2022年铝合金行业发展历程回顾

1、2022年铝合金行业发展历程回顾1.乘风而起的人们1.1 铝的规模化生产古代中国人就已经用明矾净水了，古代希腊和罗马人也用明矾作染料和收殓剂。西方人把 明矾叫做 alum，拉丁文的意思是“苦涩的盐”，跟硫酸镁的“泻盐”区分开。有人将碱加入 明矾溶液，得到了白色的沉淀，并在煅烧后的到了白色的粉末，但当时没有人说得清楚这些 粉末和明矾的关系。1754 年，炼金术士马格拉夫发现这种白色的粉末性质和石灰完全不同， 在与硫酸溶解后，蒸发掉水分，就得到了明矾的晶体，因此他推断白色粉末是其中的组分， 将这种白色粉末命名为矾土，并视其为自己的独门绝技；随后 1789 年化学家拉瓦锡和德莫乌将矾土作为化学元素，

2、排进了他们的元素名单中，但 是随后德莫乌自己否定了这一结论，他认为这种化学元素或许不是矾土本身，而是其中的组 分。几十年后，化学家戴维也是受到了德莫乌的启发，从电解碱中寻找新的元素，在他成功 的用电流分解了钠钾镁钙之后，他把目光投向了矾土、石英、锆石以及绿柱石，经过仔细的 研究，他确定这几种物质中有他想要的答案：“我是多么幸运，现在已经有十足的证据证明， 这中间存在我希望的找到的金属元素，我将其命名为：硅、铝、锆、铍。”然而出乎戴维意料 的是，事实上他得到的只不过是铁铝合金，并不是纯净的铝。直到 1825 年丹麦科学家奥斯特 将钾溶解在水银里没让得到的钾汞齐与无水氯化铝反应，从而得到了一团新的

3、金属，这就是 纯净的铝。就这样，一直隐藏在各类化合物中的金属铝，终于以这样的方式与人类见面了。尽管铝在实验室被人们了解，但距离它大规模生产还有很多的问题，其中最为突出的矛盾 就是铝过高的制造成本。尽管法国化学家德维尔尝试用钠替代钾来还原氯化铝，但成本依然 是普通人无法承担的。事实上，直到 19 世纪 80 年代，铝的价格都非常昂贵。在 1855 年的巴黎博览会上，铝作为一种高贵的金属被与王冠上的宝石一同展出，标签上注明“来自黏土的 白银”。在当时，一盎司（30g）铝和普通工人一天的工资差不多。铝在实验室制备的方法主 要存在两个问题，第一，还原铝的化合物是钾和钠，都是很贵的金属，本身也容易受潮，

4、不 易保存，第二，当时电力刚刚使用，电解铝需要达到 2300 度的高温，能耗很高，因此制造成 本居高不下；好在很快人们发现通过加入冰晶石可以有效降低电解铝的熔点，同时西门子的发电机又 大幅的降低了电力成本。1886 年美国的霍尔和法国的埃鲁分别独立的发明了制铝的新工艺， 这种方法被成为“霍尔-埃鲁法”，该工业化一直沿用至今。值得一提的是，霍尔和埃鲁不仅 在毫无交流的情况下独自发明了铝工业化生产的方法，还是同年出生同年去世的缘分，不由 让人感慨造化弄人。随着铝的大规模工业化生产，铝价也逐渐随着各类应用普及开来而降低， 不像刚出现时那样贵如黄金，从而为铝在航空领域的大显身手提供了充分条件。1.2

5、齐柏林飞艇在美国内战时期（1861-1865），费迪南德齐柏林伯爵作为军事观察员，在美国考察。 当他第一次在葛底斯堡战役中体验到氢气球这种高空监视战场的交通工具，这种新奇的体验 给他留下了深刻的印象。他决定自己做一种比载人气球更好的飞行器。退役后的齐柏林决定 改进当时德军装备的热气球，制造一种可以完成长途运输、空中侦察、空中作战等多种用途 的大型飞行器。在体验了多种方案之后，他将希望寄托在飞艇的身上。事实上，齐柏林伯爵 并不是飞艇的发明者，在此之前，德国已经有十多位发明家投入到飞艇的研发过程中，但他们的飞艇却有着非常明显的缺点，那就是操控的不稳定性和本身的脆弱性，本质上仍然是氢 气球，也就是早

