有色金屬行業材料戰爭啟示錄：鋁合金篇-220226（31頁）.pdf

1、 1 2022 年 2 月 26 日 股市有風險 入市須謹慎 中航證券研究所發布中航證券研究所發布 證券研究報告證券研究報告 請務必閱讀正文后的免責條款部分請務必閱讀正文后的免責條款部分 聯系地址：北京市朝陽區望京街道望京東園四區2號樓中航產融大廈中航證券有限公司 公司網址： 聯系電話：010-59562524 傳真：010-59562637 行業分類： 有色金屬 材料戰爭啟示錄材料戰爭啟示錄： 鋁合金鋁合金篇篇 由于涉及到國家安全及社會穩定，成本端敏感度較低，因此多數最新科技都會率先應用于軍事領域， 幾乎所有民用技術都是由軍用轉化而來，縱觀世界科技史就是軍轉民的歷史?？萍继嵘藨馉帉哟?，戰爭

2、加速了科技發展，兩者交融，在人類激烈對抗這一過程中， 戰爭對于相關材料的發現、 推廣、使用起到了至關重要的作用。 當前世界戰爭的形式已發生許多變化，但在“更快更高更強”的目標之下，不變的是各類新型軍事裝備的更新迭代， 不變的是對于相關新材料性能提升的持續追求； 本篇鋁合金，作為系列報告的第一篇，按照時間順序依次闡述了鋁合金從被人們發現到規?；慨a， 從高貴的皇室器皿到翱翔天空的飛行器，最終又融入人們日常生活的發展歷史。新材料的誕生一定是有其時代背景和歷史機遇的，鋁的發現是科學理論發展的結晶， 其量產則歸功于電氣時代的來臨，兩次世界大戰提供了鋁合金快速發展的舞臺，冷戰的陰霾也掩蓋不了鋁合金的熠熠

3、光輝，而“和平時代”的到來，鋁合金又裝點了我們生活的方方面面. 行業投資評級行業投資評級 增持增持 金屬材料金屬材料指數指數 5833.08 基礎數據基礎數據 上證綜指 3446.09 滬深 300 4600.10 總市值（億元） 27,641.4 流通 A 股市值（億元） 14,794.9 PE（TTM） 29.8 PB(LF) 3.59 近一年行業與滬深近一年行業與滬深 300300 走勢對比圖走勢對比圖 資料來源：wind，中航證券研究所 2 中航證券研究所發布中航證券研究所發布 證券研究報告證券研究報告 請務必閱讀正文之后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 材料戰爭啟示錄：

4、鋁合金篇 內容目錄內容目錄 一、乘風而起的人們 . 4 1.1 鋁的規?；a . 4 1.2 齊柏林飛艇 . 5 1.3 飛行者一號 . 6 二、硝煙下的熠熠生輝 . 7 2.1 一戰初出茅廬 . 8 2.2 鋁合金研究的黃金年代 . 11 2.3 二戰大顯神威 . 13 三、為了更快更高更強的目標 . 17 3.1 更高的天空 . 17 3.2 更快的速度 . 18 3.3 日本輕金屬的崛起 . 23 3.4 鋁合金的新挑戰 . 26 四、歲月靜好下的光彩 . 27 五、結語 . 31 9ZbWzWhUlXaZxUrQrQpP9PaO8OsQnNtRoMfQqQoMkPnPyQ7NmMvM

5、MYrMtPuOoPnO 3 中航證券研究所發布中航證券研究所發布 證券研究報告證券研究報告 請務必閱讀正文之后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 材料戰爭啟示錄：鋁合金篇 圖表目錄圖表目錄 圖表 1：戴維的筆記 圖表 2：1850 年至 1930 年鋁價 圖表 3：齊柏林飛艇 圖表 4：萊特兄弟和他們的飛行者一號 圖表 5：1900 年巴黎世界博覽會 圖表 6：第一次世界大戰歐洲戰場形勢圖 圖表 7：鋁合金時效硬化現象 圖表 8：F-13 Junker 飛機圖 圖表 9：M1910 鋁制水壺 圖表 10：M1910 鋁制罐頭 圖表 11：一戰期間鋁土礦價格 圖表 12：福特 Tr

