在展覽會上，俄羅斯聯(lián)合鋁業(yè)公司（Rusal）與愛勵鋁業(yè)公司（Aleris）都展出了航空航天器用鋁-鈧合金，如果我們把2xxx系Al-Cu-Mg合金與7xxx系Al-Zn-Mg-Cu合金作為第一代航空航天器合金，那么鋁-鋰系合金就是第二代，鋁-鈧合金就是當前與未來的第三代了。早在上世紀50年代科學家發(fā)現(xiàn)鈧（Sc）對鋁的組織有強烈的細化作用，對晶粒的細化效果居任一其他元素之首。俄羅斯、烏克蘭、美國、中國在含鈧的鋁合金研究與生產(chǎn)方面均取得了很大的成就，特別是俄羅斯，無論是在研究方面，還是在材料生產(chǎn)與應用方面均是領軍的。中國的東北大學、中南工業(yè)大學等對含鈧的鋁合金進行了卓有成效的研究，但大都是跟蹤型的，東北大學用連續(xù)鑄擠法生產(chǎn)了少量小規(guī)格的Al-Mg-Sc合金材料，并獲得少量應用，但未形成批量生產(chǎn)與較大規(guī)模應用。

　　過去，阻礙含Sc鋁合金大批量應用的主要障礙是價格高昂與不易提取純凈的SC2O3，但是現(xiàn)在這些問題已不復存在。因為俄羅斯聯(lián)合鋁業(yè)公司生產(chǎn)的高純SC2O3的價格已于2016年5月降至289美元/kg。

　　俄羅斯聯(lián)合鋁業(yè)公司 鋁-鈧合金

　　所謂鋁-鈧合金是指含有微量鈧的鋁合金，鈧含量不超過0.4%，同時與鋯一同加入，由于Al-Sc合金有優(yōu)異的綜合性能，是繼Al-Li合金之后新一代航空航天器、艦船等的輕質結構材料，現(xiàn)開發(fā)出5個系列17個牌號的工業(yè)含Sc鋁合金。從展會上獲知，它們是：

　　1.熱處理不可強化的可焊性高的Al-Mg-Sc系合金，20多個，其牌號為01515、01523、01535、01545、01570等，它們的成分及力學性能見表1，該系合金的研究與應用最為成功。

　　在這次展會上，俄羅斯聯(lián)合鋁業(yè)公司（RUSAL）推出的含小于0.14%Sc的Al-Mg系合金是這類合金的佼佼者，是新一代的Al-Mg-Sc合金，具有里程碑意義，它具有如下優(yōu)點：

　　成本低較。它的Sc含量<0.14%，有利于降低成本。

　　力學性能高。含微量Sc的Al-Mg系合金的抗拉強度（UTS）比5083合金的高30%以上，而其屈服強度則比5083合金的大一倍以上，焊縫抗拉強度也比5083的大25%左右，但其伸長率則比5083合金低4%左右。

　　良好的可焊性。Al-Mg-Sc合金的可焊性能與常規(guī)5xxx系合金的相當，熱影響區(qū)與焊縫的力學性能幾乎與基體材料的相當。鈧可在合金內形成多邊形化合物，有很強的晶粒細化作用，對提高力學性能極為有利。

　　高的抗腐蝕性能。Al-Mg-Sc合金的抗腐蝕性能幾乎與5083合金的相當，其薄板試樣在3%NaCl+1%HCl溶液中浸泡24h后仍完好如初，沒有發(fā)生點腐蝕。

　　2. Al-Zn-Mg-Sc系合金，2個，其牌號為01970及01975，其成分：4.5%Zn——5.5%Zn、2%Mg、Zn/Mg=2.6、0.3%Cu——1.0%Cu、0.30%（Sc+Zr）——0.35%（Sc+Zr）。它們有很高的力學性能，T6材料的抗拉強度Rm=530N/mm2，伸長率A=8%，有高的抗剝落腐蝕能力與良好的可焊性與超塑性。

　　3. Al-Mg-Li-Sc系合金，2個，牌號為01421及01423，是在Al-5.5Mg-2Li-0.15Zr合金基礎上形成的新合金，有高的力學性能和低的密度（2500kg/m3），在高強度鋁合金中是密度最低的。01421合金的力學性能：抗拉強度Rm=530N/mm2，屈服強度Rp0.2=380N/mm2，伸長率A=6%。

　　4. Al-Cu-Li-Sc合金，2個，牌號為01460及01464。01460合金的成分：Al-3Cu-2Li-（0.2——0.3）（Sc+Zr），T4材料的力學性能：抗拉強度Rm=550N/mm2，屈服強度Rp0.2=490N/mm2，有良好的可焊性能和低溫性能，在液氫溫度下的上述力學性能分別上升到680N/mm2、560N/mm2、10%，俄羅斯已用它制造火箭低溫燃料箱。

