鋁-鋰合金除含Li外，還含Cu、Mg、Mn、Si、Zn等主要合金元素，以及Zr、Sc、Ce、Ag等微合金化元素。鋰是地球上最輕的金屬元素，向鋁中每添加質(zhì)量分數(shù)為1%Li，可降低該合金密度3%、彈性模量上升5%～6%。鋁-鋰合金是近40多年來發(fā)展最快的一種輕量化結(jié)構(gòu)材料，具有低密度、高的彈性模量、比強度、比剛度、疲勞強度、可焊性等，用其取代傳統(tǒng)高強度鋁合金可使結(jié)構(gòu)質(zhì)量減輕10%～20%，剛度提高15%～20%。
凡是含有合金化元素鋰的鋁合金都稱鋁-鋰（Al-Li）合金，不管其含量多少，截至2019年年底，全世界注冊的Al-Li合金約60個，其中：在美國鋁業(yè)協(xié)會公司（AA）注冊的38個（2×××系的33個、8×××系的5個，常用的34個，非常用的4個）；在俄羅斯ГOST注冊的約15個（AI-Mg合金基的10個，Al-Cu合金基的5個）；其他國家的約10個。在這60多個合金中，含Li量最低的是2018合金，只有0.50%～1.00%，而含Li量最高的是1999年注冊的英國合金8024，為3.4%～4.2%，俄羅斯的1420合金，為4.5%～6.0%?？磥?，在鋁-鋰合金中，鋰含量宜≥0.50%與≤6.5%。最后，順便說一句，Al-Li合金最好寫為鋁-鋰合金，不要寫成“鋁鋰合金”。
國外鋁-鋰合金發(fā)展概要
按照Al-Li合金的發(fā)展可分為4個階段，上世紀20年代中期至50年代末為第一階段，研發(fā)的合金可認為是第一代。德國是鋁-鋰合金的誕生地，1924年在德國出現(xiàn)了世上首個名為“斯克萊龍（Scleron）”的合金，由于性能沒有得到全面的改善，僅其硬度比2024合金的略高些，同時，由于熔煉技術(shù)的制約，沒有形成生產(chǎn)能力和應(yīng)用，幾年后銷聲匿跡，它的質(zhì)量分數(shù)為Al-12%Zn-3%Cu-0.6%Mn-0.1%Li。1957年，美國鋁業(yè)公司推出2020合金（1.1%Li-4.5%Cu-0.5%Mn-0.2%Cd，其余為Al及不可避免的雜質(zhì)），此合金于1974年11月列入非常用合金（inactive alloy），1961年，蘇聯(lián)研發(fā)出BAD23合金（0.9%～1.4%Li、4.8%～5.8%Cu、0.4%～0.8%Mn、0.1%～0.25%Cd、0.15%Fe、0.1%Si，其余為Al）。
2020合金在美國海軍RA-5C預(yù)警機上獲得應(yīng)用，用于制造機翼蒙皮和尾翼水平穩(wěn)定面，減重6%。不過2020合金和BAD23合金的塑性低、缺口敏感性高，加工困難，成品率低，無法滿足航空工業(yè)的需求，應(yīng)用受到限制，2020合金于1974年11月7日被列為非常用合金，BAD23合金的命運也如此。
20世紀70年代中期（1973年開始）世界石油危機以來，裝備輕量化要求提上日程，Al-Li合金被重新重視，獲得了迅猛發(fā)展，各大鋁業(yè)公司紛紛加大投入，碩果累累。美國鋁業(yè)公司于1984年注冊了2090合金；英國的加拿大鋁業(yè)公司（Alcan）于1985年注冊了8091合金，歐洲鋁業(yè)協(xié)會（EAA）1984年注冊了8090合金，前者含2.4%～2.8%Li，后者含2.3%～2.7%Li；蘇聯(lián)也研制成功了1420合金，其成分為（質(zhì)量%）：1.9～2.9Li，4.5～6.0Cu，0.08～0.15Zr，0.2Fe，0.15Si，0.005Na，其余為AI，在蘇聯(lián)的米格-29、蘇-35等戰(zhàn)斗機上和一些遠程導(dǎo)彈彈頭殼體上獲得應(yīng)用。