6、imotor NC8407 圖表 13：邊界層轉捩模型 圖表 14：DC-3 商用飛機各類金屬含量占比 圖表 15：飛機上的鋁合金應用 圖表 16：二戰期間美國工業指數 圖表 17：1900 年以來美國鋁土礦產量統計 圖表 18：1936 年到 1960 年鋁土礦價格（美元/磅） 圖表 19：二戰及二戰后各國鋁產量（單位：千噸） 圖表 20：二戰及二戰后各國鋁產量占比 圖表 21：B29 轟炸機 圖表 22：零式戰斗機 圖表 23：德國亞音速飛機 Me-262 圖表 24：第一款超音速試驗機 X-1 圖表 25：不同型號飛機以及其使用的鋁合金牌號 圖表 26：鬼怪（F4-H） 圖表 27：米格

7、-21 圖表 28：T-33 試驗機（右二） 圖表 29：7000 系鋁合金牌號圖 圖表 30：齊柏林飛艇骨架的硬鋁合金 圖表 31：住友金屬開發的硬鋁在飛行器上的應用 圖表 32：新型強鋁合金開發計劃書 圖表 33：零式戰機 圖表 34：高超聲速飛行器 圖表 34：大型客機用材情況（單位：%） 圖表 36：管狀草坪椅，來自上世紀 60 年代 圖表 37：最早的易拉罐形態 圖表 38：捷豹 XJ 系列 圖表 39：鋁制遠洋巨輪 圖表 40：鋁合金消費領域及占比 4 中航證券研究所發布中航證券研究所發布 證券研究報告證券研究報告 請務必閱讀正文之后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分

8、材料戰爭啟示錄：鋁合金篇 一、一、乘風而起的乘風而起的人們人們 1.11.1 鋁的規?；a鋁的規?；a 古代中國人就已經用明礬凈水了， 古代希臘和羅馬人也用明礬作染料和收殮劑。 西方人把明礬叫做 alum，拉丁文的意思是“苦澀的鹽”，跟硫酸鎂的“瀉鹽”區分開。有人將堿加入明礬溶液，得到了白色的沉淀，并在煅燒后的到了白色的粉末，但當時沒有人說得清楚這些粉末和明礬的關系。1754 年，煉金術士馬格拉夫發現這種白色的粉末性質和石灰完全不同，在與硫酸溶解后，蒸發掉水分，就得到了明礬的晶體，因此他推斷白色粉末是其中的組分，將這種白色粉末命名為礬土，并視其為自己的獨門絕技； 隨后 1789 年化學家拉

9、瓦錫和德莫烏將礬土作為化學元素，排進了他們的元素名單中，但是隨后德莫烏自己否定了這一結論，他認為這種化學元素或許不是礬土本身，而是其中的組分。幾十年后，化學家戴維也是受到了德莫烏的啟發，從電解堿中尋找新的元素，在他成功的用電流分解了鈉鉀鎂鈣之后，他把目光投向了礬土、石英、鋯石以及綠柱石，經過仔細的研究， 他確定這幾種物質中有他想要的答案： “我是多么幸運， 現在已經有十足的證據證明，這中間存在我希望的找到的金屬元素，我將其命名為：硅、鋁、鋯、鈹?！比欢龊醮骶S意料的是，事實上他得到的只不過是鐵鋁合金，并不是純凈的鋁。直到 1825 年丹麥科學家奧斯特將鉀溶解在水銀里沒讓得到的鉀汞齊與無水氯化鋁

10、反應，從而得到了一團新的金屬，這就是純凈的鋁。就這樣，一直隱藏在各類化合物中的金屬鋁，終于以這樣的方式與人類見面了。 圖表 1：戴維的筆記 來源：化學哲學原理，中航證券研究所 盡管鋁在實驗室被人們了解， 但距離它大規模生產還有很多的問題， 其中最為突出的矛盾就是鋁過高的制造成本。盡管法國化學家德維爾嘗試用鈉替代鉀來還原氯化鋁，但成本依然是普通人無法承擔的。事實上，直到 19 世紀 80 年代，鋁的價格都非常昂貴。在 1855 年的巴 5 中航證券研究所發布中航證券研究所發布 證券研究報告證券研究報告 請務必閱讀正文之后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 材料戰爭啟示錄：鋁合金篇 黎

