2024年6月3日发(作者：南门陶宜)

锂

1发现历史

第一块锂矿石，透锂长石（LiAlSi₄O₁₀）是由巴西人Jozé Bonifácio de Andralda

e Silva在名为Utö的瑞典小岛上发现的，在18世纪90年代。当把它扔到火里时会发出

浓烈的深红色火焰，1817年由瑞典科学家阿弗韦聪分析了它并推断它含有以前未知的金属，

他把它称作锂。他意识到这是一种新的碱金属元素。然而，不同于钠的是，他没能用电解法

分离它。1821年William Brande电解出了微量的锂，但这不足以做实验用。直到1855年

德国化学家 Robert Bunsen和英国化学家Augustus Matthiessen电解氯化锂获才得了大块

的锂。锂在地壳中的含量比钾和钠少得多，它的化合物不多见，是它比钾和钠发现的晚的必

然因素。

锂，原子序数3，原子量，是最轻的碱金属元素。自然界中主要的锂矿物为锂辉石、锂

云母、透锂长石和磷铝石等。在人和动物机体、土壤和矿泉水、可可粉、烟叶、海藻中都能

找到锂。天然锂有两种同位素：锂6和锂7。

金属锂为一种银白色的轻金属；熔点为°C，沸点1342°C，密度克/厘米³，硬度。金

属锂可溶于液氨。

锂与其它碱金属不同，在室温下与水反应比较慢，但能与氮气反应生成黑色的一氮化三

锂晶体。锂的弱酸盐都难溶于水。在碱金属氯化物中，只有氯化锂易溶于有机溶剂。锂的挥

发性盐的火焰呈深红色，可用此来鉴定锂。

锂很容易与氧、氮、硫等化合，在冶金工业中可用做脱氧剂。锂也可以做铅基合金和铍、

镁、铝等轻质合金的成分。锂在原子能工业中有重要用途。

2含量分布

在自然界中，主要以锂辉石、锂云母及磷铝石矿的形式存在。

锂在地壳中的自然储量为1100万吨，可开采储量410万吨。2004年，世界锂开采量

为20200吨， 其中，智利开采7990吨，澳大利亚3930吨，中国2630吨，俄罗斯2200吨，

阿根廷1970吨。

锂号称“稀有金属”，其实它在地壳中的含量不算“稀有”，地壳中约有%的锂，其丰

富度居第二十七位。已知含锂的矿物有150多种，其中主要有锂辉石、锂云母、透锂长石等。

海水中锂的含量不算少，总储量达2600亿吨，可惜浓度太小，提炼实在困难。某些矿泉水

和植物机体里，含有丰富的锂。如有些红色、黄色的海藻和烟草中，往往含有较多的锂化合

物，可供开发利用。中国的锂矿资源丰富，以中国的锂盐产量计算，仅江西云母锂矿就可供

开采上百年。

3物理性质

银白色金属。质较软，可用刀切割。是最轻的金属，比所有的油和液态烃都小，故应

存放于液体石蜡、固体石蜡或或白凡士林中(在液体石蜡中锂也会浮起)。

锂的密度非常小，仅有cm³，为非气态单质中最小的一个。

因为锂原子半径小，故其比起其他的碱金属，压缩性最小，硬度最大，熔点最高。

温度高于-117℃时，金属锂是典型的体心立方结构，但当温度降至-201℃时，开始转

变为面心立方结构，温度越低，转变程度越大，但是转变不完全。在20℃时，锂的晶格常

数为Å，电导约为银的五分之一。锂容易的与铁以外的任意一种金属熔合。锂的焰色反应

为紫红色。

同位素

锂共有七个同位素，其中有两个是稳定的，分别是 Li-6和Li-7，除了稳定的之外，

半衰期最长的就是Li-8，它的半衰期有838毫秒，接下来是Li-9，有毫秒，之后其他的同

位素半衰期都在毫秒以下。而Li-4是所有同位素里面半衰期最短的同位素，只有 ×10

秒。

Li-6捕捉低速中子能力很强，可以用来控制铀反应堆中核反应发生的速度，同时还可

以在防辐射和延长核导弹的使用寿命方面及将来在核动力飞机和宇宙飞船中得到应用。Li-6

在原子核反应堆中用中子照射后可以得到氚，而氚可用来实现热核反应。Li-6在核装置中

可用作冷却剂。

-23

4化学性质

锂是金属活动性最强的金属（金属性最强的金属是铯），它的化学符号是Li，它的原

子序数是3，三个电子其中两个分布在K层，另一个在L层。锂是所有金属中最轻的。因为

锂的电荷密度很大并且有稳定的氦型双电子层，使得锂容易极化其他的分子或离子，自己本

身却不容易极化。这一点就影响到它和它的化合物的稳定性。

常温下，在除去二氧化碳的干燥空气中几乎不与氧气反应，但在100℃以上能与氧生成氧化

锂，发生燃烧，呈蓝色火焰，但是其蒸汽火焰呈深红色，反应如同点燃的镁条一样，十分激

烈、危险；尽管它不如其他碱金属那样容易燃烧，但是它燃烧起来的猛烈程度却是其他碱金

属所无法比的，就如同镁燃烧比钠燃烧更激烈一样。氧族其它元素也能在高温下与锂反应形

成相应的化合物。锂与碳在高温下生成碳化锂。

虽然锂的氢标电势是最负的，已经达到，但由于氢氧化锂溶解度不大而且锂与水反应时