6、期的软式飞艇；要解决飞艇结构强度的问题，同时又不能增加太多的重量，齐柏林伯爵将目光投在了当时 方兴未艾的新材料铝上。在齐柏林飞艇出现之前，欧洲大部分的飞艇都是软式飞艇，一 般是一个由胶棉和亚麻布制作的大型气囊。而齐柏林飞艇则完全不同，通过铝制骨架和十几 个充满氢气的气囊，齐柏林飞艇得以兼顾重量和强度。1900 年，齐柏林的 LZ-1 号，终于试 飞成功，此后的所有齐柏林飞艇都在此基础上加以改进。飞艇从而一举成为一战初期德国军 队最有力的武器。1.3 飞行者一号几乎在同一时间，另外一种在当时被人怀疑的新型飞行器，也登上了历史舞台。1903 年 12 月 17 日，在美国北卡莱纳州的一个晴朗的冬天

7、上午，莱特兄弟坐上了那架后来被称为“飞 行者 1 号”的飞行器上。当时受邀见证的只有五人，试飞成功后，莱特兄弟发电报告诉家人 这一好消息，他们的二哥洛林当即拿着电报去找当时代顿市的日报编辑，没想到编辑根本没 当真，后来有人将这件事告诉了美国陆军部，他们也对此不以为然，事实上，在莱特兄弟之 前，就已经有许多航空界的先驱，探索过什么样的飞行器更适合飞行了。莱特兄弟并不是类 似爱迪生那样的专业发明家，他们本来是自行车商，至少在发明创新这块，他们显得有些业 余。当时没有人相信两个普通的自行车商，仅仅使用了 1000 美元，就搞定了那些大名鼎鼎的人前前后后花费数万美金都没有结果的事情；那么，是什么原因使

8、他们能够造出世界上第一款飞机的呢？奥秘就在于，当时的人们造 飞机的主要思路是先造好飞机，然后想如何能够驾驶它，而莱特兄弟的思路则截然不同，他 们决定先学会驾驶飞机然后制造飞机。原来，之前的发明家都没有亲自去高空体会飞翔的感 觉，仅凭借自己的经验和空想来设计飞机，而飞机造好之后就想着如何去适应飞机的飞行， 从来没有想过自己先尝试一下飞行的感觉，寻找突破口。而莱特兄弟则完全不同，没有经验 的他们首先制造了一架滑翔机，然后在北卡莱罗纳州的基蒂霍克试飞，经过多次实验，他们 终于意识到平衡性和轻量化对于飞机升空至关重要；由于当时发动机马力不足，两人重新设计了飞机的发动机，同样面临发动机过重的问题。 无独

9、有偶，得益于铝的工业化生产，使用铝制曲柄发动机在成本相差不多的情况下重量减轻 了一半。于是，莱特兄弟采用铝制造的曲柄发动机就被安装在飞行者一号身上。在 1903 年 12 月 17 日，莱特兄弟改写了航空历史，奥威尔第一次实现了人类历史上真正意义上的飞行，持 续 12 秒，随后威尔伯将这个记录提升至 59 秒。新的材料加新的构思，让人类从此进入了航 空时代。2.硝烟下的熠熠生辉在 20 世纪初的黄金年代里，铝被制成了各种新奇的民用品，包括珠宝、日用品、眼镜、光学仪器和餐具中，铝装点了 20 世纪初繁荣的欧洲，1900 年的巴黎万国博览会，就展出了许 多用铝制成的珠宝和先进的光学仪器。但是流连于