11、博覽會上，鋁作為一種高貴的金屬被與王冠上的寶石一同展出，標簽上注明“來自黏土的白銀”。在當時，一盎司（30g）鋁和普通工人一天的工資差不多。鋁在實驗室制備的方法主要存在兩個問題，第一，還原鋁的化合物是鉀和鈉，都是很貴的金屬，本身也容易受潮，不易保存，第二，當時電力剛剛使用，電解鋁需要達到 2300 度的高溫，能耗很高，因此制造成本居高不下； 好在很快人們發現通過加入冰晶石可以有效降低電解鋁的熔點，同時西門子的發電機又大幅的降低了電力成本。1886 年美國的霍爾和法國的埃魯分別獨立的發明了制鋁的新工藝，這種方法被成為“霍爾-埃魯法”，該工業化一直沿用至今。值得一提的是，霍爾和埃魯不僅在毫無交流的

12、情況下獨自發明了鋁工業化生產的方法，還是同年出生同年去世的緣分，不由讓人感慨造化弄人。 隨著鋁的大規模隨著鋁的大規模工業化工業化生產， 鋁價也逐漸隨著各類應用普及開來生產， 鋁價也逐漸隨著各類應用普及開來而降低而降低，不像剛出現時那樣貴如黃金，從而為鋁在航空領域的大顯身手不像剛出現時那樣貴如黃金，從而為鋁在航空領域的大顯身手提供了充分條件提供了充分條件。 圖表 2：1850 年至 1930 年鋁價（美元/磅） 來源：Minerals Yearbook 1951，中航證券研究所 1 1.2.2 齊柏林飛艇齊柏林飛艇 在美國內戰時期（1861-1865），費迪南德齊柏林伯爵作為軍事觀察員，在美國考

13、察。當他第一次在葛底斯堡戰役中體驗到氫氣球這種高空監視戰場的交通工具，這種新奇的體驗給他留下了深刻的印象。他決定自己做一種比載人氣球更好的飛行器。退役后的齊柏林決定改進當時德軍裝備的熱氣球，制造一種可以完成長途運輸、空中偵察、空中作戰等多種用途的大型飛行器。在體驗了多種方案之后，他將希望寄托在飛艇的身上。事實上，齊柏林伯爵并不是飛艇的發明者，在此之前，德國已經有十多位發明家投入到飛艇的研發過程中，但他0.000.200.400.600.801.001.2019601965197019751980198519901995 6 中航證券研究所發布中航證券研究所發布 證券研究報告證券研究報告 請務必

14、閱讀正文之后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 材料戰爭啟示錄：鋁合金篇 們的飛艇卻有著非常明顯的缺點，那就是操控的不穩定性和本身的脆弱性，本質上仍然是氫氣球，也就是早期的軟式飛艇； 要解決飛艇結構強度的問題， 同時又不能增加太多的重量， 齊柏林伯爵將目光投在了當時方興未艾的新材料鋁上。在齊柏林飛艇出現之前，歐洲大部分的飛艇都是軟式飛艇，一般是一個由膠棉和亞麻布制作的大型氣囊。而齊柏林飛艇則完全不同，通過鋁制骨架和十幾通過鋁制骨架和十幾個充滿氫氣的氣囊，齊柏林飛艇得以兼顧重量和強度。個充滿氫氣的氣囊，齊柏林飛艇得以兼顧重量和強度。1900 年，齊柏林的 LZ-1 號，終于試飛成功，

15、此后的所有齊柏林飛艇都在此基礎上加以改進。飛艇從而一舉成為一戰初期德國軍隊最有力的武器。 圖表 3：齊柏林飛艇 來源：百度百科，中航證券研究所 1.1.3 3 飛行者一號飛行者一號 幾乎在同一時間，另外一種在當時被人懷疑的新型飛行器，也登上了歷史舞臺。1903 年12 月 17 日， 在美國北卡萊納州的一個晴朗的冬天上午，萊特兄弟坐上了那架后來被稱為 “飛行者 1 號”的飛行器上。當時受邀見證的只有五人，試飛成功后，萊特兄弟發電報告訴家人這一好消息，他們的二哥洛林當即拿著電報去找當時代頓市的日報編輯，沒想到編輯根本沒當真，后來有人將這件事告訴了美國陸軍部，他們也對此不以為然，事實上，在萊特兄弟