放热不能使锂融化，所以锂与水反应还不如钠剧烈，反应在进行一段时间后，锂表面的氮氧

化物膜被溶解，从而使反应更加剧烈。在500℃左右容易与氢发生反应，产生氢化锂，是唯

一能生成稳定得足以熔融而不分解的氢化物的碱金属，电离能电子伏特，与氧、氮、硫等均

能化合，是唯一的与氮在室温下反应，生成氮化锂的碱金属。锂很软，可以用小刀轻轻切开，

新切开的锂有金属光泽，但是暴露在空气中会慢慢失去光泽，表面变黑，若长时间暴露，最

后会变为白色。主要是生成氧化锂和氮化锂，氢氧化锂，最后变为碳酸锂。块状锂可以与水

发生反应，粉末状锂与水发生爆炸性反应。

如果将锂丢进浓硫酸，那么它将在硫酸上快速浮动，燃烧并爆炸。如果将锂和氯酸钾

混合（震荡或研磨），它也有可能发生爆炸式的反应。

锂的一些反应的化学反应方程式叙述如下：

2 Li + O = Li₂O （反应条件：自发反应，或者加热，或者点燃）(燃烧猛烈）

6 Li + N₂ = 2 Li₃N（反应条件：自发反应，或者加热，或者点燃）

2 Li + S = Li₂S （该反应放出大量热，爆炸！）

2 Li + 2 H₂O = 2 LiOH + H₂↑（现象：锂浮动在水面上，迅速反应，放出氢

气）

2 Li + 2 CH₃CH₂OH(乙醇) = 2 CH₃CH₂OLi(乙醇锂) + H₂↑

4 Li + TiCl₄ = Ti + 4 LiCl

2 Li + 2 NH₃(l.) = 2 LiNH₂ + H₂↑

氢化锂遇水发生猛烈的化学反应，产生大量的氢气。两公斤氢化锂分解后，可以放出

氢气566千升。氢化锂的确是名不虚传的“制造氢气的工厂”。第二次世界大战期间，美国

飞行员备有轻便的氢气源——氢化锂丸作应急之用。飞机失事坠落在水面时，只要一碰到水，

氢化锂就立即与水发生反应，释放出大量的氢气，使救生设备(救生艇、救生衣、讯号气球

等)充气膨胀。

5锂矿的提取法

硫酸盐法

锂辉石和硫酸钾一起烧结，钾将锂置换出来，形成可溶于水的硫酸锂。

2LiAl(SiO

3

)

2

+ K

2

SO

4

= Li

2

SO

4

+ 2KAl(SiO

3

)

2

硫酸盐分解法在很长一段时间是工业制备锂的唯一方法。此方法不仅适用于锂灰石，也可以

用来处理锂云母。

石灰法

将石灰或石灰石与锂矿石一起烧结，然后用水处理，浸去液经过多次蒸发，既可以从中结晶

析出氢氧化锂。反应式如下，反应温度为1000℃：

2LiAl(SiO

3

)

2

+ 9CaO = Li

2

O + CaO·Al

2

O

3

+ 4[2CaO·SiO

2

]

这个方法的优点是：

1． 适用性强，能够分解几乎所有的锂矿石。

2． 反应不需要稀缺原料，石灰和石灰石均较便宜且容易获得。

这个方法的缺点是：

1． 要求精矿中含锂量很高，因为在烧结时会使精矿贫化。

2． 因为浸取后得到的是稀溶液，因此蒸发会消耗大量的热量并且花费很多时间。

硫酸法

首先提出此方法的是和，此方法适用于β-锂辉石和理云母。原理如下，反应温度为

250-300℃：

2LiAl(SO

3

)

2

+ H

2

SO

4

= Li

2

SO

4

+ H

2

O·Al

2

O

3

·4SiO

2

此反应的关键问题是只能与β-锂辉石反应，对于α-锂辉石，硫酸无法与之反应。用硫酸

直接分解未经锻烧的锂辉石，提取出来的锂仅占总量的4%。

天然卤水的提取

锂的来源也包括天然卤水和某些盐湖水。加工过程是将锂沉淀成Li

2

NaPO

4

，再将其转变为碳

酸锂，即可以作为来源来加工其他锂化合物了。加工天然卤水还可以得到硼砂、碳酸钾、氯

化钠、硫酸钠和氯化镁等。

[4]

6金属锂的制备

电解法

锂可由电解熔融的氯化锂而制得。Guntz首先建议用电解熔融的氯化锂和氯化钾的混合物来

制备金属锂，这样可以把熔融温度从单质锂的610℃降低到400℃。以石墨为阳极，以低

碳钢为阴极，电解槽压为。这样就可以得到纯度为99%的锂。

Li + e → Li

2Cl → Cl

2

+ 2e

2LiCl

(l)

→ 2Li

(s)

+ Cl

2(g)

电解法制得的金属锂通常含有机械杂质（例如Na、K、Mg、Ca、Fe、Si和Al等），因此需

要提纯；杂质可以重新熔融在借助比重不同除去，不容易除去的钠和钾可以通过氢化法除去。

热还原法

3Li

2

O + 2Al = 6Li + Al

2

O

3

—千卡

2Li

2

O + Si = 4Li + SiO

2

—千卡

因为还原氧化锂是吸热反应，再加上金属锂的性质十分活泼，所以反应只能在高温和高真空

中进行。

−−

+

−

[8]

