老化和耐腐蚀 各种介质和大气环境对材料的作用表现为腐蚀和老化。航空航天材料接触的介质是 飞机用燃料如汽油煤油火箭用推进剂如浓硝酸四氧化二氮肼类和各种润滑剂 液压油等。其中多数对金属和非金属材料都有强烈的腐蚀作用或溶胀作用。在大气中受太阳 的辐照风雨的侵蚀地下潮湿环境中长期贮存时产生的霉菌会加速高分子材料的老化过程。 耐腐蚀性能抗老化性能抗霉菌性能是航空航天材料应该具备的良好特性。 适应空间环境 空间环境对材料的作用主要表现为高真空帕和宇宙射线辐照的影 响。金属材料在高真空下互相接触时，由于表面被高真空环境所净化而加速了分子扩散过程， 出现冷焊现象非金属材料在高真空和宇宙射线辐照下会加速挥发和老化，有时这种现象 会使光学镜头因挥发物沉积而被污染，密封结构因老化而失效。航天材料般是通过地面模 拟试验来选择和发展的，以求适应于空间环境。 寿命和安全 为了减轻飞行器的结构重量，选取尽可能小的安全余量而达到绝对可靠的安全寿命，被 认为是飞行器设计的奋斗目标。对于导弹或运载火箭等短时间次使用的飞行器，人们力求 把材料性能发挥到极限程度。为了充分利用材料强度并保证安全，对于金属材料已经使用损 伤容限设计原则。这就要求材料不但具有高的比强度，而且还要有高的断裂韧性。在模拟 使用的条件下测定出材料的裂纹起始寿命和裂纹的扩展速率等数据，并计算出允许的裂纹长 度和相应的寿命，以此作为设计生产和使用的重要依据。对于有机非金属材料则要求进行 自然老化和人工加速老化试验，确定其寿命的保险期。复合材料的破损模式寿命和安全也 是项重要的研究课题。 航空材料的研究与发展 机体材料 机体材料主要包括铝合金钛合金和树脂基复合材料等，发展重点集中在低成本高性 能的树脂基复合材料技术。图是欧洲空中客车飞机的主要用材示例，其中最显著的先进材 料包括铝合金玻璃纤维混杂复合材料，碳纤维复合材料，芳纶纤维复合材料 ，玻璃纤维复合材料以及韧性环氧树脂双马来醚亚胺树脂和聚酚亚胺树脂基 复合材料等，它们 性模量高强度和很好的综合物理性能，所以与般铝合金相比，在强度相当的情况下，密 度降低，而弹性模量提高。因此系铝合金用作结构材料，具有很大的技术 和经济意义。 由于锂的化学性质特别活泼，不但容易与氧气氮气氢气水等化合，还容易 与氧化铝石墨等坩埚材料发生反应。如果采用熔炼法制备铝锂合金，则必须采用铁坩埚并 在氩气氛中进行，须快速搅拌。在合金铸造时也必须特别注意，若采用粉末冶金法其粉末 是利用喷散法进行急冷凝固的，由于粉末易爆炸，所以也需要惰性气体保护。目前大多数 的铝锂合金，都是在铝合金的基础上发展起来的。年发明了第个工业合金， 其组成为 ，后期投人工业 生产的合金则不加锰，集 中于系列。在 合金中，锂与铝形成 相见图，具有固溶 强化和沉淀强化作用。而铜镁 锆等元素与铝形成亚稳定的强化 相相相 相相， 也具有定的强化作用，并能提高 其塑性和韧性。 合金具有很高的强 度和良好的高温和低温性能，其室 温力学性能与般高强度铝合金相当，而高温和低温性能则优于般高强度铝合金。新 合金有很好的超塑成型性能，例如合金，在低速下的超塑延伸率 可达，添加元素和形变热处理能提高其超塑性能。合金的强度延伸率和 断裂韧性等力学性能，均随温度降低而显著提高表列出了合金 型在不同温度下的机械性能，其提高幅度比通常低温下使用的高强铝合金高得多。结 合它的密度，使合金成为种发展潜力很大的低温结构材料，例如用作航天飞行器 中的大型低温液体燃料箱等。各种类型的铝锂合金各有不同的优异性和特点，使它们在航空 航天汽车制造等领域中有着广泛而重要的应用。世界上越来越多的国家正在投入更多的力 量进行合金的研究和开发，如美国的公司和公司正在联合建设年产 万的合金工厂，以满足生产现代长程客机的需要日本各大集团也在联合行动 我国也在组织各研究单位大学和生产厂家开展新合金的研究。用新合金替 代飞机上对应的传统铝合金的目标，可望在世纪前期得到实现。 表合金在不同温度下的机械性能 温度 新代铝合金系合金 概述 系合金是近年来引起人们广泛关注的种新型超轻结构材料。该合金的研制 与应用，标志着半个多世纪以来铝合金领域的重要发展。 锂是种极为活泼且很轻的化学元素，密度为，为铝的，铁的 。锂元素为地球存在较多的金属，同时海水中还有相当大的含量。 在铝合金中加入锂元素，可以降低其密度，并改善合金的性能。例如，添加锂 ，合金密度可减少，比刚度可增加，强度可与媲美。 锂在铝中的溶解度随温度变化而改变。当锂含量大于时，合金的韧性明 显下降，脆性增大。因此，其合金中的锂含量仅为。 系合金具有密度小，比强度高，比刚度大，疲劳性能良好，耐蚀性及耐热性 好等优点在定热处理条件下。但系合金的塑性和韧性差，缺口敏感性大，材料加 工及产品生产困难。 