　　01464合金是01460合金的發(fā)展，經(jīng)形變熱處理后具有高的強度、塑性、抗蝕性、可焊性、抗沖擊性和抗裂性，而且有良好的熱穩(wěn)定性，板材的抗拉強度Rm=560N/mm2，屈服強度Rp0.2=520N/mm2，伸長率A=9%，可用于制造在120℃長期工作的結構件。

　　5. Al-Zn-Mg-Cu-Sc系合金

　　該系合金是目前有商業(yè)價值的強度最高的合金，抗拉強度Rm可超過800N/mm2，俄羅斯、烏克蘭和美國賴特-帕特森空軍研究實驗室的研究表明，向Al-Zn-Mg-Cu系合金添加少量Sc和Zr，Zn的含量可以超過一般不大于7%的上限，從而大幅度提高7xxx系合金的各項性能。

　　6. 中間合金的電解生產(chǎn)

　　含鈧的鋁合金都是通過添加Al-Sc中間合金法加入Sc，因此，制取中間合金成為生產(chǎn)鋁-鈧合金的關鍵技術之一。目前，可以生產(chǎn)Al-Sc中間合金的有中國、俄羅斯、美國和烏克蘭等，但都是用傳統(tǒng)工藝制取的，中國可以生產(chǎn)含2%、5%、10%Sc的中間合金，從展會上獲悉，俄羅斯聯(lián)合鋁業(yè)公司獨創(chuàng)的電解法提取高純SC2O3的工藝已投入商業(yè)化生產(chǎn)，在烏拉爾鋁廠（UAZ）建了一條中間實業(yè)生產(chǎn)線，并準備建正式的電解槽系列，以滿足全球對非常有競爭力的高純氧化鈧的需求，2016年全球SC2O3的需求估計（10t——15t）/a。

　　高純SC2O3電解法提取工藝的研制成功有著里程碑意義，可以提高鋁-鈧合金的品質，可以降低生產(chǎn)成本，對推廣其材料應用，降低裝備質量，減少能源消耗與保護環(huán)境都有著重要意義。

　　愛勵鋁業(yè)公司 AA5024-H116鋁-鈧合金

　　愛勵鋁業(yè)公司德國科布倫茨軋制廠（Aleris Aluminium Koblenz GmbH）生產(chǎn)的AA5024-116鋁-鈧合金板材已用于制造飛機機身與航天器結構零件。所有的零件都可以用激光束焊接（LBW）或摩擦攪拌焊（FSW）法連接。機身零件不管是單式還是復式的（single or double）彎曲（curvature）都可以通過高溫需變成形生產(chǎn)，用此法生產(chǎn)的工件不會產(chǎn)生歪曲也不會產(chǎn)生回彈，可以保證保持尺寸精準，同時有高的成本競爭力，同時還可以采用傳統(tǒng)的鉚連接。

　　1. 優(yōu)點與應用

　　AA5024-H116合金板材的典型厚度為1.6mm——8.0mm，在O狀態(tài)下交貨，也可以生產(chǎn)其他規(guī)格的，由于合金的密度低，又有中等的力學強度，高的抗腐蝕性能，嚴格的尺寸偏差，可取代2xxx合金作為機身蒙皮材料即板材，它的優(yōu)點有：低的密度，2650kg/m3；良好的可焊性；優(yōu)秀的損傷容限；良好的抗腐蝕性；不凡的蠕變成形性（creep-formable）；相當高的熱穩(wěn)定性；可回收性好（easy-to-recucle）。

　　抗腐蝕試驗結果：硝酸質量損失試驗（NAMLT），按ASTM G67-04，要求<15mg/cm2，實測值<6mg/cm2；按ASTM G44-99試驗做SCC試驗時，在應力250N/mm作用下30d未見裂紋；做成層腐蝕試驗時（ASSET），按ASTM G66-99，要求等級優(yōu)于或等于PC，實測典型值為PA。

　　AA5024-H116合金板材已通過AMS、MMPDS、空客公司AIMS 03-04-055的認證。

　　2. 化學成分

　　按美國鋁業(yè)協(xié)會的標準，5024合金的注冊成分（質量%）：Si0.25，F(xiàn)e0.40，Cu0.20，Mn.20，Mg3.9——5.1，Cr0.1，Zn0.25，Ti0.2，Zr0.03——0.2，Sc0.10——0.40，其他雜質單個0.05、總計0.15，其余Al。

　　3. 力學性能

　　AA5024-H116合金的正彈性模量E=72GN/m2，壓縮彈性模量G=74GN/m2，其他力學性能見表2。

　　含微量鈧的鋁合金除在航空航天器有著較大應用潛力外，并已在兵工器械與一些民用產(chǎn)品（運動器材、通用工業(yè)、交通運輸裝備等方面）上獲得了應用。