铝锂合金

1 发展回顾

铝锂合金自问世以来已有80 多年的发展历史，其研发历史大致可分为3 个阶段。

初步发展阶段

早在1924 年，德国科研人员把少量Li(仅为%) 作为合金元素加入到Al-Cu-Ni-Zn系合金

中，成功研发了第一个含锂的铝合金-Scleron 合金，但Scleron 合金的问世并未引起足够

重视[4]；1942 年美国Alcoa 公司申报了第一个工业用铝锂合金专利-2020 合金专利，该合

金不仅力学性能得到改善，同时具有优良的耐蚀性和疲劳性能。美国用其取代了海军

RA-5Cvigitante 军用飞机主翼上、下蒙皮和垂直尾翼上的部分7075合金构件， 使飞机减重

6%，单架减重73kg，该机型共生产177 架，服役近20 年，开创了铝锂合金应用的先河。但

因该合金断裂韧性低、缺口敏感性高，不能满足飞机结构的损伤容限要求，于1969 年停止

生产[5]。与此同时，前苏联、英、法等国也同时开展了对铝锂合金的研究。前苏联于1961 年

研发成功类似2020合金的Al-Cu-Li-Mn 系BAД23合金，同样因损伤容限性能不达标，未能在

飞机上正式使用[6]。此后，铝锂合金的发展进入停滞期。

大发展阶段

20 世纪70 年代铝锂合金进入大发展阶段，这一时期随着航空工业的快速发展， 对材

料性能的要求越来越高。与此同时， 该时期爆发的石油危机迫使航空工业必须减轻飞行器

重量以降低航运成本，这个要求虽然对航空工业带来了巨大的压力， 但也使高强度、高弹

性模量、低密度的铝锂合金重新引起各国广泛重视。本阶段的研制目标是使其替代飞行器中

广泛应用的2XXX 系和7XXX 系铝合金。这一时期出现了众多有代表性的铝锂合金： 前苏联

研制成功了Al-Mg-Li系中强、可焊的1420合金，并将其以焊接代替铆接结构用于米格-29 型

超音速战斗机的机身、油箱等构件，几年后又通过向1420 合金中添加Sc(钪)等微量元素开

发出1421、1423合金，使材料的强度、热循环载荷、抗蚀性都有所提高，可焊性更优；1984

年美国Alcoa 公司注册了Al-Cu-Li系高强、可焊2090铝锂合金；英国Alcan公司开发出了中

强型和损伤容限型的8090合金等。第二代铝锂合金因为增加了Li含量，故具有密度低、弹性

模量高等优点，但Li的增多也造成了材料各向异性加重，虽然通过调整热处理工艺等手段可

降低铝锂合金各向异性，但同时也增加了生产、成型工艺的复杂程度，提高了制造成本，其

制造成本是传统铝合金的4～8 倍。第二代铝锂合金较传统铝合金性能优势并不明显，很难

在飞机上找到合适的应用部位，故未获得广泛应用。此后，铝锂合金的发展又进入了一个低

潮时期[7-10]。

第三发展阶段

针对第二代铝合金各向异性、可焊性差、力学性能较低等问题，欧美及原苏联调整了铝

锂合金的研发方向，不再追求材料的全面性能，转向开发具有特殊优势的新型铝锂合金。美

国研制成功高强可焊的Al-Cu-Li-Mg-Ag 系WeldaliteTM-049合金[11-12]，并在此基础上成

功开发出了2094、2095、2096、2195及WeldaliteTM-210等一系列改进型合金，这些合金强

度均可达到690MPa； 前苏联研制的1460合金比1201合金更轻、强度更高，但却具有相当的

焊接性能[13]；高抗疲劳裂纹的C-155 合金，其抗疲劳性能较7055-T651和2024-T351合金都

有明显提高；低各向异性的AF/C489 合金等[14]。值得注意的是，1980～1991 年分别在美

国、英国、法国、德国召开了6 次铝锂合金国际会议，世界各国对铝锂合金的重视达到了空

前的高度。在合金成分设计上，第三代铝锂合金在降低Li含量的同时增加了Cu 含量，并添

加了如Ag、Mn、Zn等新合金化元素。在性能方面，第三代铝锂合金中的低各向异性合金和高

强可焊合金尤为引人关注。2000 年以后美国又研制成功了2198，Al-Li-S4等新型铝锂合金，

该合金几乎没有各向异性，将主要用于飞机蒙皮和板制型材零件。在现有的资料中，对这些

合金不同热处理状态的组织、性能和成形工艺性能的介绍很少。

2 铝锂合金相图

根据Al-Li二元合金相图，603℃时Li在Al中的最大溶解度（质量分数）达%，在室温下

溶解度很小。因此，它能引起显著的时效强化效应，阻碍位错运动起强化作用的主要强化相

是亚稳相δ’（Al3Li）。它在200℃时效时呈弥散质点析出，使金属的强度和硬度显著提高。

当温度超过250℃时，在α晶内和晶界析出粗大的金属间化合物δ（AlLi），使强度降低。

当Al-Li合金中w(Li)超过3%时合金韧性明显下降，因此一般Al-Li合金中的w(Li)约为2%~3%。

用常规铸造工艺，当含Li量较高[w（Li）＞%]时容易发生偏析，为获得含Li量高的合金须采

用特殊的快速冷却粉末冶金法。

商用铝锂合金依其主成分可分为Al-Li-Mg系、Al-Li-Cu-Mg系和Al-Li-Cu系3个合金系

列。其中，Al-Li-Mg系和Al-Li-Cu-Mg系合金主要为第2代铝锂合金，第3代铝锂合金属

Al-Li-Cu系合金。第2代铝锂合金由于其Li含量较高(＞2%，质量分数)而其他元素含量低，

时效后的主要强化相是

δ

相。第3 代铝锂合金的Li含量较低(＜2%，质量分数)，而Cu含量较

高(一般＞3%，质量分数)，此外，还添加了少量Mg、Mn、Zn、Ag 及Sc等微合金化元素，其

时效组织与第2代铝锂合金的明显不同。

第3代铝锂合金的组织模式图如图1所示[8]；典型的实际析出组织如图2所示[9]。其基

本特征是由多种不同尺度、不同结构、不同位向和形态的相组成，并且希望这些析出相在强

韧化和提高其他性能方面发挥协同作用。第3代铝锂合金中的主要析出相包括

δ

′、

β

′、

θ

′、

T

1、

S

′ 和Al20Cu2Mn3 相等。由于微观组织的不同，导致第2代和第3代铝锂合金性

能存在很大差别。

（a）<100>α暗场像

（b）<100>α明场像，

β

′、

θ

′相

（c）<110>α明场像，T1相

（d）<112>α暗场像，T1相

图2 第3代铝锂合金(2099)中几种主要强化相的TEM 形貌

2 铝锂合金的合金化

Cu 和Li 的作用

Cu 和Li在铝锂合金中除起固溶强化作用外，主要是作为

δ

′ (Al3Li)、

T

1(Al2CuLi)、

θ

′

(A12Cu)等强化相的构成元素促进这些相的析出，Cu/Li比的不同会改变这些相的体积分数与

分布，Cu 能减小无沉淀带宽度，提高合金强度和改善塑韧性[21]。但Cu含量过高会产生中

间相使韧性下降、密度增大；Cu 含量过低不利于减弱局部应变和减小无沉淀带宽度，故Al-Li

合金中的Cu 含量一般为2%~4%(质量分数)

