隨著我國材料工業(yè)正在由大變強，也隨著我國民機產(chǎn)業(yè)發(fā)展進入快車道，航空材料的市場需求規(guī)模巨大，航空材料國產(chǎn)化也將是大勢所趨。這是記者從11月18日至19日在上海召開的2020（第六屆）航空材料與制造工藝上海國際論壇上獲得的消息。

　　本屆論壇由上海市閔行區(qū)科學技術(shù)協(xié)會、上海市航空學會、民用飛機材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)盟、中國商飛上海飛機制造有限公司、寶武特種冶金有限公司聯(lián)合主辦；中國航空學會、中國商用飛機有限責任公司支持；中國商飛上海飛機設計研究院、中國航發(fā)商用航空發(fā)動機有限責任公司、中國高溫合金產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟協(xié)辦；上海廣堯商務咨詢有限公司承辦。

　　航空材料是航空工業(yè)發(fā)展的基礎，涉及大量的全球進出口貿(mào)易，由于全球的航空零部件廠商對材料的高需求，亞太、歐洲和北美地區(qū)航空航天材料市場持續(xù)走高，中國航空材料市場巨大，全球航空航天材料市場規(guī)模預計到2022年將達到258億美元，2017年至2022年的年復合增長率為6.9%。據(jù)預測，到2023年中國航空僅復合材料市場規(guī)模就將達到282.7億元人民幣。

　　材料是實現(xiàn)先進飛機高性能、輕量化、高可靠、長壽命、低成本等的重要技術(shù)保障，而且飛機具有用途多、使用環(huán)境多樣、服役環(huán)境苛刻等特點，這些都對先進飛機使用的材料與制造技術(shù)提出很高要求。基于飛機材料的重要性，世界航空強國對飛機材料的發(fā)展都予以高度重視。航空技術(shù)的進步與發(fā)展，對航空材料的更新起著積極的推動作用。與此同時，新材料的出現(xiàn)，制造工藝與理化測試技術(shù)的進步，又為航空產(chǎn)品的設計與制造提供了重要的物質(zhì)與技術(shù)基礎，從而不斷推動航空產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

　　當前，我國產(chǎn)“新舟”系列已交付百架，ARJ21支線客機交付39架，大型干線客機C919正在6機4地密集試飛中，國內(nèi)外訂單達815架，我國民機產(chǎn)業(yè)已步入發(fā)展快車道。復合材料在航空航天領域的使用已經(jīng)非常廣泛，在國產(chǎn)大飛機C919以及中俄寬體項目CR929上，也將使用大量的復合材料。

　　據(jù)中國商飛復合材料中心典型結(jié)構(gòu)部主任、研發(fā)工程師陳萍透露，國內(nèi)外所研發(fā)的先進金屬材料在國產(chǎn)大飛機C919上都有所應用，其中復合材料在C919上主要用于后機身段，復合材料用量約為12%；不過未來CR929除了機頭以外，整個機身和機翼尾翼都計劃采用復合材料，復合材料用量的目標是在50%以上。

　　她認為，復材在大型客機的使用上，是從尾翼等次承力結(jié)構(gòu)向機身、機翼主承力結(jié)構(gòu)不斷擴展。“當前，國內(nèi)大型客機復合材料在國內(nèi)的運用技術(shù)成熟度和生產(chǎn)效率還有待提高，全自動專業(yè)化生產(chǎn)線有待實現(xiàn)，液體成型技術(shù)有待進入生產(chǎn)線正式展開應用。未來，高性能、高效率、低成本將會是未來原材料領域主要發(fā)展方向。”

　　100多年來，人們對飛機的要求是越來越高：旅客要求更安全更舒適、制造商要求成本更低更耐用、航空公司要求運營更經(jīng)濟……其實這些需求與航空材料和制造工藝的創(chuàng)新升級密不可分。

　　其實要實現(xiàn)上述目標，對于民機設計者來講，就是要做到以下兩條：減重和長壽命設計；對于材料而言，就是兩點需求：輕質(zhì)、高的耐損傷容限性能。用通俗的話來講，就是飛機要足夠輕，又要足夠耐用。

　　中國商飛上海飛機設計研究院型號副主任設計師、研究員李紅萍表示，針對這兩個設計目標，簡練對應到材料上的需求就是飛機要減重一定要用輕質(zhì)的材料；高的損傷容限性能具體到材料，就是要求斷裂性能一定要好，損傷容限性能要好。盡管如今新型飛機上復合材料比例越來越大，金屬材料依然是主體，C919鋁合金還占62%左右，ARJ占72%左右。但是新一代的先進鋁鋰合金也要做到輕質(zhì)，機身上還有大量的高強高韌敏感性這一系列的合金應用。事實上，對于航空材料的要求是越來越高。

　　她結(jié)合商飛的使用現(xiàn)狀以及國外供應商的研發(fā)方向，預估未來5-10年金屬材料主要研發(fā)方向有：適用于機身壁板、梁、機身框等部位應用的鋁鋰合金厚板；適用于機身蒙皮用的鋁鋰合金薄板；適用于蒙皮壁板長桁用鋁鋰合金型材；高（中）強高韌耐損傷容限性能的先進鋁合金；高耐損傷容限性能、超高強度的不銹鋼等。

　　航空材料的國產(chǎn)化是大勢所趨。中國寶武作為全球鋼鐵技術(shù)引領者，一直致力于新材料的研發(fā)及應用。據(jù)寶武特種冶金有限公司副總工程師馬天軍介紹，寶武特冶產(chǎn)品包括鈦合金、高溫合金還有超高強度鋼等與航空材料關聯(lián)度非常大。該企業(yè)在1966年就通過了高溫合金雙真空冶煉，這些年為國家重大裝備材料方面實現(xiàn)很多重大突破。這幾年，新型變形高溫合金開發(fā)步伐不斷加快，整體和世界上基本上同步。還與研究機構(gòu)合作開發(fā)了一系列耐高溫的難變形的高溫合金材料，部分產(chǎn)品實現(xiàn)了工程應用，為航空發(fā)動機更高要求提供更多可選材料。但是他也希望未來能在特種冶金等方面付出更多研究，不要讓冶金技術(shù)質(zhì)量等拖航空工業(yè)的后腿。

　　中國航發(fā)北京航空材料研究院副總工程師張學軍表示，在航空領域，對于飛機和發(fā)動機來說，材料要求輕質(zhì)、高強、耐高溫，結(jié)構(gòu)要低缺陷、高穩(wěn)定性，這是航空材料增材制造的特點，也是未來要應用，必須要解決的問題。

　　增材制造（Additive Manufacturing，AM）俗稱3D打印，融合了計算機輔助設計、材料加工與成型技術(shù)、以數(shù)字模型文件為基礎，通過軟件與數(shù)控系統(tǒng)將專用的金屬材料、非金屬材料以及醫(yī)用生物材料，按照擠壓、燒結(jié)、熔融、光固化、噴射等方式逐層堆積，制造出實體物品的制造技術(shù)。相對于傳統(tǒng)的、對原材料去除－切削、組裝的加工模式不同，是一種“自下而上”通過材料累加的制造方法，從無到有。這使得過去受到傳統(tǒng)制造方式的約束，而無法實現(xiàn)的復雜結(jié)構(gòu)件制造變?yōu)榭赡堋?/div>