用合金制作飞机结构件，可使飞机减重，可提高飞机的飞行速度 和承载能力。因此，合金是种在航空航天领域中很有竞争力的种新型超轻结构 材料，已受到世人的关注。合金的价格是硬铝价格的倍，若在海水中萃取锂的 技术获得成功，则可得到价格便宜的锂材料。 目前在美国英国法国和前苏联等国家已成功研制出合金并将其用于实际 生产中，已开发的合金大致有三个系列系合金系合金和 系合金等。部分系合金的牌号化学成分和力学性能分别见表 和表。 合金强韧化机制 强化机制合金的强化作用主要来源于析出相强化固溶强化和细化晶粒 强化。锂在铝中有较高的溶解度，并随温度而明显变化，所以合金有明显的时效强化 效应，属于可热处理强化型的铝合金。 合金在时效过程中以弥散质点形式析出的亚稳球形相，为有序超点阵结 构，与基体完全共格，对位错运动具有强烈的阻碍作用，是合金中主要的强化相。 影响合金塑性和韧性的因素二元合金塑性和韧性低，主要与以下 因素有关 前已述及强化相的析出虽有强化作用，但由于强化相的存在，将导致位错在晶界 或夹杂物处塞积，产生应力集中，结果在晶界或夹杂物处萌生裂纹，因此相对 合金的塑性和韧性极为不利。随着锂量增多，合金强度升高，塑性和韧性下降。 晶界附近常形成，相无析出带，特别是晶界处有粗大的平衡相析出时，晶界 相无析出带更明显。无析出带的强度比晶内强度低，当受到外力作用时，首先在无析出带内 屈服，发生局部应力集中，产生严重应变，将导致裂纹萌生。这种裂纹在无析出带内扩展， 产生沿晶断裂。 晶界处存在着粗大的平衡相析出物，常常是裂纹形核的场所，因此，导致合金 低韧性。 形变后的合金，在定温度下会发生再结晶。般认为发生完全再结晶后， 合金的织构亚晶界消失，出现粗大的再结晶组织，对合金的塑性韧性不利。 些杂质元素如钠钾硫等元素不溶于铝，在晶界处偏聚，使晶界弱化而影响 合金的塑性和韧性。 合金化原理二元合金的强度韧性较低，实用意义不大。若加人多种合 金元素，可对析出机制产生影响，改善晶界特性，使合金的强韧性得到提高。 合金中常加入的合金元素有铜镁锆等。 。 合金的热处理 合金的热处理有均匀化退火处理固溶化处理时效及形变热处理等。 合金在加热时，为了防止合金的氧化，通常在保护性气氛中加热采用分级时效，可 改善合金的韧性，并消除其各向异性将固溶处理后的合金进行予冷变形，然后再进行时效 处理，可使时效过程中析出的第二相粒子呈均匀细小弥散分布，并减少无沉淀带宽度， 从而可提高合金的强韧性。 合金的应用 由于锂活泼，使得合金的冶炼和加艺比较复杂，但通过采取些相应 的保护措施，合金仍可采用常规的设备和工艺进行压力加工热处理表面涂层及阳 极化处理等。目前影响合金在实际生产中使用的主要障碍仍然是其塑性和韧性低等缺 点。人们采用快速凝固和粉末冶金等方法制备性能优良的合金。 目前，美英法及东欧等国家已将合金应用于实际生产中。如在波音飞机 战斗机战斗机及新型军用运输机等些结构件上都已成功的采用 等合金制造。英国航空公司预测合金在飞机结构件上的质量占。 我国合金的研究工作起步较晚，目前仍处于研究阶段，距实际应用还有段 距离，相信在不久的将来就会在生产实际中使用。国内些高等院校及研究所等单位正在做 这方面的工作，哈工大自年代初就已做了大量工作。如对系系及 系等合金的时效动力学断裂机制及预冷变形后再进行时效处理等方面进 行研究，并对合金焊接接头的强化机制进行研究。以纤维颗粒等为增 强体的基复合材料是近几年涌现的新材料。为了扩大合金的应用范围，应解 摘要 航空材料泛指用于制造航空飞行器的材料。架军用飞机包括机体发动机几载电子 和火力控制四大部分，架民用客机包括机体发动机机载电子和机舱四大部分。机体材 料和发动机材料是航空材料中最重耍的结构材料，而电子信息材料是航空机载装置中最重要 的功能性材料，但它般不直接算作航空材料。出于航室飞行及其安全性的考虑，航空结构 材料的特点是轻质高强高可靠。飞行器作白个整体，还用到少量非结构性材料，如阻 尼减振降噪密封材料等。 近十几年来，为了适应国防建设和国民经济发展的需要，新代飞行器的不断问世，并 朝着高性能轻重量长寿命高可靠舒适性以及降低制造成本的方向发展，面对着新的 技术要求，必然需要更加先进的材料来支持，这就对各国航空材料提出了严峻的要求。为了 研制高性能新型战机大型军用运输机特种军用飞机和武装直升机，各国政府和军方不断 推出新的研究计划，投入巨额资金，开发先进材料及其专用设备，基本建立了飞机先进材料 发展的基础。 计算机技术的不断发展，精益生产等许多新理念的诞生，使得飞机先进材料处于不断变 革之中，传统技术不断精化，新材料新结构加工成形技术不断创新，集成的整体结构和 数字化材料构筑了新代飞机的主体框架。 随着现代科学技术的发展，航空制造业也发生了巨大的变化。航空业近百年的发展史中， 先进材料的创