。

Ag 和Mg 的作用

在Al-Cu-Li 合金中单独添加少量Ag其强化作用很小，单独加入Mg有较大的强化作用，

同时添加少量Ag和Mg，产生更大的时效强化效应[22] (见图6)。Mg 的强化作用源于Mg能加

速GP区的形核，从而促进

T

1相的析出，同时抑制

δ

′ 的生长速率，使

δ

′ 相更加细小、弥

散。

Zn 的作用

Zn具有固溶强化和时效强化作用。由于Zn能增加

δ

′与基体的错配度，降低Li在基体中的

固溶度，从而能促进

δ

′ 的析出，并使其粗化长大速率减小[36−38]。Zn还能促进

S

′ 和

T

1 相的析出，从而提高其强塑性[38]。2197合金由于同时含有少量的Mg和Zn，能同时促进

δ

′ 相、GP 区和

T

1 相的析出，Mg和Zn具有类似同时添加Mg和Ag的作用[39−40]。

铝锂合金的性能

除了密度较小的优点外，铝-锂合金与目前所用的合金相比，还有下列不同之处：（1）

弹性模量较高；（2）疲劳破坏时裂纹扩展速率较低；（3）在可比屈服强度下韧性较低；（4）

离轴线强度较低；（5）剪切强度和支承强度较低；（6）抗腐蚀性能较低；（7）热导率、

电导率较低；（8）时效处理前主要靠压力加工来提高其强度，在时效处理状态有足够的强

度；（9）所有工业热处理状态都是在欠时效的条件下进行的。此外，铝-锂合金的连接、成

形、精整和切削等特性，也要求对现行工业进行优化。

航空航天铝-锂合金（2090、2091、8090）的典型物理性能见表4-55；2090合金的力学

性能见表4-56；Weldalite049合金的平面应变断裂韧性Kic见表4-57；8090合金的拉伸性能

及断裂韧性见表4-58；BA23合金板材的力学性能列于表4-59、表4-60中。

3 铝锂合金焊接性的主要问题

铝锂合金焊接时的主要问题与常规铝合金焊接时的问题类似，也是气孔、热裂纹和接

头软化等。

（1）焊缝气孔

铝-锂合金焊缝中的气孔比常规铝合金的更为严重。这主要是由于Li的活性以及合金表

面在高温加工时形成的表面层。表层中的Li2O、LiOH、Li2CO3和Li3N等化合物是造成气孔增

加的原因。这些化合物在合金表面极易吸附周围环境中的水分，焊接时导致氢进入熔池。

解决方法：1、从表面机械铣削掉；2、在200g/L的碱溶液中化学铣去；3、真空除气后

机械刮削。其中2方法最有实用价值，它适用于难于机械铣削的各种形状，如复杂的挤压件。

实验中发现只要从表面去掉，气孔就能显著减少。为了确保焊缝中气孔的消除，建议从小于

2mm厚的板上去掉~。

背面吹惰性气体也有助于减少气孔。此外，电弧的能量对气孔也有影响。当电弧能量

减小时，气孔降低到最小值，但随后电弧能量继续减小时，气孔又非常缓慢地增加。

（2）焊接热裂纹

Al-Li合金焊接时的热裂纹主要为凝固裂纹，因此与金属的凝固温度区间大小以及该区

间内的延性有关。合金的成分是影响其热裂纹敏感性的主要因素。在Al-Li二元合金中，Li

对热裂敏感性的影响如图2-38C所示。由图可知，当w（Li）为%时热裂纹敏感性最大。从一

些主要合金元素（Cu和Mg）与Al形成二元合金时的热裂倾向看（图2-38a、b），Cu的影响比

Mg大得多。因此，中等强度的Al-Li-Mg合金的热裂敏感性并不大。相反，有一些高强度的

Al-Li-Cu和Al-Li-Cu-Mg合金，在其成分设计时由于没有考虑焊接性问题而使其热裂纹敏感

性成为焊接时的主要问题，影响其在焊接结构中的应用。解决热裂纹的办法主要是通过填充

材料改变焊缝的合金成分，细化晶粒，控制低熔点共晶体的量及其分布形态，以及从焊接工

艺出发控制焊接时的热输入等。

（3）接头软化

这是焊接沉淀强化铝合金时普遍存在的问题。强度愈高，接头软化问题愈突出。因此，

铝锂合金也不例外。这类合金焊接接的软化主要是由于焊缝的时效不足和热影响区中的过时

效。此外，接头软化与焊接方法以及合金成分和填充焊丝的成分都有关。

4 铝锂合金的应用与前景

部分第3代铝锂合金已取代传统铝合金，用于F16、F22、F35、A380、C-系列等先进军机

和民机以及航天飞机、运载火箭、导弹及卫星等航空航天领域。如2197 合金用于F−16 战

机的后机身舱壁，克服了原来采用2124合金疲劳寿命不足、服役时间达不到8000 h 的缺点，

从而降低了舱壁的更换频率和维修时间，满足了飞机的使用寿命要求，同时也降低了飞机服

役成本。同属于第3代的2099−T8511 和2196−T8511 铝锂合金挤压型材已用于A380的地板

结构、座椅导轨、辅助导轨、紧急舱地板等部位。1998 年发射的“发现号”航天飞机外储

箱(直径 m，长 m)采用了第3代铝锂合金2195合金取代2219 合金，使航天飞机质量减少 t，

从而大大节约了发射成本。

2009 年，空客公司材料和加工集成部的负责人Roger Digby 在一次国际会议上正式提

出了第4代铝锂合金的概念。所谓第4代铝锂合金的成分特点是其Li含量比第3代铝锂合金的

更低，而性能的最大特点是在裂纹扩展速率、疲劳性能以及弹性模量等与第3代铝锂合金的

相当条件下，具有更高的静强度(尤其屈服强度)和更优的断裂韧性。因而在取代现有传统铝

合金、用于未来航空航天飞行器方面具有更大的优势，目前，Alcoa 和Alcan 两大铝业公司

正在开展第4代铝锂合金的研究。

据2010 年12 月1 日中新网等多家网站报道，我国拥有自主知识产权的C919 大型商用

客机的铝锂合金机身等直段部段于当日在中航工业洪都大飞机部装厂房顺利下线(见图17)，

机身段采用先进的铝锂合金材料，这在国内民机应用上尚属首次。C919 机身等直段部段的

研制成功，不仅验证了相关的工程设计及制造工艺方案，还为C919 大型客机项目铝锂合金

等新材料的应用、适航审查积累了宝贵经验，也为推动我国铝锂合金研究、生产和应用带来

了新机遇。

我国的铝锂合金研究虽然取得了很大成绩，但由于研究经费投入和体制等诸多原因，其总体

研究水平，尤其是工程化研制和生产的整体技术水平和工装设备条件目前仍低于国外先进水

平。主要表现在如下几个方面。

1) 可供航天航空工业选用的成熟铝锂合金材料和产品规格品种有限

目前，美国、法国和俄罗斯研制出的工业牌号铝锂合金有30 多个，其中许多合金已在军机

和民机以及航天飞机、导弹和卫星上获得广泛应用。而我国目前进行了系统工业化试制并获

得应用的铝锂合金牌号有限，且产品种类少、尺寸小，如厚度60 mm 以上的厚板和宽1 500 mm

以上的薄板，尚未实现工业生产，因而远不能满足航天航空的应用需求。

2) 基础研究相对薄弱，研究工作的系统性、完整性和深入程度有待加强

我国用于铝锂合金基础研究的经费有限，导致铝锂合金基础研究的系统性、完整性和深入程

度有待提高。如在铝锂合金的成分设计与优化、加工热处理工艺优化和新的热处理状态开发、

材料的性能与环境的适应性、材料服役性能与评价等方面的基础数据积累不够，难以为航空

航天设计部门提供系统和完整的基础数据资料作为设计依据。

3) 铝锂合金成本偏高，产品质量的稳定性需提高

由于缺少大批量系统性铝锂合金工程化研究和生产的技术积累，加上工装设备条件低于国外

先进水平，致使铝锂合金成材率偏低，不同批次产品质量不稳定，废料回收技术未完全突破，

因而铝锂合金价格偏高，在一定程度上限制了铝锂合金的推广应用。

4) 应用技术研究相对落后，应用领域有待扩展

针对航空航天应用特点，在铝锂合金的焊接、滚弯、化铣、旋压和时效成形等成形连接技术

方面开展的应用研究有限，特别是针对一些典型航空航天铝锂合金构件，如大型燃料贮箱和

框架等的集成制造技术尚未完全突破。

2024年6月3日发(作者：南门陶宜)