16、之前，就已經有許多航空界的先驅，探索過什么樣的飛行器更適合飛行了。萊特兄弟并不是類似愛迪生那樣的專業發明家，他們本來是自行車商，至少在發明創新這塊，他們顯得有些業余。當時沒有人相信兩個普通的自行車商，僅僅使用了 1000 美元，就搞定了那些大名鼎鼎的 7 中航證券研究所發布中航證券研究所發布 證券研究報告證券研究報告 請務必閱讀正文之后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 材料戰爭啟示錄：鋁合金篇 人前前后后花費數萬美金都沒有結果的事情； 圖表 4：萊特兄弟和他們的飛行者一號 來源：百度百科，中航證券研究所 那么，是什么原因使他們能夠造出世界上第一款飛機的呢？奧秘就在于，當時的人們造

17、飛機的主要思路是先造好飛機，然后想如何能夠駕駛它，而萊特兄弟的思路則截然不同，他們決定先學會駕駛飛機然后制造飛機。原來，之前的發明家都沒有親自去高空體會飛翔的感覺，僅憑借自己的經驗和空想來設計飛機，而飛機造好之后就想著如何去適應飛機的飛行，從來沒有想過自己先嘗試一下飛行的感覺，尋找突破口。而萊特兄弟則完全不同，沒有經驗的他們首先制造了一架滑翔機，然后在北卡萊羅納州的基蒂霍克試飛，經過多次實驗，他們終于意識到平衡性和輕量化對于飛機升空至關重要； 由于當時發動機馬力不足， 兩人重新設計了飛機的發動機， 同樣面臨發動機過重的問題。無獨有偶，得益于鋁的工業化生產，使用鋁制曲柄發動機在成本相差不多的情況

18、下重量減輕了一半。 于是，萊特兄弟采用鋁制造的曲柄發動機就被安裝在飛行者一號身上。在 1903 年 12月 17 日，萊特兄弟改寫了航空歷史，奧威爾第一次實現了人類歷史上真正意義上的飛行，持續 12 秒，隨后威爾伯將這個記錄提升至 59 秒。新的材料加新的構思，讓人類從此進入了航空時代。 二二、硝煙下的熠熠生輝硝煙下的熠熠生輝 在 20 世紀初的黃金年代里，鋁被制成了各種新奇的民用品，包括珠寶、日用品、眼鏡、 8 中航證券研究所發布中航證券研究所發布 證券研究報告證券研究報告 請務必閱讀正文之后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 材料戰爭啟示錄：鋁合金篇 光學儀器和餐具中，鋁裝點了

19、 20 世紀初繁榮的歐洲，1900 年的巴黎萬國博覽會，就展出了許多用鋁制成的珠寶和先進的光學儀器。但是流連于美麗的珠寶和精密的儀器之間的人們怎么也想不到，歐洲大陸即將籠罩在戰爭的硝煙之中。 圖表 5：1900 年巴黎世界博覽會 來源：Wikipedia，中航證券研究所 2.12.1 一戰初出茅廬一戰初出茅廬 隨著第一次世界大戰的打響，世界航空工業迎來了隨著第一次世界大戰的打響，世界航空工業迎來了重要發展重要發展機遇機遇。除去早期德軍使用過少部分飛艇以外，一戰的大部分制空權是由飛機主導的。早期的飛機，大多都是木制的，因為其輕巧靈便，制作材料用時相對較短，對于發動機的需求也不用很高，當時一臺汽車

20、的直列四缸發動機就足以驅動一架木制的飛機了。 但隨后人們很快就發現了木制飛機最大的問題，那就是木制飛機的機翼很怕下雨因為下雨導致木頭重量變重，從而無法起飛，因此需要為飛機儲備足夠多的機庫，而戰爭中來回變動的防線使得修建大型機庫無從談起，緊張的作戰形式由不得飛機在常年下雨的歐洲大陸上間歇性罷工。因此當時的有識之士就提出要尋找材料制作防水的飛機； 9 中航證券研究所發布中航證券研究所發布 證券研究報告證券研究報告 請務必閱讀正文之后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 材料戰爭啟示錄：鋁合金篇 圖表 6：第一次世界大戰歐洲戰場形勢圖 來源：百度百科，中航證券研究所 由此， 輕質鋁飛機的概

