铝锂合金是以锂为主要合金元素的新型铝合金。特点是密度低,比强度、比刚度高,耐热性和抗应力腐蚀性能好,可进行热处理强化。
铝锂合金具有低密度、高比强度和比刚度、优良的低温性能和耐腐蚀性以及良好的超塑性等优点。用铝锂合金取代常规的铝合金可使结构质量减轻10%~15%,刚度提高15%~20%,是一种理想的航空航天结构材料。
良好的耐腐蚀性能和卓越的超塑成型性能;其强度、断裂韧性、屈服强度、疲劳性能都是随着温度的降低而提高;它有良好的超塑性,可以制成形状复杂、难以成形的零件,减少劳动强度和减轻结构的重量。用其取代常规的铝合金可使构件质量减轻15%,刚度提高15%~20%,被认为是航空航天工业中的理想结构材料。在该领域,铝锂合金己在许多构件上取代了常规高强铝合金。
从空客A380选材的分布来看,铝合金占的比重,达机体结构重量的61%,因此要实现性能改进,必须开发创新的铝合金材料和工艺技术,具体是提高强度和损伤容限,加强稳定性并提高抗腐蚀能力。空客A380使用了2099、2199、2196等铝锂合金。用于A380的地板梁,如横梁、座椅滑轨、座舱以及应急舱地板结构、电子设备安装架及角形物,可减重几百公斤。俄罗斯下一代窄体客机MS-21将采用复合材料机翼和尾翼,而机身将由先进合金如铝锂合金制成。
但也有许多制约其应用的致命性弱点,如铝锂合金韧性、塑性较常规铝合金低,各向异性较大,热稳定性差等。对此,课题组在主合金成分优化及微合金化方面进行了大量研究,系统研究了多种合金元素在铝锂合金中的存在形式,特别是这些合金元素对铝锂合金微观组织结构的影响和强韧化效果及微观作用机制。
中国课题组在原子和纳米层次分析考察了合金元素和其他原子以及缺陷的交互作用,阐明了铝锂合金成分、微观组织结构和合金性能之间内在联系的物理本质。在此基础上,中国郑子樵教授提出了多相复合协同强韧化的组织模式和调控技术。这不仅使铝锂合金保持了高强度、高刚度的特点,而且显著改善了铝锂合金的韧性、塑性和其它性能。