锂

1发现历史

第一块锂矿石，透锂长石（LiAlSi₄O₁₀）是由巴西人Jozé Bonifácio de Andralda

e Silva在名为Utö的瑞典小岛上发现的，在18世纪90年代。当把它扔到火里时会发出

浓烈的深红色火焰，1817年由瑞典科学家阿弗韦聪分析了它并推断它含有以前未知的金属，

他把它称作锂。他意识到这是一种新的碱金属元素。然而，不同于钠的是，他没能用电解法

分离它。1821年William Brande电解出了微量的锂，但这不足以做实验用。直到1855年

德国化学家 Robert Bunsen和英国化学家Augustus Matthiessen电解氯化锂获才得了大块

的锂。锂在地壳中的含量比钾和钠少得多，它的化合物不多见，是它比钾和钠发现的晚的必

然因素。

锂，原子序数3，原子量，是最轻的碱金属元素。自然界中主要的锂矿物为锂辉石、锂

云母、透锂长石和磷铝石等。在人和动物机体、土壤和矿泉水、可可粉、烟叶、海藻中都能

找到锂。天然锂有两种同位素：锂6和锂7。

金属锂为一种银白色的轻金属；熔点为°C，沸点1342°C，密度克/厘米³，硬度。金

属锂可溶于液氨。

锂与其它碱金属不同，在室温下与水反应比较慢，但能与氮气反应生成黑色的一氮化三

锂晶体。锂的弱酸盐都难溶于水。在碱金属氯化物中，只有氯化锂易溶于有机溶剂。锂的挥

发性盐的火焰呈深红色，可用此来鉴定锂。

锂很容易与氧、氮、硫等化合，在冶金工业中可用做脱氧剂。锂也可以做铅基合金和铍、

镁、铝等轻质合金的成分。锂在原子能工业中有重要用途。

2含量分布

在自然界中，主要以锂辉石、锂云母及磷铝石矿的形式存在。

锂在地壳中的自然储量为1100万吨，可开采储量410万吨。2004年，世界锂开采量

为20200吨， 其中，智利开采7990吨，澳大利亚3930吨，中国2630吨，俄罗斯2200吨，

阿根廷1970吨。

锂号称“稀有金属”，其实它在地壳中的含量不算“稀有”，地壳中约有%的锂，其丰

富度居第二十七位。已知含锂的矿物有150多种，其中主要有锂辉石、锂云母、透锂长石等。

海水中锂的含量不算少，总储量达2600亿吨，可惜浓度太小，提炼实在困难。某些矿泉水

和植物机体里，含有丰富的锂。如有些红色、黄色的海藻和烟草中，往往含有较多的锂化合

物，可供开发利用。中国的锂矿资源丰富，以中国的锂盐产量计算，仅江西云母锂矿就可供

开采上百年。

3物理性质

银白色金属。质较软，可用刀切割。是最轻的金属，比所有的油和液态烃都小，故应

存放于液体石蜡、固体石蜡或或白凡士林中(在液体石蜡中锂也会浮起)。

锂的密度非常小，仅有cm³，为非气态单质中最小的一个。

因为锂原子半径小，故其比起其他的碱金属，压缩性最小，硬度最大，熔点最高。

温度高于-117℃时，金属锂是典型的体心立方结构，但当温度降至-201℃时，开始转

变为面心立方结构，温度越低，转变程度越大，但是转变不完全。在20℃时，锂的晶格常

数为Å，电导约为银的五分之一。锂容易的与铁以外的任意一种金属熔合。锂的焰色反应

为紫红色。

同位素

锂共有七个同位素，其中有两个是稳定的，分别是 Li-6和Li-7，除了稳定的之外，

半衰期最长的就是Li-8，它的半衰期有838毫秒，接下来是Li-9，有毫秒，之后其他的同

位素半衰期都在毫秒以下。而Li-4是所有同位素里面半衰期最短的同位素，只有 ×10

秒。

Li-6捕捉低速中子能力很强，可以用来控制铀反应堆中核反应发生的速度，同时还可

以在防辐射和延长核导弹的使用寿命方面及将来在核动力飞机和宇宙飞船中得到应用。Li-6

在原子核反应堆中用中子照射后可以得到氚，而氚可用来实现热核反应。Li-6在核装置中

可用作冷却剂。

-23

4化学性质

锂是金属活动性最强的金属（金属性最强的金属是铯），它的化学符号是Li，它的原

子序数是3，三个电子其中两个分布在K层，另一个在L层。锂是所有金属中最轻的。因为

锂的电荷密度很大并且有稳定的氦型双电子层，使得锂容易极化其他的分子或离子，自己本

身却不容易极化。这一点就影响到它和它的化合物的稳定性。

常温下，在除去二氧化碳的干燥空气中几乎不与氧气反应，但在100℃以上能与氧生成氧化

锂，发生燃烧，呈蓝色火焰，但是其蒸汽火焰呈深红色，反应如同点燃的镁条一样，十分激

烈、危险；尽管它不如其他碱金属那样容易燃烧，但是它燃烧起来的猛烈程度却是其他碱金

属所无法比的，就如同镁燃烧比钠燃烧更激烈一样。氧族其它元素也能在高温下与锂反应形

成相应的化合物。锂与碳在高温下生成碳化锂。

虽然锂的氢标电势是最负的，已经达到，但由于氢氧化锂溶解度不大而且锂与水反应时

放热不能使锂融化，所以锂与水反应还不如钠剧烈，反应在进行一段时间后，锂表面的氮氧