21、念被大家提出， 但當時的鋁受限于較軟的材質無法擔此大任。 隨后，德國科學家威爾姆通過在鋁中摻雜少量的銅和鎂，提出了鋁合金的時效硬化現象，并制造出人類的第一塊硬鋁。硬鋁的出現使得輕質飛機得以使用鋁合金的蒙皮，從而大大拓展了鋁合金在飛機上的應用； 圖表 7：鋁合金時效硬化現象 來源：鋁合金最佳固溶時效強化參數研究，中航證券研究所 于是一戰結束后，世界各國紛紛開始探索新型材料，美國鋁業作為當時鋁制品的生產公司，也參與了這次對于新材料的探索中。當時的飛機設計對于材料的要求是靜強度高，目的是減輕結構重量的同時，降低載重和航程對于發動機的要求。20 世紀 20 到 30 年代，美國鋁業發明了第一款工業航空

22、鋁合金研制的 2017-T4 合金，1924 年德國人將其應用于 Junker F-13 飛機，飛機使用的是 170 馬力的奔馳 Da 直列六缸發動機 SOHC，這也是世界上第一架全金屬覆蓋的商用飛機； 10 中航證券研究所發布中航證券研究所發布 證券研究報告證券研究報告 請務必閱讀正文之后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 材料戰爭啟示錄：鋁合金篇 圖表 8：F-13 Junker 飛機 來源：Wikipedia，中航證券研究所 此外， 除了對于航空用鋁的探索以外，一戰期間德國等國家出現了鋼材短缺，不得不使用鋁作為備選方案，鋁在軍用水壺、頭盔、防毒面具等領域也有許多的應用。鋁在軍

23、用水壺、頭盔、防毒面具等領域也有許多的應用。1909 年，美國陸軍步兵裝備委員會引進了一套完整的野戰裝具系統，這就是 M1910 裝具系統，其中包括了一個設計容量為 1 夸脫（946 毫升）的鋁制水壺，并備有鋁制水杯和帆布水壺套。一次世界大戰期間，美國陸軍軍需部接管了單兵裝備的生產，其中包括水壺。1918 年美國軍需部與生產商簽署了水壺的生產合同，這些水壺表面進行了磨砂處理，以減少反光。一戰期間總共生產了1000 萬到 1100 萬只鋁制 M-1910 水壺，由于該時期生產的水壺數量太多，因此從一戰結束到20 世紀 40 年代幾乎都沒有生產新的水壺了； 圖表 9：M1910 鋁制水壺 圖表 1

24、0：M1910 鋁制罐頭 來源：Gear illusion，中航證券研究所 來源：Bing 圖片，中航證券研究所 航空工業和鋁制軍用品的需求井噴帶來的鋁的供不應求， 鋁價也出現了大幅上漲， 在 1914年第一次世界大戰爆發后價格到達頂點， 隨后在 1916 年后隨著戰爭中各國對鋁礦資源的管制 11 中航證券研究所發布中航證券研究所發布 證券研究報告證券研究報告 請務必閱讀正文之后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 材料戰爭啟示錄：鋁合金篇 而逐步回落。這一時期的鋁礦主要產地是英國、法國等國的殖民地，因此當時的戰爭雙方都不得不從海外殖民地中運輸鋁土礦到本國； 圖表 11：一戰期間鋁土

25、礦價格（美元/磅） 來源：Minerals Yearbook 1951，中航證券研究所 一戰是人類社會上第一次大規模機械化戰爭。戰爭中的潛艇、坦克、戰車、飛機都是消耗的各種金屬材料， 因此戰爭開始之后各國就迅速封鎖了對方的礦產開采、 冶煉和加工的來源，試圖通過饑餓封鎖來削弱對方。例如 1917 年至 1918 年，德國就通過潛艇破壞英國到其殖民地的海上供應鏈以及美國的海運支援。這些舉措使得英國被打了個措手不及，相關的鋼鐵、銅以及各種合金的供應受到很大影響。于是英國同樣對德國也采取了相似的措施，包括貿易管制等措施，成功切斷了德國與其原材料長期供應國玻利維亞的貿易往來。這迫使德國加強了對鋁制品的原