這些第二代Al-Li合金的不足之處是：抗拉強度普遍不高，一般都＜500MPa；各向異向較為突出，短橫向強度更低，裂紋敏感性大；熱穩(wěn)定性差，不能在80℃～100℃長期工作,否則脆性增加；可焊性差；加工成形性低。因此，第二代Al-Li合金在與7×××系合金的較量中，敗下陣來。除蘇聯(lián)的1420合金外，其它的都很少獲得實際應(yīng)用。
加拿大鋁業(yè)公司已于2007年被力拓（Rio Tio）公司收購，從此不再以加鋁的名義進行商業(yè)活動，但有時有稱力拓-加鋁（Rio Tio-Alcan）的。在此期間，美國的雷諾茲金屬公司（Reynolds metals）、凱撒鋁業(yè)公司，法國的普基鋁業(yè)公司（Pechnery Aluminium）、蘇聯(lián)都對Al-Li合金進行了較大規(guī)模的研發(fā)，涌現(xiàn)出一批新型的Al-Li合金，如2050、2195、2196、2297、2397、2098、2198、2099、2199、Weldalite 049、1460合金，它們都是美國研發(fā)的，法國研發(fā)并注冊的有2065、2076、2091與2298合金，這些第三代合金在航空航天器上都獲得了不同程度的應(yīng)用。雷諾茲金屬公司2008年被美國鋁業(yè)公司兼并，早在12年前法國普基鋁業(yè)公司被加拿大鋁業(yè)公司收購，所以這家被稱為“法鋁”的公司早已煙消云散，不存在于世了。
這些第三代鋁-鋰合金曾一度獲得較為廣泛的應(yīng)用：2195合金是最先得到商業(yè)應(yīng)用的，用于制造發(fā)射航天器的火箭低溫燃料箱；2196合金不但具有低的密度、還有高的強度與斷裂韌性，原為哈勃望遠鏡太陽能板邊框研發(fā)，之后其擠壓材用于制造商用飛機結(jié)構(gòu)件；2098合金是為休斯通訊衛(wèi)星終端（HSCT）研發(fā)的，因其具有的疲勞性能高，后用于制造F-16型機的機身和空間（Space）X公司獵鷹火箭燃料箱；2198合金薄板在商用飛機結(jié)構(gòu)制造中獲得較多應(yīng)用；2050合金厚板用于取代7050-T7451合金制造商用飛機結(jié)構(gòu)和發(fā)射車，2050合金的Cu＋Mn含量比2195合金的低，因而淬火敏感性下降，有利于厚板生產(chǎn)。
第三代AI-Li合金是一代性能優(yōu)秀的航空航天材料，使科學(xué)家認識到，只要成分設(shè)計合理，工藝路線和參數(shù)制訂正確，就可以制備性能更好的合金。第三代AI-Li合金的特點：適當?shù)拿芏冉档停瘸Ｒ?guī)鋁合金的低5%～8%；強度-韌性平衡更佳；優(yōu)良的耐磨性、抗疲勞性能；各向異性??；抗腐蝕；熱穩(wěn)定性好，有高的抗熱性；加工成形性好，適于激光焊、摩擦攪拌焊；以及更高的性價比。
第三代鋁-鋰合金中最亮的那顆“星”是美國肯聯(lián)鋁業(yè)公司（Constellium）設(shè)在法國的伊蘇瓦爾鋁業(yè)公司與設(shè)在加拿大蒙特利爾的研發(fā)中心研發(fā)的AirwareTM鋁-鋰合金最具代表性。AirwareTM包含3個2×××系鋁-鋰合金及其材料的加工工藝，是專為A380飛機的制造研發(fā)的（主要是2195和2050合金）。第三代鋁-鋰合金的綜合性能與傳統(tǒng)的鋁合金、碳纖維增強塑料、格拉爾（GLARE）層壓板相比具有明顯的優(yōu)勢，因而在航空航天器零部件制造中獲得了相當廣泛的應(yīng)用。