中国铝工业可提供氢能经济时代所需的一切铝材： 中国已建成了世界最强大的铝工业体系，可为氢能经济建设提供所需要的全部铝材。氢能产业应用铝的板块：制取氢的工艺设备约含12%Al；运输与贮存液氢的容器约含＞85%Al，这些容器也可以用钢制造，但铝材是最优的材料，总体上铝材比钢材优越得多；使用液氢的设备如航空器与轨道车辆等约含75%以上的Al。 铝工业面临的机遇： 铝合金是制造与超低温相关装备的理想材料，无论是铸造压铸铝合金、加工变形铝合金，还是铝基复合材料都没有低温脆性，它们的塑性，成形性与强度性能一样均随着温度的降低而同步上升，所以是100%的没有低温脆性的，而只有很少含锰和镍的钢没有低温脆性，因此，就这一点来说，铝合金更适合制造与低温相关的各种装备的所有零部件，例如液氢（﹣253℃）、液氧（﹣183℃）设备、液化天然气设备的运输贮存容器、管道等。 低温装备的两大支柱铝合金： 最典型与广泛应用的超低温变形铝合金有5083、2219、2024、7075铝合金等，特别是5083与2219铝合金，贮存液氢、液氧、液化天然气的大罐、箱几乎全是5083铝合金焊接的，发射航天器的液氢、液氧槽则是用2219铝合金板焊接的；航天器及其发射装备的一些受力结构件大多是用2024型与7075型铝合金制造的。 5083铝合金： 5083铝合金是Al-Mg系合金的典型合金，有良好的可焊性、抗蚀性、加工成形性与低温性能，低温韧性也很好。镁是主要的强化元素,产生固溶强化和提高加工硬化率。镁在铝中的固溶度随温度升降而有变化,但沉淀过渡相β与基体不共格,所以无明显的沉淀硬化作用。β相倾向于缓慢地沉淀在滑移带和晶界上,降低固溶强化作用,且在腐蚀条件下引起晶间腐蚀和应力腐蚀开裂,因此冷加工后应进行稳定化退火,促进β相均匀地在晶内和晶界沉淀,稳定合金的力学性能和抗蚀性。锰、铬提高再结晶温度,并有辅助强化作用,钛细化铸造组织和焊缝组织。铁、硅、锌为杂质。 5083铝合金的熔炼温度700 ℃ ~750 ℃,热加工温度515 ℃~525℃,典型退火温度345 ℃,炉内合金到温控点后可立即出炉，不需要保温，冷却速度也无限制。稳定化退火温度120 ℃ ~150 ℃。 5083铝合金主要加工板材和棒材，还有管材与锻件。基本用场为航空航天器零部件、防火压力罐、低温液态物质贮存罐、低温实验站设备、自动卸货卡车车身、舰艇壳体、远洋舰舶上层建筑、钻井设备、电视塔、电讯发射接收塔,以及各种要求中等强度、耐蚀又需要焊接的结构件。 2219铝合金： 2219铝合金是一种有近70年悠久历史的老合金,至今仍在广为应用的铝-铜-锰系合金,既是高温合金,又是一种低温合金。2219铝合金有良好的可切削性能，但由于含铜量高，所以它的抗蚀性较低，由于基体含铜量高，易于扩散,因此包铝的保护作用效果降低，因此必须进行阳极化处理或涂漆保护。 该合金的主要合金化元素为铜和锰,铜形成θ相和T相,它们都有较高的强化作用和耐热性。锰除有补充强化作用外,主要是提 高合金的耐热性能。锰在铝中的扩散系数小,且能减慢其他溶质的扩散,阻碍再结晶;参与形成T相,T相的耐热性能比S相的强,加上T相沉淀和长大缓慢,因而可提高合金的耐热性能。锰含量过高则会降低合金的抗蚀性和可焊性。镁虽有一定的室温强化作用,但温度升高则强化作用明显下降,且损坏合金的可焊性,故镁被视为杂质。钛和错能细化铸造组织,提高再结晶温度。铁、硅、锌作为不可避免的杂质予以控制。 2219铝合金的熔炼温度700 °C ~750°C；铸造温度700°C~730°C，扁锭的取下限，圆锭的取上限；均匀化退火温度525°C；该合金热轧温度390°C~440°C最佳420°C；挤压温度420°C~460°C；锻造温度 400 °C~ 460°C；退火温度415°C；固溶处理温度535°C±5 °C；过烧温度545°C；人工时效规范 165 °C~190 °C、18 h~ 36 h,时间与温度的组合可根据产品要求的性能来确定。 2219铝合金既是耐热合金又是一种超低温合金，可用于制造在315°C以下工作的高温结构件和高强度焊接件，如发动机导轮、压气机叶片、超声速飞机结构件。也用于制造超低温工作的结构件，如液氢、液氧设备、火箭发射燃料液氢、液氧的贮箱,运输这些超低温物质的槽、罐。美国、日本、欧盟发射航天器的火箭燃料贮箱都是用2219铝合金板材焊接的。 总结： 液氢燃料时代来了，氢是一种货真价实的环保燃料 ,是未来的主要燃料之一。生产液氢、液氧的制氢机、制氧机，制造贮存与运输 它们的箱、槽、罐用的各种铝材中国都能生产，生产能力除满足本国的需求外，还可以大量出口,而且其各项性能指标都达到航空航天级别标准。 氢燃料的贮液氢箱、液氧箱可以用2219铝合金或其他铝合金制造,但2219铝合金的抗拉强度、疲劳强度和断裂韧性还显得低了一些，如果能研发出一种这此性能比2219铝合金的高40%以上，而其他性能又比 2219铝合金的略胜一筹的新 合金那就完美无缺了，研发新型的液氢燃料飞机所需的铝材是铝工业面临的严峻挑战。
氢能时代下的铝合金
发布日期：2021-05-27
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