10、美丽的珠宝和精密的仪器之间的人们怎么 也想不到，欧洲大陆即将笼罩在战争的硝烟之中。2.1 一战初出茅庐随着第一次世界大战的打响，世界航空工业迎来了重要发展机遇。除去早期德军使用过 少部分飞艇以外，一战的大部分制空权是由飞机主导的。早期的飞机，大多都是木制的，因 为其轻巧灵便，制作材料用时相对较短，对于发动机的需求也不用很高，当时一台汽车的直 列四缸发动机就足以驱动一架木制的飞机了。但随后人们很快就发现了木制飞机最大的问题， 那就是木制飞机的机翼很怕下雨因为下雨导致木头重量变重，从而无法起飞，因此需要 为飞机储备足够多的机库，而战争中来回变动的防线使得修建大型机库无从谈起，紧张的作 战形式由不得

11、飞机在常年下雨的欧洲大陆上间歇性罢工。因此当时的有识之士就提出要寻找 材料制作防水的飞机；由此，轻质铝飞机的概念被大家提出，但当时的铝受限于较软的材质无法担此大任。随后， 德国科学家威尔姆通过在铝中掺杂少量的铜和镁，提出了铝合金的时效硬化现象，并制造出 人类的第一块硬铝。硬铝的出现使得轻质飞机得以使用铝合金的蒙皮，从而大大拓展了铝合 金在飞机上的应用；于是一战结束后，世界各国纷纷开始探索新型材料，美国铝业作为当时铝制品的生产公 司，也参与了这次对于新材料的探索中。当时的飞机设计对于材料的要求是静强度高，目的 是减轻结构重量的同时，降低载重和航程对于发动机的要求。20 世纪 20 到 30 年代

12、，美国铝 业发明了第一款工业航空铝合金研制的 2017-T4 合金，1924 年德国人将其应用于 Junker F13 飞机，飞机使用的是 170 马力的奔驰 Da 直列六缸发动机 SOHC，这也是世界上第一架全 金属覆盖的商用飞机；此外，除了对于航空用铝的探索以外，一战期间德国等国家出现了钢材短缺，不得不使用 铝作为备选方案，铝在军用水壶、头盔、防毒面具等领域也有许多的应用。1909 年，美国陆 军步兵装备委员会引进了一套完整的野战装具系统，这就是 M1910 装具系统，其中包括了一 个设计容量为 1 夸脱（946 毫升）的铝制水壶，并备有铝制水杯和帆布水壶套。一次世界大战 期间，美国陆军军

13、需部接管了单兵装备的生产，其中包括水壶。1918 年美国军需部与生产商 签署了水壶的生产合同，这些水壶表面进行了磨砂处理，以减少反光。一战期间总共生产了 1000 万到 1100 万只铝制 M-1910 水壶，由于该时期生产的水壶数量太多，因此从一战结束到 20 世纪 40 年代几乎都没有生产新的水壶了；航空工业和铝制军用品的需求井喷带来的铝的供不应求，铝价也出现了大幅上涨，在 1914 年第一次世界大战爆发后价格到达顶点，随后在 1916 年后随着战争中各国对铝矿资源的管制而逐步回落。这一时期的铝矿主要产地是英国、法国等国的殖民地，因此当时的战争双方都 不得不从海外殖民地中运输铝土矿到本国；

14、一战是人类社会上第一次大规模机械化战争。战争中的潜艇、坦克、战车、飞机都是消耗 的各种金属材料，因此战争开始之后各国就迅速封锁了对方的矿产开采、冶炼和加工的来源， 试图通过饥饿封锁来削弱对方。例如 1917 年至 1918 年，德国就通过潜艇破坏英国到其殖民 地的海上供应链以及美国的海运支援。这些举措使得英国被打了个措手不及，相关的钢铁、 铜以及各种合金的供应受到很大影响。于是英国同样对德国也采取了相似的措施，包括贸易 管制等措施，成功切断了德国与其原材料长期供应国玻利维亚的贸易往来。这迫使德国加强 了对铝制品的原料回收，甚至铝制的罐头盒、钟、琴等都被用于回收用于军事。在一战结束 后，各国都加