2099合金結(jié)構(gòu)件在空客公司A380大飛機制造中大量使用：機身、地板橫梁、座位滑軌用的是2099-T83擠壓材；機翼縱梁用的是2099-T8E67擠壓材，地板梁為2099-T8511擠壓型材，座椅導(dǎo)軌、輔助導(dǎo)軌、緊急艙地板等也都是用此合金制造的，2099-TBE77板材用于制造其它零部件。2199合金薄板用以制造A380-F頭部和中部機身蒙皮，取代部分2524合金，減重350kg，并用于制備A350機身蒙皮。
美國航空航天局（NASA）制造的奧利安（Orion，希臘神話中的羅馬獵神）載人飛船載人艙，是用肯聯(lián)鋁業(yè)公司的第三代Al-Li合金厚板制造的，2014年12月發(fā)射。中國C919大飛機中段的等直段（7.45m長、4.2m寬）是用從美國鋁業(yè)公司進口的Al-Li合金制造的，板材來自美國達文波特軋制廠，擠壓材來自該公司設(shè)在韓國的一個工廠，等直段是中國航空工業(yè)集團南昌洪都飛機制造廠生產(chǎn)的，2010年12月7日下線，是C919客機七大部段之一。
除美國幾乎壟斷了工業(yè)發(fā)達國家Al-Li合金的研發(fā)與生產(chǎn)外，日本也在加緊研發(fā)、生產(chǎn)與推廣應(yīng)用方面的工作，建成了4t級的鋁-鋰合金真空熔煉-鑄造生產(chǎn)線。2000年用H-ⅡA火箭發(fā)射的往返航天器Hope－X的主體是采用鋁-鋰合金制造的，1998年～2002年建設(shè)的國際空間站日本艙內(nèi)的一些零部件也用Al-Li合金打造。
蘇聯(lián)/俄羅斯在Al-Li合金研究、生產(chǎn)和應(yīng)用方面一直居世界先進水平，其規(guī)模僅次于美國。發(fā)射航天器的火箭低溫燃料貯箱采用Al-Li合金制造，例如“能源號”運載火箭的液氫、液氧貯箱用1460合金制造，箱體直徑8m，分箱體長度分別為40m和20m，真夠壯觀。
美國和俄羅斯
分道揚鑣發(fā)展鋁-鋰合金
由以上的介紹可看出，在發(fā)展鋁-鋰合金方面世界可以分成兩大陣營，美國、日本和加拿大發(fā)展的是含鋰的2×××系合金，不沾邊含鋰的5×××系合金，而俄羅斯則一心發(fā)展含鋰的5×××系合金，也間或涉及一下含鋰的2×××系。英國、意大利、韓國雖有生產(chǎn)鋁-鋰合金的工廠，但是這些工廠都不是所在國的，例如英國基茨格林軋制廠（Kitts Green Works）、意大利富西拉軋制廠(Fusina Works)，他們都生產(chǎn)板材，韓國的一個廠生產(chǎn)擠壓材，此三廠都是美國豪梅特航空航天公司（Howmet Aerospace Inc.）的獨資子公司，該公司是2020年4月1日從奧科寧克鋁業(yè)公司（Arconic Corporation）分離出來的，分管工程產(chǎn)品與鍛件，而奧科寧克鋁業(yè)公司則負責通用鋁材加工與銷售。
法國的伊蘇瓦爾鋁業(yè)公司是美國肯聯(lián)鋁業(yè)公司的獨資子公司，負責生產(chǎn)鋁-鋰合金與工藝制訂，AirwareTM鋁-鋰合金就是該廠的產(chǎn)品，但研究工作由在法國的沃雷普（Verop）研究所與在加拿大蒙特利爾（Montreal）技術(shù)中心進行，這3個單位歷時6年半研發(fā)與生產(chǎn)了A380飛機所需的全部AI-Li合金材料。伊蘇瓦爾鋁業(yè)公司是歐洲最大的Al-Li合金板材生產(chǎn)廠，歐洲航空航天工業(yè)用的鋁-鋰合金板帶材的40%左右是該廠生產(chǎn)的，而Al-Li合金板材的70 %以上由該廠提供。