化物膜被溶解，从而使反应更加剧烈。在500℃左右容易与氢发生反应，产生氢化锂，是唯

一能生成稳定得足以熔融而不分解的氢化物的碱金属，电离能电子伏特，与氧、氮、硫等均

能化合，是唯一的与氮在室温下反应，生成氮化锂的碱金属。锂很软，可以用小刀轻轻切开，

新切开的锂有金属光泽，但是暴露在空气中会慢慢失去光泽，表面变黑，若长时间暴露，最

后会变为白色。主要是生成氧化锂和氮化锂，氢氧化锂，最后变为碳酸锂。块状锂可以与水

发生反应，粉末状锂与水发生爆炸性反应。

如果将锂丢进浓硫酸，那么它将在硫酸上快速浮动，燃烧并爆炸。如果将锂和氯酸钾

混合（震荡或研磨），它也有可能发生爆炸式的反应。

锂的一些反应的化学反应方程式叙述如下：

2 Li + O = Li₂O （反应条件：自发反应，或者加热，或者点燃）(燃烧猛烈）

6 Li + N₂ = 2 Li₃N（反应条件：自发反应，或者加热，或者点燃）

2 Li + S = Li₂S （该反应放出大量热，爆炸！）

2 Li + 2 H₂O = 2 LiOH + H₂↑（现象：锂浮动在水面上，迅速反应，放出氢

气）

2 Li + 2 CH₃CH₂OH(乙醇) = 2 CH₃CH₂OLi(乙醇锂) + H₂↑

4 Li + TiCl₄ = Ti + 4 LiCl

2 Li + 2 NH₃(l.) = 2 LiNH₂ + H₂↑

氢化锂遇水发生猛烈的化学反应，产生大量的氢气。两公斤氢化锂分解后，可以放出

氢气566千升。氢化锂的确是名不虚传的“制造氢气的工厂”。第二次世界大战期间，美国

飞行员备有轻便的氢气源——氢化锂丸作应急之用。飞机失事坠落在水面时，只要一碰到水，

氢化锂就立即与水发生反应，释放出大量的氢气，使救生设备(救生艇、救生衣、讯号气球

等)充气膨胀。

5锂矿的提取法

硫酸盐法

锂辉石和硫酸钾一起烧结，钾将锂置换出来，形成可溶于水的硫酸锂。

2LiAl(SiO

3

)

2

+ K

2

SO

4

= Li

2

SO

4

+ 2KAl(SiO

3

)

2

硫酸盐分解法在很长一段时间是工业制备锂的唯一方法。此方法不仅适用于锂灰石，也可以

用来处理锂云母。

石灰法

将石灰或石灰石与锂矿石一起烧结，然后用水处理，浸去液经过多次蒸发，既可以从中结晶

析出氢氧化锂。反应式如下，反应温度为1000℃：

2LiAl(SiO

3

)

2

+ 9CaO = Li

2

O + CaO·Al

2

O

3

+ 4[2CaO·SiO

2

]

这个方法的优点是：

1． 适用性强，能够分解几乎所有的锂矿石。

2． 反应不需要稀缺原料，石灰和石灰石均较便宜且容易获得。

这个方法的缺点是：

1． 要求精矿中含锂量很高，因为在烧结时会使精矿贫化。

2． 因为浸取后得到的是稀溶液，因此蒸发会消耗大量的热量并且花费很多时间。

硫酸法

首先提出此方法的是和，此方法适用于β-锂辉石和理云母。原理如下，反应温度为

250-300℃：

2LiAl(SO

3

)

2

+ H

2

SO

4

= Li

2

SO

4

+ H

2

O·Al

2

O

3

·4SiO

2

此反应的关键问题是只能与β-锂辉石反应，对于α-锂辉石，硫酸无法与之反应。用硫酸

直接分解未经锻烧的锂辉石，提取出来的锂仅占总量的4%。

天然卤水的提取

锂的来源也包括天然卤水和某些盐湖水。加工过程是将锂沉淀成Li

2

NaPO

4

，再将其转变为碳

酸锂，即可以作为来源来加工其他锂化合物了。加工天然卤水还可以得到硼砂、碳酸钾、氯

化钠、硫酸钠和氯化镁等。

[4]

6金属锂的制备

电解法

锂可由电解熔融的氯化锂而制得。Guntz首先建议用电解熔融的氯化锂和氯化钾的混合物来

制备金属锂，这样可以把熔融温度从单质锂的610℃降低到400℃。以石墨为阳极，以低

碳钢为阴极，电解槽压为。这样就可以得到纯度为99%的锂。

Li + e → Li

2Cl → Cl

2

+ 2e

2LiCl

(l)

→ 2Li

(s)

+ Cl

2(g)

电解法制得的金属锂通常含有机械杂质（例如Na、K、Mg、Ca、Fe、Si和Al等），因此需

要提纯；杂质可以重新熔融在借助比重不同除去，不容易除去的钠和钾可以通过氢化法除去。

热还原法

3Li

2

O + 2Al = 6Li + Al

2

O

3

—千卡

2Li

2

O + Si = 4Li + SiO

2

—千卡

因为还原氧化锂是吸热反应，再加上金属锂的性质十分活泼，所以反应只能在高温和高真空

中进行。

−−

+

−

[8]

