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 美國(guó)航空航天局用2050合金厚板制造的火星V（Ares﹣V）航無(wú)器。

2月13日，俄羅斯公布了與我國(guó)攜手打造月球科研站計(jì)劃。日前，雙方正在研究項(xiàng)目技術(shù)落實(shí)事宜。美國(guó)也在運(yùn)作類(lèi)似的課題，進(jìn)展很快，不久美國(guó)月球基地即會(huì)亮相。2021年是人類(lèi)征服火星圓夢(mèng)之年，自從人類(lèi)太空探索開(kāi)始以來(lái)，火星一直是訪問(wèn)量最大的行星之一，美國(guó)的“水手四號(hào)”宇宙飛船早在1964年就發(fā)回了第一批火星表面照片。2021年2月初以來(lái)，3個(gè)國(guó)家（阿聯(lián)酋、中國(guó)、美國(guó)）的探測(cè)器欲登陸火星，阿聯(lián)酋的“希望號(hào)”探測(cè)器已于2月19日進(jìn)入環(huán)火星軌道，創(chuàng)造了歷史；就在第2天，中國(guó)的“天問(wèn)一號(hào)”探測(cè)器緊隨其后進(jìn)行了相同的操作，將于5月份著陸火星。
中國(guó)、美國(guó)、俄羅斯、歐盟、日本、印度、阿聯(lián)酋等國(guó)都已向月球、火星發(fā)射過(guò)或準(zhǔn)備向它們發(fā)射探測(cè)器，為航天鋁材提供了新的需求陣地，高端鋁材及鋁基復(fù)合材料在航天器裝備及發(fā)射火箭系統(tǒng)制造中占有極為重要的地位，是一類(lèi)不可或缺的材料。目前，我國(guó)有多家企業(yè)都能批量制備各種航天鋁材，在火箭用材的凈質(zhì)量中，鋁材占94%以上，在航天器結(jié)構(gòu)用材的凈質(zhì)量中，鋁材及鋁基復(fù)合材料也占到約75%。
鋁材：航天器發(fā)射火箭
和結(jié)構(gòu)零部件的頂梁柱
航天鋁材大體可為兩部分：一是發(fā)射火箭用，二是航天器本身零部件結(jié)構(gòu)用。從航天事業(yè)一開(kāi)始，鋁材及鋁基復(fù)合材料就與航天工業(yè)結(jié)下了不解之緣，不僅獲得了廣泛的應(yīng)用，更是不可或缺的關(guān)鍵材料，雖不能說(shuō)，沒(méi)有鋁就沒(méi)有今天這樣興旺發(fā)達(dá)的航天事業(yè)，但可以毫不夸張地說(shuō)，沒(méi)有鋁合金，像今天這樣驚天動(dòng)地的航天事業(yè)至少要延后二三十年。
在航天器與火箭上用的鋁合金主要有7078型、2024型、Al-Li合金等；火箭發(fā)射用的液氫槽、液氧槽、控制裝置、加固-連接環(huán)等均是用這類(lèi)合金材料打造的。
長(zhǎng)五奔太空 鋁材建殊功
2016年11月3日20時(shí)43分，中國(guó)最大推力新一代運(yùn)載火箭長(zhǎng)征五號(hào)從中國(guó)海南省文昌航天發(fā)射場(chǎng)轟然發(fā)射升天，約30分鐘后進(jìn)入預(yù)定軌道，長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭首次發(fā)射任務(wù)圓滿成功。這一聲劃破長(zhǎng)空的驚天巨響震驚了整個(gè)地球，標(biāo)志著中國(guó)跨過(guò)了航天強(qiáng)國(guó)門(mén)檻，進(jìn)入了世界航天強(qiáng)國(guó)俱樂(lè)部。
長(zhǎng)征五號(hào)火箭是個(gè)貨真價(jià)實(shí)的大塊頭，是個(gè)名副其實(shí)的“胖五”，起飛質(zhì)量約870噸，配12顆“大心臟”——發(fā)動(dòng)機(jī)，起飛推力約10.56MN（1078噸力）；低軌道（近軌道）運(yùn)載能力25噸，高（地球同步轉(zhuǎn)移）軌道運(yùn)載能力14噸級(jí)，越過(guò)了國(guó)際上大型運(yùn)載火箭近地軌道運(yùn)載能力20噸，高軌道10噸的“鴻溝”，可與美國(guó)的宇宙神5、德?tīng)査?、歐洲的阿里安等世界主力大型火箭比翼齊飛，完成了脫胎換骨的升級(jí)換代。
長(zhǎng)征五號(hào)火箭的起飛質(zhì)量870噸，其中液氫（-253℃）與液氧（-183℃）的質(zhì)量占90%，即這兩種燃料的質(zhì)量達(dá)783噸。據(jù)報(bào)道，長(zhǎng)征五號(hào)火箭的研制歷時(shí)10載，突破了以12項(xiàng)重大關(guān)鍵技術(shù)為代表的247項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，其中有多項(xiàng)是關(guān)于鋁合金材料的。在關(guān)鍵技術(shù)中，新技術(shù)比例幾乎占100%，核心技術(shù)全部擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)征火箭的升級(jí)換代，使中國(guó)一躍進(jìn)入航天強(qiáng)國(guó)行列，也為中國(guó)成為鋁加工強(qiáng)國(guó)邁出了堅(jiān)實(shí)的一大步。