為了滿足未來航空航天工業(yè)對Al-Li合金的需求，美國鋁業(yè)公司/奧科寧克公司除了加強研發(fā)工作外，二三年前對在全世界的Al-Li合金生產(chǎn)線進行了大規(guī)模的改擴建，使2018年的生產(chǎn)能力比2016年的翻了一番：它們是達文波特（Davenport）軋制廠、拉斐特（Lafayette）鍛造擠壓廠、朗維（Longview）鋁業(yè)公司（原屬雷諾茲金屬公司，2003年被美國鋁業(yè)公司兼并）；英國基茨格林公司，意大利富西納鋁業(yè)公司，基茨格林軋制公司成為一個專業(yè)Al-Li合金厚板軋制廠。Al-Li合金鑄錠生產(chǎn)都集中到拉斐特鍛造擠壓廠，鑄錠生產(chǎn)能力＞20kt/a，是世界最大者，可鑄造世界最大直徑的錠。
另外，凱撒鋁業(yè)公司對特倫特伍德（Trent wood）軋制廠、肯聯(lián)鋁業(yè)公司對西弗吉尼亞州的雷文斯伍德（Reves Wood）軋制廠和在法國的伊蘇瓦爾軋制廠的鋁-鋰合金生產(chǎn)線都作了現(xiàn)代化的技術(shù)改擴建，特別對伊蘇瓦爾廠的改造更為徹底，生產(chǎn)能力擴大了三倍，成為工業(yè)發(fā)達國家第二大AI-Li合金板帶軋制廠。
愛勵鋁業(yè)公司在德國的科布倫茨（Koblenz）軋制廠也生產(chǎn)Al-Li合金材料，但不成規(guī)模。
蘇聯(lián)及俄羅斯在Al-Li合金研發(fā)與生產(chǎn)方面并不比美國遜色，是全球第二大生產(chǎn)與應(yīng)用大國，而且自成體系，特別是在Al-Mg-Li合金生產(chǎn)研發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域獨樹一幟，其中，最典型的是1420合金（1.9%～2.3%Li，4.5%～6.0%Mg，0.08%～0.15%Zr，其余為Al），1965年定型，可以生產(chǎn)板帶材、擠壓材與鍛件等，1971年成為輕型直升機的主要結(jié)構(gòu)材料，1980年以后在MIG-29、SU-27、SU35等超聲速殲擊機上得到應(yīng)用，至今仍是俄羅斯航空航天器的主要Al-Li合金材料。
蘇聯(lián)/俄羅斯在大力發(fā)展Al-Mg-Li合金的同時，也未放松對Al-Cu-Li系合金的研發(fā)，所開發(fā)的1450鋁-鋰合金成分與美國的2090鋁-鋰合金相似，但材料的熱處理工藝更加著重其綜合性能的發(fā)揮。20世紀80年代，蘇聯(lián)又推出性能更加優(yōu)秀的Al-Cu-Li系合金1460，它的強度更高一些，同時，還有優(yōu)越的低溫性能與可焊性，韌性也更好一些，是焊接火箭燃料液氫、液氧貯箱的良好材料，它的其它性能與美國的2095、2195等Al-Li合金的相當。1996年以后，俄羅斯開始實施更為全面與系統(tǒng)發(fā)展Al-Li合金的規(guī)劃。蘇聯(lián)/俄羅斯研發(fā)Al-Li合金的工作主要集中在輕金屬研究院，主要領(lǐng)導(dǎo)人為弗里德良捷爾院士，而材料生產(chǎn)則主要在烏拉爾地區(qū)的卡緬斯克（kamensk）鋁加工公司。蘇聯(lián)的1421、1423、1460鋁-鋰合金還含有0.05%～0.21%Sc，也是他們的Al-Li合金的一個特點，美國的Al-Li合金不含這個稀土元素。俄羅斯在10t感應(yīng)爐內(nèi)氬保護下熔煉，在氬保護下注入真空攪拌爐內(nèi)除氫，氬保護鑄造，扁錠尺寸：（225～400）mm×（950～1160）mm×（2500～4500）mm。