15、强了对于铝料回收和铝材代替传统金属制品的研究，这进一步加深了铝制品的 渗透率。2.2 铝合金研究的黄金年代随着第一次世界大战结束，对铝合金的研究迎来了黄金时期。1925 年福特公司宣布进军 航空业，设计师亨利福特设计了一个使用三引擎，全金属波纹铝的飞机 4-AT。当时的航空界 对于新材料的渴求非常旺盛，稍微一点的进步和强化都令人激动。波纹铝表面有助于节省重 量和阻力，在当时是现成的材料，这一大胆的设计迅速风靡了航空界；波纹铝在低速阶段具有表面粗糙的优点，这为飞机提供了足够的升力。但是随着飞机发动 机技术的进步，飞机的速度也逐渐增加，波纹铝重量过高和阻力过大的缺陷也暴露出来。于 是人们继续在此基

16、础上为飞机寻找“光滑的皮肤”，以减少因为飞机时速提高带来的边界层 转捩问题。由于边界层转捩，飞机原先的气动布局和升力将发生变化，从而影响性能；为此，1933 年美国铝业集团发明了 2024 合金，这成为了目前较为常用的一种合金，2024 铝合金给飞机结构和性能带来了巨大变化，同时也为 2xxx 系合金奠定了基础。2024-T3 被用 于世界上第一种成功的商业飞机 DC-3 的主体结构材料（全机重量的 90%以上），一共生产了 10564 架，成为铝合金发展史上重要的里程碑。2024 铝合金具有较高的塑性、疲劳寿命、断 裂韧性和抗疲劳裂纹扩展性能，因此主要用于机身、机翼、抗剪肋板和腹板等高强度结

17、构件 上。虽然有抗蚀性较差、材质仍然较软的问题，但是这些缺点可以通过人工时效等方式弥补。图：飞机上的铝合金应用2.3 二战大显神威二战期间美国制造的飞机的数量迅速攀升。1938 年美国全年只生产了 900 架飞机，而 1940 年到 1945 年，这一数字跃升至 30 万架。这中间包括了英国和法国的订单，法国受到战争波 及，二战期间每年只能生产 500 多架军用飞机，而英国每年这一数字也不过 1800 架。二战期 间，美国飞机制造业指数从 1934 年的 32 飙升至 1941 年的 1103。尤其是 1940 年，美国宣布参加第二次世界大战后，当年飞机制造业指数翻了四倍。借助第二次世界大战，

18、美国的军事 实力尤其是飞机制造实力得以快速提升。二战结束后，美国的飞机制造业的基础使其成为当 时世界上少有的航空大国；在此过程中，2024 铝合金被大量用于美国军机的制造中。二战期间，美国制造的军用飞 机上铝合金占到全机重量的 70%，因此总共生产消耗了 30 亿磅的铝。二战前美国的铝主要通 过船只进口苏里南和圭亚那的铝土矿，但战争爆发后海上运输线被切断。此后数年，阿肯色 州的铝土矿产量激增，从 1940 年的 44.6 万吨（占美国总需求的 41%）提高到 1943 年的 633.3 万吨(占美国总需求的 80%)。1914 年到 1920 年，美国铝土矿工业贡献了世界上一半的产能， 在一战

19、刚开始的前两年（1914-1915），美国产能供应占比甚至达到了 94%。二战期间，阿肯 色州提供了美国开采的 90%以上的铝土矿。可以说，美国的铝土矿工业在第一次和第二次世 界大战中都具有世界级的重要性；吸取了第一次世界大战中铝短缺的教训，世界各国都意识到过快增长的需求会导致铝价 格过高从而超过采购的预算，在战前就已经开始了铝资源的准备。德国元首希特勒在战前就 意识到一战期间的铝饥饿的教训，因此他设法在德国建立起完整的铝工业，尽管德国本土并 没有铝土矿，除了位于莱茵费尔登的一家小厂，每年仅能供应 800 吨铝材，德国本土甚至都 没有一家铝加工企业。1943 年，德国控制了奥地利、捷克斯洛伐克

20、、挪威、法国、匈牙利、 南斯拉夫以及意大利等几个欧洲国家的轻金属工业后，德国的铝土矿产能大幅扩张，从原先 一个不重要的位置，上升成为当时最大的铝生产国和消费国（1936 年为 15.5 万吨/年）；随着德国的步伐向外扩张，英国也开始加速铝工业的建设和产能的扩张。由于各种封锁 和德国入侵法国导致铝土矿产量不确定等因素，英国选择发展铝回收工业，在二战期间英国 的回收铝占到其总需求的三分之一。因此航空领域，英国并没有受到战争的影响，其飞机产 量迅速爬升。通过进口加拿大和美国的铝以及自身的铝回收工业，英国的铝加工产能在 1939 年达到 8.3 万吨，1943 年达到 36.3 万吨；而美国同样大量的

