近日备受瞩目的国产大飞机C919正式下线，首飞在即。C919是中国继运10之后自主设计、研制的第二种国产大型客机，在载客能力、燃油消耗和操控性能等方面皆可与波音737、空客320媲美，代表着中国在航空领域的又一大进步。

大飞机是航空航天设备的一种，而目前国内外最普遍的航空航天“皮肤”材料为铝材，更确切的说是航空航天用铝。

一、航空铝材基本概况

航空铝材是一种超高强度变形铝合金，目前广泛应用于航空工业。其具有较好的力学和加工性能，固溶处理后塑性好，热处理强化效果好，一般在150℃（甚至更高）以下有高的强度，韧性好，是理想的结构材料。此外航空铝材质量轻，轻量化效果显著，已经取代钢材并占据当前航空材料的主导地位。航空装备对铝材的要求较高，是铝材的重要高端应用市场。

航空用铝优势

应用优势：铝合金由于其比强度高、成形和加工性能好的特点，还将是国内研制大飞机的主要结构材料。

应用部位：翼面蒙皮、翼面长桁、翼梁上下缘条、腹板、机身长桁、座椅滑轨、龙骨梁、侧框、机身蒙皮、机身下部壁板、主地板桁条等。

应用比重：A380-800空客铝合金材料占的比重最大，达到61%，A350-900XWB空客的铝合金材料比重为20%，波音787-8空客的铝合金材料占比为15%-20%。

二、大飞机用铝合金情况

1、常用铝合金系列

当今世界各国大飞机结构用铝合金主要是高强度的2×××系(2024、2224、2324、2424、2524 等)和超高强度的7×××系(7075、7475、7050、7150、7055、7085 等)。

各系铝合金在民用客机中应用的大致比例

2×××系铝合金

2×××系铝合金属于Al-Cu-Mg 系合金，被称为高强度硬铝，是用途最为广泛的结构铝合金。其代表名称和化学成分如表所列。

2xxx系铝合金的化学成分

2×××系铝合金的抗拉强度为400~500 MPa，比7×××系铝合金的室温强度低，但耐热性、疲劳特性，特别是抗疲劳裂纹扩展性都比7×××系的好。

7×××系铝合金

7×××系铝合金属于Al-Zn-Mg-Cu 系合金，这类合金具有高的比强度和硬度、较好的耐腐蚀性能和较高的韧性、优良的加工性能，在大飞机上有着广泛的应用。

 

7xxx系超高强铝合金成分

2、大飞机铝合金的发展方向

铝合金今后的研究重点主要集中在以下几个方面：铝锂合金、铝基复合材料和超塑性成形铝合金。

铝锂合金

铝锂合金是含锂元素的多元铝合金。锂是最轻的金属元素，铝合金中每增加1%锂元素，密度就可减少3%，模量就可增加5%。铝锂合金除了具有质量轻、模量高和强度高的优点外，还具有优良的抗疲劳性能和良好的低温韧性，其强度可与2024、7075 等铝合金媲美。鉴于此，铝锂合金已深得航空航天界的喜爱，它作为一种新型航空航天结构材料，已成为美、英、法、俄等发达国家竞相研制、开发的热点。

目前，已开发出的新型铝锂合金主要有高强可焊的1460 和Weldalite 系列合金，高韧的2097、2197合金，低各向异性的AF/C-489、AF/C-458 合金等。这些新出现的铝锂合金可统称为第三代铝锂合金.

第三代主要铝锂合金的合金元素成分

铝基复合材料

铝基复合材料由于具有密度小、比强度和比刚度高、比弹性模量大、导电导热性好、耐高温、抗氧化、耐腐蚀、制备工艺灵活等许多优点而引起人们的普遍关注，各国在研发上都投入了大量的人力物力，它是金属基复合材料中研究得最多和最主要的复合材料。铝基复合材料已成为铝合金，甚至是铝锂合金的重要竞争对手。目前开发的铝基复合材料主要有SiC/Al、B/Al、BC/AI、Al2O3/Al 等。

超塑性成形铝合金

铝合金的超塑性成型是通过形变热处理得到的小于10 μm 的超细晶粒，这些超细晶粒合金在高于半熔点和低应变速率条件下能获得超塑性，可以成形出传统方法难以获得的质量轻、成本低、形状复杂的构件，并且具有成形压力小、模具寿命高、可一次精密成形等许多优点。