26、料回收，甚至鋁制的罐頭盒、鐘、琴等都被用于回收用于軍事。在一戰結束在一戰結束后，后，各國都加強了對于鋁料回收和鋁材代替傳統金屬制品的研究，這進一步加深了鋁制品的各國都加強了對于鋁料回收和鋁材代替傳統金屬制品的研究，這進一步加深了鋁制品的滲透率。滲透率。 2 2.2.2 鋁合金研究的鋁合金研究的黃金年代黃金年代 隨著第一次世界大戰結束，隨著第一次世界大戰結束，對鋁合金的研究對鋁合金的研究迎來了黃金時期。迎來了黃金時期。1925 年福特公司宣布進軍航空業，設計師亨利福特設計了一個使用三引擎，全金屬波紋鋁的飛機 4-AT。當時的航空界對于新材料的渴求非常旺盛，稍微一點的進步和強化都令人激動。波紋鋁表

27、面有助于節省重量和阻力，在當時是現成的材料，這一大膽的設計迅速風靡了航空界； 0.000.100.200.300.400.500.600.7019121917192219271932 12 中航證券研究所發布中航證券研究所發布 證券研究報告證券研究報告 請務必閱讀正文之后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 材料戰爭啟示錄：鋁合金篇 圖表 12：福特 Trimotor NC8407 來源：Wikipedia，中航證券研究所 波紋鋁在低速階段具有表面粗糙的優點， 這為飛機提供了足夠的升力。 但是隨著飛機發動機技術的進步，飛機的速度也逐漸增加，波紋鋁重量過高和阻力過大的缺陷也暴露出來。于

28、是人們繼續在此基礎上為飛機尋找“光滑的皮膚”，以減少因為飛機時速提高帶來的邊界層轉捩問題。由于邊界層轉捩，飛機原先的氣動布局和升力將發生變化，從而影響性能； 圖表 13：邊界層轉捩模型 來源：Wikipedia，中航證券研究所 為此，1933 年美國鋁業集團發明了 2024 合金，這成為了目前較為常用的一種合金，2 2024024鋁鋁合金給飛機結構和性能帶來了巨大變化，同時也為合金給飛機結構和性能帶來了巨大變化，同時也為 2xxx2xxx 系合金奠定了基礎系合金奠定了基礎。2024-T3 被用于世界上第一種成功的商業飛機 DC-3 的主體結構材料（全機重量的 90%以上），一共生產了10564

29、 架，成為鋁合金發展史上重要的里程碑。2024 鋁合金具有較高的塑性、疲勞壽命、斷裂韌性和抗疲勞裂紋擴展性能，因此主要用于機身、機翼、抗剪肋板和腹板等高強度結構件上。 雖然有抗蝕性較差、 材質仍然較軟的問題， 但是這些缺點可以通過人工時效等方式彌補。 13 中航證券研究所發布中航證券研究所發布 證券研究報告證券研究報告 請務必閱讀正文之后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 材料戰爭啟示錄：鋁合金篇 圖表 14：DC-3 商用飛機各類金屬含量占比 來源：Advanced MaterialsProcesses，中航證券研究所 圖表 15：飛機上的鋁合金應用 來源：第十五屆中國國際鋁加工

30、峰會，中航證券研究所 2.32.3 二戰大顯神威二戰大顯神威 二戰期間美國二戰期間美國制造的制造的飛機的數量迅速攀升。飛機的數量迅速攀升。 1938 年美國全年只生產了 900 架飛機， 而 1940年到 1945 年，這一數字躍升至 30 萬架。這中間包括了英國和法國的訂單，法國受到戰爭波及，二戰期間每年只能生產 500 多架軍用飛機，而英國每年這一數字也不過 1800 架。二戰期間，美國飛機制造業指數從 1934 年的 32 飆升至 1941 年的 1103。尤其是 1940 年，美國宣布90.0%4.0%1.5%4.5%鋁合金銅鎂其他 14 中航證券研究所發布中航證券研究所發布 證券研究

31、報告證券研究報告 請務必閱讀正文之后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 材料戰爭啟示錄：鋁合金篇 參加第二次世界大戰后，當年飛機制造業指數翻了四倍。借助第二次世界大戰，美國的軍事實力尤其是飛機制造實力得以快速提升。二戰結束后，美國的飛機制造業的基礎使其成為當時世界上少有的航空大國； 圖表 16：二戰期間美國工業指數 來源：國際聯盟經濟數據統計年鑒，中航證券研究所 在此過程中在此過程中，2 2024024 鋁合金被大量用于美國軍機的制造中。鋁合金被大量用于美國軍機的制造中。二戰期間，美國制造的軍用飛機上鋁合金占到全機重量的 70%，因此總共生產消耗了 30 億磅的鋁。二戰前美國的鋁主