21、扩张其产能，1940 年，美国颁布了伟大防御计划的法案，国会拨款 20 亿美元，将全国的发电量提高了 3 倍，从 1934 年年发电量 1000 亿千瓦时到 1945 年接近 3000 千瓦时，这使得当年的铝生产的电力供应充足稳定，欧洲 1941 年以后的铝的产能逐渐减少， 对应的是北美的美国和加拿大的铝及其制成品的市场份额的扩大，到 1943 年，这一比例甚至 高达 60%。美国的铝土矿产能在几年激增，到 1943 年，美国铝加工产能达到了近 90 万吨的巨大数字；苏联一战期间就饱受铝饥饿的困扰，一五计划期间则专门在列宁格勒建造了两座铝冶炼 工厂，以满足国内的需求。苏联认为，“原料是国家安全

22、能力的重要组成部分”。天然资源 在现代战争中具有关键作用。1939 年 1 月至 1941 年 1 月，苏联的铁矿储备增加 5 倍，铜 2 倍，锌 2 倍以上，然而战争期间面对庞大的铝制品需求，苏联仍面临巨大的缺口，以至于斯 大林甚至说出“给我 3 万吨铝，我将赢得这场战争”；同时各国也将强了国内的铝土矿的价格管制，以美国为例，1940 年，美国国会通过了国 际法授权总统禁止或限制军事装备和物资的出口，同时国会通过了价格管制的法案，限制 了本国铝土矿的价格，各国纷纷效仿之下，尽管铝土矿的需求旺盛，但根据年鉴数据统计， 二战期间铝的价格并没有出现大幅上涨，而是保持在恒定的价格，这反映出各国对铝土

23、矿价 格的管制措施有效；3.为了更快更高更强的目标3.1 更高的天空二战前期，军用飞机在大部分巡航时间内飞行员会敞开座舱盖飞行，一方面是螺旋桨活塞 发动机的压缩机和热燃机效率限制了飞机升限，以零式飞机为例，大约升限 4200 米，也就是 对流层中部，而此处的温度大约比地面低 30 度，飞行员完全可以穿厚点的夹克，空气也未稀 薄到一定程度。另一方面，当时的通讯技术不支持密封环境，敞盖设计可以方便飞行员通过 打手势快速协同作战。而二战后期，随着美军装备了更加先进的星型活塞发动机，飞机的升 限达到了上万米，日本的零式飞机再也无法与美军战机匹敌了。而随着封闭式机舱和升限提 高带来的问题就是 2000

24、系铝合金的强度不足以支撑飞机在平流层飞行，而美国铝业公司为此 研发出了第二款航空铝合金7000 系铝合金。7075 高强度合金的目标是提高静强度，虽然 断裂韧性和耐腐蚀性并没有被考虑在内，但 7075 高强度合金仍给飞机制造带来了极大的改 变，原先的开放式的机舱被封闭式的机舱取代，原先中低空飞行的轰炸机和战斗机升限制被 大大提高，由此诞生了美国第一款升限破万米轰炸机 B29。3.2 更快的速度随着美苏冷战铁幕的落下，世界铝合金的发展也步入了美苏科学界各自独立发展竞争的 阶段。两国分别成立了北约和华约联盟，试图构建以美苏为首的世界两极体系，将全球各地 方的势力划分清楚。在划分势力范围的过程中，两

25、国开始思考如何快速进行力量的投射，最 直接的办法就是高速飞机，而活塞发动机由于飞行速度被发动机功率限制，逐步退出了历史 舞台。涡喷发动机迅速发展，很快便出现了亚音速的飞机，通过加装助力燃烧室，飞机得以 冲击音障。然而，这样的速度下，强大的激波阻力和高温的燃烧空间对材料要求更高，人们 急需一种质量更轻、结构强度更高的铝合金来帮助飞机突破音障，于是二战后两国科学家都 开始了对耐热腐蚀和高强合金的研究；1948 年，获悉美国材料情报的苏联同样研制出 B95 铝合金，其配料大致与 7075 合金类似，性能也相差无几。此后，为了在战争中夺取优势，两国在军备竞赛的过程中将铝合金材 料的研制不断推进，在这一