三、航空用铝在飞机上的应用分析

铝合金在飞机上主要是用作结构材料，如：蒙皮、框架、螺旋桨、油箱、壁板和起落架支柱等。

航天航空用铝合金铸件

在现代飞机结构件中，利用了1500～2000种铝铸件，根据飞机不同的使用条件和部位，主要用了三种基本的铝合金：即高强铝合金、耐热铝合金、耐蚀铝合金。

1、高强铝合金主要用于飞机机身部件、发动机舱、座椅、操纵系统等，

2、耐热铝合金零件主要用于靠近电动机的机舱、空气交换系统等，

3、耐蚀铝合金具有足够高的性能指标，其强度、塑性、冲击韧性、疲劳性能和可焊性都很好，主要具有耐蚀性， 这样就可用于水上飞机。

航天航空用大型挤压型材主要有：整体带筋壁板、工字大梁、机翼大梁、梳状型材、空心大梁型材等。主要用作飞机、宇宙飞船等航天航空器的受力结构部件以及直升飞机异形空心旋翼大梁和飞机跑道等。

铝合金厚板是现代航天航空工业重要的结构材料，其广泛应用于飞机框架、整体壁板、起落架、蒙皮等。

铝合金应用的典型示例

1、B747

铝合金在B747 飞机上的应用情况

2、ARJ21

在ARJ21飞机上主要铝材分布图

四、航空市场分析

2015年11月2号下线的C919 大型客机是我国拥有自主知识产权的首款中短程商用干线飞机，设计航程为 4075 公里，单通道布局，座位数在 158 座-168 座，以波音 737 和空客320 为竞争对手。

我国航空市场巨大，2014 年在册的大中型飞机数量有2218 架，几乎完全被波音和空客所垄断。中航工业、中国商飞、波音、空客等公司预测我国未来20 年新增大中型民用客机5000 架左右，价值8000 亿美元左右。

未来 20 年 我国大型客机需求预测（ 架 ）

Source：flightglobal，华融证券市场研究部

2013年全球飞机分布

Source：波音公司，海通证券研究所

根据 Ascend Fleets 数据，目前全球现役规模最大的机型主要是单通道干线飞机。2013 和 2014 年干线飞机的增长主要集中在 A320 和B737 系列，都属于单通道飞机，客座分布基本在 120-200 之间。

据波音预测，未来20 年全球飞机增长主要集中在单通道飞机（客座分布在90-230座之间），占新增机队规模达70%。90-175 座单通道飞机增长亚洲占比高达35%，C919客座分布正位于这一区间。

未来 20年全球飞机增长分布

Source：波音公司，海通证券研究所

五、国外航空用铝发展情况及主要代表公司

国外航空用铝从1912年德国人汉斯·雷斯涅尔设计成功了世界上第一架用铝制成的全金属单翼飞机开始，大约8年以后，德国率先开发出了“杜拉铝”2017合金，并应用于Junker F13机身结构上，从此航空工业才进入高速发展时期。

在这100多年来，铝合金在飞机机体材料方面的主导地位一直没有改变，一批批新型铝合金的诞生推动航天事业的不断发展，从2024、7075这两个主力航天铝合金到2124、2224、2324、7050、7010等传统铝合金的研究，也包括开展铝锂合金、快速凝固铝合金、铝基复合材料等非传统材料的研究。

目前第三代铝-锂合金即美国铝业公司的 Al-Li-Lp-I(25-100mm 厚板)和 Al-Li-Tp-2(25-100mm)合金正在研发中，用于制造 2015～2025 年的飞机，它们的比屈服强度比 C85T-T76 合金的还高 5%左右，并有非常高抗腐蚀性能。第三代铝-锂合金正在研发与试生产中。

20世纪国外航空航天铝合金的发展与应用情况

国外航空用铝供应商：

美国铝业（Alcoa）

加拿大铝业公司(Alcan)

美国凯撒铝及化学公司(KaiserAuminum&Chemical co.)

阿莱利斯公司(Aleris)

俄罗斯铝业公司(Rusal)

……

六、国内航空用铝状况及主要代表公司

在中国，航空铝合金的研制和应用是从20世纪50年代开始的，最初是为了配合飞机维修和仿制的需要。在20世纪80年代中期开始7075、2024、7475等合金的研究工作，但材料的规格远没有达到欧美国家的水平。90年代以后，国内开展了对7A55、6A60、高阻尼铝合金、耐热铝合金以及铝锂合金的研究，但研究水平还不成熟，价格居高不下，与国外先进技术具有较大的差距，飞机用厚板基本上依赖进口。

为替代进口并提升产品附加值，目前国内至少有10家铝板生产企业均着力研究航空用铝厚板的生产技术。

西南铝业、南南铝业、南山铝业等铝企均致力于到2015年为国产大飞机开发和制造航空用厚板。

中国航空用铝企业分布

国内航空用铝主要公司：

西南铝业

南南铝业

南山铝业

东北轻合金

爱励-鼎盛（镇江）铝业

……

参考文献：

刘兵等.《大飞机用铝合金的研究现状及展望》

曹景竹，王祝堂.《铝合金在航空航天器中的应用》

王建国，王祝堂.《航空航天变形铝合金的进展》

张钰.《铝合金在航天航空中的应用》