32、要通過船只進口蘇里南和圭亞那的鋁土礦，但戰爭爆發后海上運輸線被切斷。此后數年，阿肯色州的鋁土礦產量激增， 從 1940 年的 44.6 萬噸 （占美國總需求的 41%） 提高到 1943 年的 633.3萬噸(占美國總需求的 80%)。1914 年到 1920 年，美國鋁土礦工業貢獻了世界上一半的產能，在一戰剛開始的前兩年（1914-1915），美國產能供應占比甚至達到了 94%。二戰期間，阿肯色州提供了美國開采的 90%以上的鋁土礦?？梢哉f，美國的鋁土礦工業在第一次和第二次世界大戰中都具有世界級的重要性； 15 中航證券研究所發布中航證券研究所發布 證券研究報告證券研究報告 請務必閱讀正文之

33、后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 材料戰爭啟示錄：鋁合金篇 圖表 17：1900 年以來美國鋁土礦產量統計 來源：Wikipedia，中航證券研究所 吸取了第一次世界大戰中吸取了第一次世界大戰中鋁短缺的教訓鋁短缺的教訓，世界各國都意識到過快增長的需求會導致鋁價，世界各國都意識到過快增長的需求會導致鋁價格過高從而超過采購的預算，在戰前就格過高從而超過采購的預算，在戰前就已經開始了鋁資源的準備已經開始了鋁資源的準備。德國元首希特勒在戰前就意識到一戰期間的鋁饑餓的教訓，因此他設法在德國建立起完整的鋁工業，盡管德國本土并沒有鋁土礦，除了位于萊茵費爾登的一家小廠，每年僅能供應 800 噸

34、鋁材，德國本土甚至都沒有一家鋁加工企業。1943 年，德國控制了奧地利、捷克斯洛伐克、挪威、法國、匈牙利、南斯拉夫以及意大利等幾個歐洲國家的輕金屬工業后，德國的鋁土礦產能大幅擴張，從原先一個不重要的位置，上升成為當時最大的鋁生產國和消費國（1936 年為 15.5 萬噸/年）； 隨著德國的步伐向外擴張，英國也開始加速鋁工業的建設和產能的擴張隨著德國的步伐向外擴張，英國也開始加速鋁工業的建設和產能的擴張。由于各種封鎖和德國入侵法國導致鋁土礦產量不確定等因素，英國選擇發展鋁回收工業，在二戰期間英國的回收鋁占到其總需求的三分之一。因此航空領域，英國并沒有受到戰爭的影響，其飛機產量迅速爬升。通過進口加

35、拿大和美國的鋁以及自身的鋁回收工業，英國的鋁加工產能在 1939年達到 8.3 萬噸，1943 年達到 36.3 萬噸； 而美國同樣大量的擴張其產能而美國同樣大量的擴張其產能，1940 年，美國頒布了偉大防御計劃的法案，國會撥款 20億美元， 將全國的發電量提高了 3 倍， 從 1934 年年發電量 1000 億千瓦時到 1945 年接近 3000千瓦時，這使得當年的鋁生產的電力供應充足穩定，歐洲 1941 年以后的鋁的產能逐漸減少，對應的是北美的美國和加拿大的鋁及其制成品的市場份額的擴大，到 1943 年，這一比例甚至高達 60%。美國的鋁土礦產能在幾年激增，到 1943 年，美國鋁加工產能

36、達到了近 90 萬噸的 16 中航證券研究所發布中航證券研究所發布 證券研究報告證券研究報告 請務必閱讀正文之后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 材料戰爭啟示錄：鋁合金篇 巨大數字； 蘇聯一戰期間就飽受鋁饑餓的困擾，一五計劃期間則專門在列寧格勒建造了兩座鋁冶煉蘇聯一戰期間就飽受鋁饑餓的困擾，一五計劃期間則專門在列寧格勒建造了兩座鋁冶煉工廠，以滿足國內的需求工廠，以滿足國內的需求。蘇聯認為，“原料是國家安全能力的重要組成部分”。天然資源在現代戰爭中具有關鍵作用。1939 年 1 月至 1941 年 1 月，蘇聯的鐵礦儲備增加 5 倍，銅 2倍，鋅 2 倍以上，然而戰爭期間面對龐大的

