对高性能铝合金型材的挤压成形工艺与装备，中车联合高校开发出了铝合金精炼、净化、锭坯均匀化等技术，研制出了大型挤压模具和设备，使铝合金型材的开发周期缩短了 25%，成本降低 15%，成品率提高到 62%。东北大学和大连交通大学分别开发了液态金属、半固态金属与固态金属的连续挤压短流程加工技术，实现了产业化，在该技术领域达到国际或水平。山东南山铝业股份有限公司顺利进入波音公司的全球供应商名录。中国忠旺控股有限公司先后收购了德国乌纳铝业股份有限公司和以澳大利亚为生产基地的全铝游艇制造商 Silver Yachts Ltd. 的控股权。中铝东北轻合金有限责任公司、西南铝业（集团）有限责任公司、西北铝业有限责任公司提供的由关键铝合金材料制造的大批武器亮相、点兵沙场。此外，东北大学、上海交通大学、中铝材料应用研究院有限公司、吉林大学等在高强高导变形铝合金、汽车用铝合金和铸造铝合金方面达到国际或水平。目前，具有我国知识产权的部分铝合金材料已经应用于汽车、船舶、空天等领域。

（三）我国铝合金材料领域存在的问题

值得注意的是，虽然我国铝合金材料在产业规模与技术水平上成绩斐然，但是我国现代工业体系建设起步晚、底子薄，追赶发达我国难度较大，相当部分关键基础材料、核心零部件仍不能自给。我国在未来较长一段时期内都是关键基础材料的需求大国，对此类材料数量和种类的需求将持续增加。而材料在产业体系中所占比例不高，原始创新偏少、基础共性关键技术和精深加工技术研发不足。美国铝业公司有 3 万项专利，与之相对的是中国企业原创性专利少，几百个常用牌号，中国自己研发的却很少，同时产品质量的一致性、均匀性、稳定性不高。大飞机用预拉伸厚板和蒙皮板、乘用车面板等质量稳定性有待提高，部分铝板带箔材等仍依赖进口。此外，我国铝合金材料产业粗放式发展的问题严重，产业规模增长虽快，但研制少，“产学研”一体化的技术创新力量薄弱，高校与企业之间无法发挥协同创新优势。所以，逐步推进相关研究和产业向高质量、高创新、发展重要。

在汽车领域，我国汽车用铝合金板材仍面临三大问题：①缺少具有自主知识产权的汽车用铝合金，汽车用铝未实现系列化，难以满足汽车公司的个性化需求；②汽车板应用技术研发平台建设不足，在成形、异种材料连接、低成本与环保的零部件制造与表面处理方面都需加强研究；③需加强铝合金型材在新能源汽车上的应用，建立相应技术创新平台，开发车身结构、电驱系统、电池托盘、副车架、表面处理等相关产品。

在船舶领域，我国船舶用铝合金仍存在两方面的技术瓶颈：一是船舶用铝合金的开发种类偏少，合金综合性能、质量稳定性低于国外同牌号板材；二是铝合金材料的船舶应用技术，主要体现在焊接技术上。我国在搅拌摩擦焊和激光焊方面与国外仍有差距，限制了船舶用铝合金的发展。

在空天领域，我国在空天铝合金的研发和应用方面与发达我国仍有明显差距。我国对新合金的开发处于仿制阶段，研制的合金品种较少；对合金化基础理论研究较少。我国航空材料产品的质量稳定性、成本与进口材料还存在一定差距。

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