長(zhǎng)征五號(hào)火箭各大部件是用什么材料制造的未見(jiàn)媒體報(bào)道，但是可以肯定的是，在結(jié)構(gòu)材料中鋁合金是主流，因?yàn)樾炯?jí)火箭巨大的液氫液氧貯箱，4個(gè)助推器的液氧、煤油貯箱都應(yīng)是用鋁合金制的，只有鋁合金才能在這種極為嚴(yán)峻的條件下工作：一是鋁材的密度小、質(zhì)輕，為鋼密度的30%左右；低溫性能極佳，沒(méi)有低溫脆性，鋁合金的強(qiáng)度與延展性均隨著溫度的降低而同步上升，成為一類(lèi)絕好的低溫結(jié)構(gòu)材料，是很難替代的航空航天材料；可加工與可成形性能好，可焊接性能好，尤其是摩擦攪拌焊（FSW）性能，美國(guó)大型火箭低溫燃料鋁合金貯箱就是摩擦攪拌焊的。
長(zhǎng)征五號(hào)大型火箭的液氫與液氧貯箱是用什么鋁合金焊接的，雖未見(jiàn)媒體報(bào)道，但國(guó)外發(fā)射大型火箭用的液氫、液氧貯箱無(wú)論是美國(guó)，還是日本和歐洲的，都是用2219合金焊接的，所以筆者認(rèn)為，長(zhǎng)征五號(hào)低溫燃料與助燃液氧貯箱也應(yīng)是用2219型鋁合金厚板（＞6mm～≤10mm）焊的，板材應(yīng)是中國(guó)鋁業(yè)集團(tuán)所屬工廠生產(chǎn)的，它們有生產(chǎn)航空鋁材60年的技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)，并通過(guò)了航空航天部門(mén)的認(rèn)證。此外，2015年，無(wú)錫市某公司鍛造的航天配套環(huán)件即是用的2219合金，其外徑達(dá)8.7米、內(nèi)徑為8.32米。
Al﹣Li系合金
美國(guó)除用2219合金制造的低溫燃料箱與航天器結(jié)構(gòu)外，還用2050鋁-鋰合金打造這類(lèi)設(shè)備（見(jiàn)圖）。用2050合金厚板制造的航天構(gòu)件有貨艙頭（bulkhead）、錐體（cone）、筒體（barrel），用的都是厚板。
7050合金及2050合金厚板的拉伸性能，原文用的英制。未予換算，以免失真。表中的1bs/in3=磅/in3，Msi=百萬(wàn)磅/英寸2，Gage=厚度，ksi=千磅/英寸2，%Tot=%總計(jì)，UTSL=縱向抗拉強(qiáng)度，UTSLT=長(zhǎng)橫向抗拉強(qiáng)度，UTSST=短橫向抗拉強(qiáng)度；YS=屈服強(qiáng)度，el=伸長(zhǎng)率。
Weldalite  AI-Li合金家族發(fā)展簡(jiǎn)史，該系合金是肯聯(lián)鋁業(yè)在法國(guó)的軋制廠與在加拿大的研究中心研發(fā)的，歷時(shí)7～10年，原來(lái)主要是為A380飛機(jī)開(kāi)發(fā)的，它們共有5類(lèi)合金：2195、2196、2098、2198、2050，但2050合金是美國(guó)鋁業(yè)公司研發(fā)的，它們各自的特點(diǎn)分別為：
2195合金：Al-4.0 Cu-1.0 Li-0.4 Mg-0.4 Ag-0.1 Zr，是第一個(gè)獲得成功商業(yè)應(yīng)用的AI-Li合金，用于制造航天器低溫燃料槽；
2196合金：Al-2.8 Cu-1.6 Li-0.4 Mg-0.4 Ag-0.1 Zr，密度低，強(qiáng)度高，斷裂韌性高，原是為哈勃望遠(yuǎn)鏡（Hubble）太陽(yáng)能板邊框開(kāi)發(fā)的，商業(yè)飛機(jī)擠壓材；
2098合金：Al-3.5 cu-1.1 Li-0.4 Mg-0.4 Ag-0.1 Zr，原是為HSCT機(jī)身研發(fā)，以及用于制造F16戰(zhàn)機(jī)的耐疲勞抗力機(jī)身和制造空間結(jié)構(gòu)件。
2198合金：AI-3.2 Cu-0.9 Li-0.4 Mg-0.4 Ag-0.1 Zr，用于制造商業(yè)飛行器。
2050合金：AI-3.5 Cu-1.0 Li-0.4 Mg-0.4 Ag-0.4 Mn-0.1 Zr，用于加工厚板，以取代7050-T7451型制造商業(yè)飛行器和登陸車(chē)。2050合金的Cu+Mn含量比2195合金的低，以降低淬火敏感性，而仍有相等的力學(xué)性能。