26、时期，先后诞生了许多影响后世的铝合金系列，例如 7075 的 T6 系列、7150 系列合金等。二战结束后，航空界普遍判断下一个潮流是喷气化。德国的 Me-262 是历史上第一种用于 实战的喷气式战斗机，尽管因为材料资源等问题，德国空军的 Me-262 战机数量严重不足，但 是其成果却着实让人震惊，取得了一共击落 300 多架轰炸机和 100 多架其他飞机的战果。随 后前来接收技术的美国和苏联人员被这些技术所震惊，这也成为两国航空技术发展的催化剂， 此后的 F86 和米格 9 都深受德国 Me-262 的影响。但随后苏美也分道扬镳，走上了各自独特的 发展道路；在上世纪四五十年代，当时美国军机的

27、采购大多数情况是这样的：由空军、海军等提出要 更换型号，然后各军工大佬拿出一套飞机的设计，最后拿着样品说服国会掏钱,“我们是多么 需要这样一款战斗机”这就是传统的先开发产品然后创造需求的玩法，是早期喷气式战 斗机研发中常有的一幕。于是最后的结果就是各型号生产商拼拼凑凑一大堆设计方案，涵盖 各种稀奇古怪的气动布局，而对于新材料、新工艺的研究则浅尝辄止，毕竟没有人有动力冒 险尝试新的材料工艺。而被军迷们喜闻乐道的鬼怪（FH-4）的到来，则彻底改变了游戏规 则；图：鬼怪（F4-H）当时在朝鲜战场上一众喷气式飞机无力与米格-15 抗衡的惨烈表现深深的刺激了美国国 防部，于是海军上下决定发奋图强，摆脱统

28、一采购的桎梏，宣布也要搞自己的超音速大飞机， 然而传统的格鲁曼和道格拉斯还没有摆脱传统的思想，固守在 2xxx 系合金和活塞发动机的研 究中。当时海军提出的目标是：“在距离母舰 250 海里处巡逻 2 小时以上，在无法空中加油 的情况下持续飞行 3 小时以上。”这是传统活塞发动机无法达到的，因此对各大飞机厂提出 了新的挑战。1955 年海军注意到了当时年轻有为的麦克唐纳公司，要求其在 F-3H 的基础上， 制造一款双发双座全天候战斗机，武器要全面导弹化。当时的麦克唐纳相比于其他的老前辈， 就好像一个初出茅庐的小伙子，二战期间也没有什么惊艳的机型，此前也从未接到海军的订 单，但正是因为如此，他们

29、才大胆采用了新型的材料 7178 铝合金，这使得他们的飞机的最高 时速达到了 2.8 马赫，最终 F-4H 击败了沃特的 F-8U-3，赢得了海军的全天候舰载导弹发射 平台项目；鬼怪的出现不仅震惊了它的美国竞争对手，对当时的另一大国苏联也是一次不小的冲 击自从撞大运引进了罗罗的 Nene 发动机之后，苏联航空就一发不可收拾，在喷气式飞机 技术上一日千里，眨眼功夫就和美英等老牌航空强国平起平坐。当时世界上仅有的三款量产 破万的喷气式飞机，苏联就有两款（米格-9、米格-15）。事实上，在导弹决定论和速度决定 论的五十年代，美国和苏联可以说亦步亦趋，差距非常小。因此被老对手研制的鬼怪全面超越，这对于

