aluminum-lithium alloy

定义：以铝为基体元素和以锂为第一位或主要合金元素组成的合金。具有高比强、高比刚。

学科：材料科学技术_金属材料_有色金属材料_铝及其合金

相关名词：固溶度 弹性模量 各向异性 韧化

上海，国产大飞机C919在基地内。图片来源：视觉中国

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锂的密度仅为0.53克每立方厘米，每添加1%的锂，铝锂合金的密度降低3%，因此，铝锂合金的轻量化效果明显。锂在铝中的最大固溶度较大（共晶温度下为4.2%），且其与室温固溶度差异很大，因此，具有很大的时效强化潜力，且其第二相具有较高的弹性模量。另外，铝锂合金的另一优点就是强度高和弹性模量高，据统计，每添加1%的锂，弹性模量提高6%。此外，还具有疲劳裂纹扩展速率低、低温性能好和耐腐蚀性良好等特性。因此被认为是21世纪航空工业最理想的轻质高强结构材料。

铝锂合金的研究可追溯到1924年，德国学者在铝锌合金中添加了0.1%的锂，将其命名为司克龙合金，从此掀起了铝锂合金的研究热潮。在近100年的发展历程中，主要经历了四个阶段。第一代铝锂合金产生于20世纪20至60年代，其典型牌号是2020，此合金的生产工艺复杂，断裂韧性较差，使其大规模应用受到限制；第二代铝锂合金诞生于20世纪70年代，是在全球爆发能源危机、轻量化诉求日益强烈的背景下发展的，其典型牌号有1420、2029和8090，主要特点是追求低密度（锂含量普遍>2.0%），然而，因其高锂含量使得合金的力学各向异性特别明显、塑韧性很差；20世纪90年代起开始出现第三代铝锂合金，人们改变片面追求低密度的思路，适当降低锂含量（一般在1.0%～2.0%之间），通过成分设计、热处理和热机械加工实现对铝锂合金充分的强韧化，其典型牌号有2195、2197、1460等；第四代铝锂合金于2009年开始被提出，主要思路是采用多元微合金化、调整铜锂比，锂含量相比第三代合金更低，在疲劳性能、弹性模量、抗裂纹扩展方面保持与第三代合金相当的前提下，具有更高的强度和韧性，典型牌号是2055，其整体综合性能优于目前航空大规模应用的7000系铝合金。

在航空领域应用中，相比其他铝合金，铝锂合金具有更低的密度和更优的综合性能，相比复合材料，铝锂合金具有成形和维修方便、可回收等优点，因此其在航空工业越来越受到青睐。然而，因锂的化学性质活泼，给铝锂合金的发展带来了一些技术挑战，较为突出的是熔体纯净化和液固转变过程中组织缺陷更难控制。

在我国，铝锂合金研发和应用相对缓慢和滞后，近年来，国产大飞机C919和支线客机ARJ21使用了大量铝锂合金，虽然主要来自进口，但这也为我国铝锂合金的研发提供了巨大的机遇和发展动力。

（延伸阅读作者：哈尔滨工程大学超轻材料与表面技术教育部重点实验室教授 巫瑞智）

责任编辑：张鹏辉