铝锂合金

1 发展回顾

铝锂合金自问世以来已有80 多年的发展历史，其研发历史大致可分为3 个阶段。

初步发展阶段

早在1924 年，德国科研人员把少量Li(仅为%) 作为合金元素加入到Al-Cu-Ni-Zn系合金

中，成功研发了第一个含锂的铝合金-Scleron 合金，但Scleron 合金的问世并未引起足够

重视[4]；1942 年美国Alcoa 公司申报了第一个工业用铝锂合金专利-2020 合金专利，该合

金不仅力学性能得到改善，同时具有优良的耐蚀性和疲劳性能。美国用其取代了海军

RA-5Cvigitante 军用飞机主翼上、下蒙皮和垂直尾翼上的部分7075合金构件， 使飞机减重

6%，单架减重73kg，该机型共生产177 架，服役近20 年，开创了铝锂合金应用的先河。但

因该合金断裂韧性低、缺口敏感性高，不能满足飞机结构的损伤容限要求，于1969 年停止

生产[5]。与此同时，前苏联、英、法等国也同时开展了对铝锂合金的研究。前苏联于1961 年

研发成功类似2020合金的Al-Cu-Li-Mn 系BAД23合金，同样因损伤容限性能不达标，未能在

飞机上正式使用[6]。此后，铝锂合金的发展进入停滞期。

大发展阶段

20 世纪70 年代铝锂合金进入大发展阶段，这一时期随着航空工业的快速发展， 对材

料性能的要求越来越高。与此同时， 该时期爆发的石油危机迫使航空工业必须减轻飞行器

重量以降低航运成本，这个要求虽然对航空工业带来了巨大的压力， 但也使高强度、高弹

性模量、低密度的铝锂合金重新引起各国广泛重视。本阶段的研制目标是使其替代飞行器中

广泛应用的2XXX 系和7XXX 系铝合金。这一时期出现了众多有代表性的铝锂合金： 前苏联

研制成功了Al-Mg-Li系中强、可焊的1420合金，并将其以焊接代替铆接结构用于米格-29 型

超音速战斗机的机身、油箱等构件，几年后又通过向1420 合金中添加Sc(钪)等微量元素开

发出1421、1423合金，使材料的强度、热循环载荷、抗蚀性都有所提高，可焊性更优；1984

年美国Alcoa 公司注册了Al-Cu-Li系高强、可焊2090铝锂合金；英国Alcan公司开发出了中

强型和损伤容限型的8090合金等。第二代铝锂合金因为增加了Li含量，故具有密度低、弹性

模量高等优点，但Li的增多也造成了材料各向异性加重，虽然通过调整热处理工艺等手段可

降低铝锂合金各向异性，但同时也增加了生产、成型工艺的复杂程度，提高了制造成本，其

制造成本是传统铝合金的4～8 倍。第二代铝锂合金较传统铝合金性能优势并不明显，很难

在飞机上找到合适的应用部位，故未获得广泛应用。此后，铝锂合金的发展又进入了一个低

潮时期[7-10]。

第三发展阶段

针对第二代铝合金各向异性、可焊性差、力学性能较低等问题，欧美及原苏联调整了铝

锂合金的研发方向，不再追求材料的全面性能，转向开发具有特殊优势的新型铝锂合金。美

国研制成功高强可焊的Al-Cu-Li-Mg-Ag 系WeldaliteTM-049合金[11-12]，并在此基础上成

功开发出了2094、2095、2096、2195及WeldaliteTM-210等一系列改进型合金，这些合金强

度均可达到690MPa； 前苏联研制的1460合金比1201合金更轻、强度更高，但却具有相当的

焊接性能[13]；高抗疲劳裂纹的C-155 合金，其抗疲劳性能较7055-T651和2024-T351合金都

有明显提高；低各向异性的AF/C489 合金等[14]。值得注意的是，1980～1991 年分别在美

国、英国、法国、德国召开了6 次铝锂合金国际会议，世界各国对铝锂合金的重视达到了空

前的高度。在合金成分设计上，第三代铝锂合金在降低Li含量的同时增加了Cu 含量，并添

加了如Ag、Mn、Zn等新合金化元素。在性能方面，第三代铝锂合金中的低各向异性合金和高

强可焊合金尤为引人关注。2000 年以后美国又研制成功了2198，Al-Li-S4等新型铝锂合金，

该合金几乎没有各向异性，将主要用于飞机蒙皮和板制型材零件。在现有的资料中，对这些

合金不同热处理状态的组织、性能和成形工艺性能的介绍很少。

2 铝锂合金相图

根据Al-Li二元合金相图，603℃时Li在Al中的最大溶解度（质量分数）达%，在室温下

溶解度很小。因此，它能引起显著的时效强化效应，阻碍位错运动起强化作用的主要强化相

是亚稳相δ’（Al3Li）。它在200℃时效时呈弥散质点析出，使金属的强度和硬度显著提高。

当温度超过250℃时，在α晶内和晶界析出粗大的金属间化合物δ（AlLi），使强度降低。

当Al-Li合金中w(Li)超过3%时合金韧性明显下降，因此一般Al-Li合金中的w(Li)约为2%~3%。

用常规铸造工艺，当含Li量较高[w（Li）＞%]时容易发生偏析，为获得含Li量高的合金须采

用特殊的快速冷却粉末冶金法。

商用铝锂合金依其主成分可分为Al-Li-Mg系、Al-Li-Cu-Mg系和Al-Li-Cu系3个合金系

列。其中，Al-Li-Mg系和Al-Li-Cu-Mg系合金主要为第2代铝锂合金，第3代铝锂合金属

Al-Li-Cu系合金。第2代铝锂合金由于其Li含量较高(＞2%，质量分数)而其他元素含量低，

时效后的主要强化相是

δ

相。第3 代铝锂合金的Li含量较低(＜2%，质量分数)，而Cu含量较

高(一般＞3%，质量分数)，此外，还添加了少量Mg、Mn、Zn、Ag 及Sc等微合金化元素，其

时效组织与第2代铝锂合金的明显不同。

第3代铝锂合金的组织模式图如图1所示[8]；典型的实际析出组织如图2所示[9]。其基

本特征是由多种不同尺度、不同结构、不同位向和形态的相组成，并且希望这些析出相在强

韧化和提高其他性能方面发挥协同作用。第3代铝锂合金中的主要析出相包括

δ

′、

β

′、

θ

′、

T

1、

S

′ 和Al20Cu2Mn3 相等。由于微观组织的不同，导致第2代和第3代铝锂合金性

能存在很大差别。

（a）<100>α暗场像

（b）<100>α明场像，

β

′、

θ

′相

（c）<110>α明场像，T1相

（d）<112>α暗场像，T1相

图2 第3代铝锂合金(2099)中几种主要强化相的TEM 形貌

2 铝锂合金的合金化

Cu 和Li 的作用

Cu 和Li在铝锂合金中除起固溶强化作用外，主要是作为

δ

′ (Al3Li)、

T

1(Al2CuLi)、

θ

′

(A12Cu)等强化相的构成元素促进这些相的析出，Cu/Li比的不同会改变这些相的体积分数与

分布，Cu 能减小无沉淀带宽度，提高合金强度和改善塑韧性[21]。但Cu含量过高会产生中

间相使韧性下降、密度增大；Cu 含量过低不利于减弱局部应变和减小无沉淀带宽度，故Al-Li

合金中的Cu 含量一般为2%~4%(质量分数)