30、骄傲的苏联人来说是一种侮辱。于是，针对鬼怪，米高扬设计局和苏霍伊设计 局各自拿出了自己的设计方案，最终米格凭借三角翼布局的方案击败了后掠翼方案的苏霍伊， 完成了米格的帽子戏法这就是大名鼎鼎的米格 21。米格 21 以轻巧、简单、灵活以及超 音速性能好的特点著称，符合苏联暴力美学的单推大牛拉小车式发动机，让其在航电系统逊 色情况下，用不到鬼怪 1/3 的成本做到了与后者相近的性能，在空中博弈中表现出色。米格 -21 在越战中的精彩表现与苏联研制出的 B95 铝合金密切相关。总的来说，二战后到 50 年代末，是世界航空史中浓墨重彩的篇章，是美苏两国航空技术 发展最为迅速的年代。二战结束后，由于军用

31、需求大幅降低，飞机产能过剩引发了制造商的 焦虑，同时战争中各大飞机制造商赚的盆满钵满，有这个实力将大量的资金投入到新型喷气 式战斗机的研发中。因此这段时期大量新的材料和新的装备交相辉映。这十年内，NASA 主导 的 X 系列项目（X 项目代表前沿试验性项目）的数量超过了战后 60 年所有 X 飞机计划的一半。 在这个黄金十年内，超音速飞机出现并迅速成熟，成为这个时期航空领域最为火热的话题；越战结束后，美苏两国进入了新的交锋，但 70 年代的航空领域并没有太多突破性的创新， 主要以大型航空集团之间的并购和重组为主。不过在此期间，科研领域仍然诞生了引领未来 二十年的方向隐身化。洛克希德公司从 50

32、 年代开始就已经对雷达隐身技术非常感兴趣，终于，1947 年，其在一架 T-33 试验机上整体覆盖了雷达吸波涂层，还在外形上采用了圆滑倒 角工艺，以减少雷达的回波，成功试验了世界上第一款隐身飞机；受益于计算机模拟技术的发展，使得工程师们可以通过数字模拟的方式设计隐身外形，这 种特殊的结构使雷达的回波闪烁不定，无法锁定目标。最后，洛克希德将这项技术运用在了 F-117 隐身战斗机上，从此开创了隐身飞机的时代。而苏联方面似乎对隐身并不看好，60 到 70 年代，苏联推出的几款机型，包括米格 25，苏 27 等，都是朝着更快的速度的目标去的。 当然，不论是哪种路线，新型的铝合金如 7075-T73

33、合金、7049 合金以及 7075 合金都在这些 机型上得到了应用。尽管冷战后期，随着美苏两国把目光投向外太空，航空领域的研究不再 像战后黄金年代那样如火如荼，但航空铝合金一直未曾停止其前进的脚步。3.3 日本轻金属的崛起美苏争霸落幕后的 90 年代，日本材料学迅猛发展，在铝合金的研究上屡获佳绩。事实上， 日本的铝合金工业早在 20 世纪初就已经蹒跚起步了，二战期间逐渐成熟，冷战时期亦步亦趋， 而到了近代则逐渐展现出自己的特色。故事要从 1916 年讲起，当时一架齐柏林飞艇在伦敦坠 毁，驻扎伦敦的日本海军将其中一部分碎片带回日本，并由当时的住友铜业公司进行研究， 这就是日本产业界接触硬铝的开始

34、。随后，受军部所托，日本住友开始尝试研发硬铝技术， 并在多款飞机上加以尝试；二战期间，日本海军对于铝合金的需求很多，大量的舰载机需要一种比美国的 24S 更轻， 同时抗拉强度更强的新型铝合金，于是他们要求住友集团配合开发一款新型的铝合金，在军 部研究所的北原五郎和五十岚勇的支持下，一份全新的铝合金开发计划书被制作出来，上面 详细介绍了预计开发这款合金需要的资金和使用计划等。最终这款合金在 1936 年 6 月被制造 出来，五十岚勇将其命名为锻造用强轻合金；二战前，三菱重工名古屋飞机制造有限公司的设计工程院被要求设计一种在航空母舰上 使用的舰载机，按照当时的眼光来看，这款飞机无疑是超越时代的，时

35、任三菱重工设计主任 的崛越二郎如此描述这款飞机“这是一款超越航空界常识的伟大战机，如果能够达到（设 计要求），那么它将超越蜘蛛蟹（吸血鬼战机，最初定名为 Spider Crab）”。为满足军队的 需求，这款飞机使用了之前三菱战机使用的硬铝 SDH。尽管碰到了许多问题，最终崛越先生还 是完成了这一令对方闻风丧胆的杰作零式战机；图：零式战机战后一段时间内日本的飞机制造和研发被完全禁止。随着朝鲜战争的爆发，日本成为美军 重要的空军维修基地，美国逐渐放开对日本航空铝合金的管制，日本对于铝合金的研究也逐 渐恢复。借助波音的 YX 和 YXX 计划，日本本土的飞机制造商和材料供应商得以迅速发展起 来。之前

36、一直只能生产飞机边缘材料的住友轻金属工业公司也借这机会进入了波音的供货序 列。经过多年积累，1992 年，住友公司终于生产出抗拉强度超过 700Mpa 的超高强度铝合金。 20 世纪 90 年代末，住友公司又开发了新一代的抗拉强度为 760-810MPa 超高强度铝合金，后 来被用于交通运输等要求高强度和耐应力腐蚀的结构件。经过一百多年的努力，日本终于跻 身世界铝合金强国的序列。3.4 铝合金的新挑战21 世纪以来，随着复合材料的崛起，尽管铝合金的制作工艺水平不断进步，但传统的 2000 系和 7000 系合金渐渐的也无法满足军用需求了。尤其是新世纪以来，区域性的政治环境要求 地区大国在区域内

37、拥有更加快速、更加高效的打击能力，因此催生出高超声速发动机的需求。 而高超声速飞机作战过程中的高温高压工况，对于传统铝合金结构来说过于极限，复合材料 则可以在有效降低飞机重量的同时，不断加大结构强度、提高高温高压工况下正常工作的能 力。因此在长期来看或许会对铝合金构成挑战；但即使是铝合金用量在军用战斗机上逐渐降低，但仍不可否认，铝合金仍然是目前航空 航天行业最重要的材料。目前的大型客机，仍然需要大量的 7000 系和 2000 系的铝合金作为 主要的合金组分，因此，他们仍然能在民用航空领域发光发热；从一战的木头飞机到黄金年代的全金属商用飞机，从二战的敞篷机舱到战后的高速飞机， 从冷战的超音速飞

38、机到现代的高超声速飞机，航空工业的更快更高更强的目标，始终伴随着 铝合金的强度、耐热性和重量的改进而不断实现突破。同时铝合金的进步也指引了航空工业 努力的方向，因此航空铝合金的发展史始终与航空工业的发展密切相关。4.岁月静好下的光彩随着二战后军用铝制品需求的减少和经济的复苏，战场上所向披靡的“航空之子”铝合金同样需要铸剑为犁。在工业化制铝之前，铝被人们认为是非常珍稀的金属，拿破仑对铝情 有独钟，他在宴会上用铝制叉子招待客人，在当时的人们看来，这是一种至高无上的礼遇。 甚至在拿破仑的加冕仪式上的那顶皇冠，都是用铝做的。在那个年代，铝可谓是价格最为昂 贵的金属，黄金和铝相比都显得微不足道，200

39、公斤的黄金才等于一斤铝，拿破仑作为皇帝， 人生中最重要的加冕仪式中，使用当时世界上最珍贵的金属，自然是再合适不过。而随着电 解铝工艺工业化后，铝受益于航空行业的腾飞，在战争中发挥了不可磨灭的作用。随着铝产 能的扩大，铝的生产成本也不断走低；战后，大量的铝加工的工厂转型做民品。先锋的年轻人首先接受了这一“飞在空中的金 属”。20 世纪 30 年代，金属家具已经流行起来，尽管社会上并没有多少人愿意尝试铝制的家 具，但以沃伦麦克阿瑟为代表的先进派就已经尝试将这些铝制品用在除了他的战场以外的地 方，比如他的办公椅。随后，20 世纪 50 年代，大众消费逐渐兴起，一位二战老兵设计并制造 了最初的草坪椅。这位名叫弗雷德里克阿诺德的前 P38 战斗机飞行员提出了简化现有可折叠 椅子的想法。在前往教堂做礼拜的过程中，他萌生出了使用战争中