。

Ag 和Mg 的作用

在Al-Cu-Li 合金中单独添加少量Ag其强化作用很小，单独加入Mg有较大的强化作用，

同时添加少量Ag和Mg，产生更大的时效强化效应[22] (见图6)。Mg 的强化作用源于Mg能加

速GP区的形核，从而促进

T

1相的析出，同时抑制

δ

′ 的生长速率，使

δ

′ 相更加细小、弥

散。

Zn 的作用

Zn具有固溶强化和时效强化作用。由于Zn能增加

δ

′与基体的错配度，降低Li在基体中的

固溶度，从而能促进

δ

′ 的析出，并使其粗化长大速率减小[36−38]。Zn还能促进

S

′ 和

T

1 相的析出，从而提高其强塑性[38]。2197合金由于同时含有少量的Mg和Zn，能同时促进

δ

′ 相、GP 区和

T

1 相的析出，Mg和Zn具有类似同时添加Mg和Ag的作用[39−40]。

铝锂合金的性能

除了密度较小的优点外，铝-锂合金与目前所用的合金相比，还有下列不同之处：（1）

弹性模量较高；（2）疲劳破坏时裂纹扩展速率较低；（3）在可比屈服强度下韧性较低；（4）

离轴线强度较低；（5）剪切强度和支承强度较低；（6）抗腐蚀性能较低；（7）热导率、

电导率较低；（8）时效处理前主要靠压力加工来提高其强度，在时效处理状态有足够的强

度；（9）所有工业热处理状态都是在欠时效的条件下进行的。此外，铝-锂合金的连接、成

形、精整和切削等特性，也要求对现行工业进行优化。

航空航天铝-锂合金（2090、2091、8090）的典型物理性能见表4-55；2090合金的力学

性能见表4-56；Weldalite049合金的平面应变断裂韧性Kic见表4-57；8090合金的拉伸性能

及断裂韧性见表4-58；BA23合金板材的力学性能列于表4-59、表4-60中。

3 铝锂合金焊接性的主要问题

铝锂合金焊接时的主要问题与常规铝合金焊接时的问题类似，也是气孔、热裂纹和接

头软化等。

（1）焊缝气孔

铝-锂合金焊缝中的气孔比常规铝合金的更为严重。这主要是由于Li的活性以及合金表

面在高温加工时形成的表面层。表层中的Li2O、LiOH、Li2CO3和Li3N等化合物是造成气孔增

加的原因。这些化合物在合金表面极易吸附周围环境中的水分，焊接时导致氢进入熔池。

解决方法：1、从表面机械铣削掉；2、在200g/L的碱溶液中化学铣去；3、真空除气后

机械刮削。其中2方法最有实用价值，它适用于难于机械铣削的各种形状，如复杂的挤压件。

实验中发现只要从表面去掉，气孔就能显著减少。为了确保焊缝中气孔的消除，建议从小于

2mm厚的板上去掉~。

背面吹惰性气体也有助于减少气孔。此外，电弧的能量对气孔也有影响。当电弧能量

减小时，气孔降低到最小值，但随后电弧能量继续减小时，气孔又非常缓慢地增加。

（2）焊接热裂纹

Al-Li合金焊接时的热裂纹主要为凝固裂纹，因此与金属的凝固温度区间大小以及该区

间内的延性有关。合金的成分是影响其热裂纹敏感性的主要因素。在Al-Li二元合金中，Li

对热裂敏感性的影响如图2-38C所示。由图可知，当w（Li）为%时热裂纹敏感性最大。从一

些主要合金元素（Cu和Mg）与Al形成二元合金时的热裂倾向看（图2-38a、b），Cu的影响比

Mg大得多。因此，中等强度的Al-Li-Mg合金的热裂敏感性并不大。相反，有一些高强度的

Al-Li-Cu和Al-Li-Cu-Mg合金，在其成分设计时由于没有考虑焊接性问题而使其热裂纹敏感

性成为焊接时的主要问题，影响其在焊接结构中的应用。解决热裂纹的办法主要是通过填充

材料改变焊缝的合金成分，细化晶粒，控制低熔点共晶体的量及其分布形态，以及从焊接工

艺出发控制焊接时的热输入等。

（3）接头软化

这是焊接沉淀强化铝合金时普遍存在的问题。强度愈高，接头软化问题愈突出。因此，

铝锂合金也不例外。这类合金焊接接的软化主要是由于焊缝的时效不足和热影响区中的过时

效。此外，接头软化与焊接方法以及合金成分和填充焊丝的成分都有关。

4 铝锂合金的应用与前景

部分第3代铝锂合金已取代传统铝合金，用于F16、F22、F35、A380、C-系列等先进军机

和民机以及航天飞机、运载火箭、导弹及卫星等航空航天领域。如2197 合金用于F−16 战

机的后机身舱壁，克服了原来采用2124合金疲劳寿命不足、服役时间达不到8000 h 的缺点，

从而降低了舱壁的更换频率和维修时间，满足了飞机的使用寿命要求，同时也降低了飞机服

役成本。同属于第3代的2099−T8511 和2196−T8511 铝锂合金挤压型材已用于A380的地板

结构、座椅导轨、辅助导轨、紧急舱地板等部位。1998 年发射的“发现号”航天飞机外储

箱(直径 m，长 m)采用了第3代铝锂合金2195合金取代2219 合金，使航天飞机质量减少 t，

从而大大节约了发射成本。

2009 年，空客公司材料和加工集成部的负责人Roger Digby 在一次国际会议上正式提

出了第4代铝锂合金的概念。所谓第4代铝锂合金的成分特点是其Li含量比第3代铝锂合金的

更低，而性能的最大特点是在裂纹扩展速率、疲劳性能以及弹性模量等与第3代铝锂合金的

相当条件下，具有更高的静强度(尤其屈服强度)和更优的断裂韧性。因而在取代现有传统铝

合金、用于未来航空航天飞行器方面具有更大的优势，目前，Alcoa 和Alcan 两大铝业公司

正在开展第4代铝锂合金的研究。

据2010 年12 月1 日中新网等多家网站报道，我国拥有自主知识产权的C919 大型商用

客机的铝锂合金机身等直段部段于当日在中航工业洪都大飞机部装厂房顺利下线(见图17)，

机身段采用先进的铝锂合金材料，这在国内民机应用上尚属首次。C919 机身等直段部段的

研制成功，不仅验证了相关的工程设计及制造工艺方案，还为C919 大型客机项目铝锂合金

等新材料的应用、适航审查积累了宝贵经验，也为推动我国铝锂合金研究、生产和应用带来

了新机遇。

我国的铝锂合金研究虽然取得了很大成绩，但由于研究经费投入和体制等诸多原因，其总体

研究水平，尤其是工程化研制和生产的整体技术水平和工装设备条件目前仍低于国外先进水

平。主要表现在如下几个方面。

1) 可供航天航空工业选用的成熟铝锂合金材料和产品规格品种有限

目前，美国、法国和俄罗斯研制出的工业牌号铝锂合金有30 多个，其中许多合金已在军机

和民机以及航天飞机、导弹和卫星上获得广泛应用。而我国目前进行了系统工业化试制并获

得应用的铝锂合金牌号有限，且产品种类少、尺寸小，如厚度60 mm 以上的厚板和宽1 500 mm

以上的薄板，尚未实现工业生产，因而远不能满足航天航空的应用需求。

2) 基础研究相对薄弱，研究工作的系统性、完整性和深入程度有待加强

我国用于铝锂合金基础研究的经费有限，导致铝锂合金基础研究的系统性、完整性和深入程

度有待提高。如在铝锂合金的成分设计与优化、加工热处理工艺优化和新的热处理状态开发、

材料的性能与环境的适应性、材料服役性能与评价等方面的基础数据积累不够，难以为航空

航天设计部门提供系统和完整的基础数据资料作为设计依据。

3) 铝锂合金成本偏高，产品质量的稳定性需提高

由于缺少大批量系统性铝锂合金工程化研究和生产的技术积累，加上工装设备条件低于国外

先进水平，致使铝锂合金成材率偏低，不同批次产品质量不稳定，废料回收技术未完全突破，

因而铝锂合金价格偏高，在一定程度上限制了铝锂合金的推广应用。

4) 应用技术研究相对落后，应用领域有待扩展

针对航空航天应用特点，在铝锂合金的焊接、滚弯、化铣、旋压和时效成形等成形连接技术

方面开展的应用研究有限，特别是针对一些典型航空航天铝锂合金构件，如大型燃料贮箱和

框架等的集成制造技术尚未完全突破。