37、鋁制品需求，蘇聯仍面臨巨大的缺口，以至于斯大林甚至說出“給我 3 萬噸鋁，我將贏得這場戰爭”； 同時各國也將強了國內的鋁土礦的價格管制，同時各國也將強了國內的鋁土礦的價格管制， 以美國為例， 1940 年， 美國國會通過了 國際法授權總統禁止或限制軍事裝備和物資的出口，同時國會通過了價格管制的法案，限制了本國鋁土礦的價格，各國紛紛效仿之下，盡管鋁土礦的需求旺盛，但根據年鑒數據統計，二戰期間鋁的價格并沒有出現大幅上漲，而是保持在恒定的價格，這反映出各國對鋁土礦價格的管制措施有效； 圖表 18：1936 年到 1960 年鋁土礦價格（美元/磅） 來源：Wikipedia，中航證券研究所 0.10.

38、120.140.160.180.20.220.240.260.2819361941194619511956 17 中航證券研究所發布中航證券研究所發布 證券研究報告證券研究報告 請務必閱讀正文之后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 材料戰爭啟示錄：鋁合金篇 圖表 19：二戰及二戰后各國鋁產量（單位：千噸） 圖表 20：二戰及二戰后各國鋁產量占比 來源：Minerals Yearbook 1951，中航證券研究所 來源：Minerals Yearbook 1951，中航證券研究所 三、為了更快更高更強的目標三、為了更快更高更強的目標 3 3.1.1 更高的天空更高的天空 二戰前期，

39、軍用飛機在大部分巡航時間內飛行員會敞開座艙蓋飛行， 一方面是螺旋槳活塞發動機的壓縮機和熱燃機效率限制了飛機升限，以零式飛機為例，大約升限 4200 米，也就是對流層中部，而此處的溫度大約比地面低 30 度，飛行員完全可以穿厚點的夾克，空氣也未稀薄到一定程度。另一方面，當時的通訊技術不支持密封環境，敞蓋設計可以方便飛行員通過打手勢快速協同作戰。而二戰后期，隨著美軍裝備了更加先進的星型活塞發動機，飛機的升限達到了上萬米，日本的零式飛機再也無法與美軍戰機匹敵了。而隨著封閉式機艙和升限提封閉式機艙和升限提高高帶來的問題就是 2000 系鋁合金的強度不足以支撐飛機在平流層飛行， 而美國鋁業公司為此研發出

40、了第二款航空鋁合金7000 系鋁合金。7075 高強度合金的目標是提高靜強度，雖然斷裂韌性和耐腐蝕性并沒有被考慮在內，但 70757075 高強度合金仍給飛機制造帶來了極大的改高強度合金仍給飛機制造帶來了極大的改變，原先的開放式的機艙被封閉式的機艙取代，原先中低空飛行的轟炸機和戰斗機升限制被變，原先的開放式的機艙被封閉式的機艙取代，原先中低空飛行的轟炸機和戰斗機升限制被大大提高，由此誕生了美國第一款升限破萬米轟炸機大大提高，由此誕生了美國第一款升限破萬米轟炸機 B29B29。 33.654.1102132.8130.1148.4147.1280.4472.7834.80100200300400

41、5006007008009001934193519361937193819391940194119421943加拿大美國亞洲（日本）蘇聯歐洲（除蘇聯）德國19.8%20.9%28.3%27.3%22.6%22.1%18.4%25.5%31.5%41.7%0%10%20%30%40%50%60%70%1934193519361937193819391940194119421943加拿大美國亞洲（日本）蘇聯歐洲（除蘇聯）德國 18 中航證券研究所發布中航證券研究所發布 證券研究報告證券研究報告 請務必閱讀正文之后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 材料戰爭啟示錄：鋁合金篇 圖表 21：

42、B29 轟炸機 圖表 22：零式戰斗機 來源：Wikipedia，中航證券研究所 來源：Wikipedia，中航證券研究所 3.3.2 2 更快的速度更快的速度 隨著美蘇冷戰鐵幕的隨著美蘇冷戰鐵幕的落下落下，世界鋁合金的發展也步入了美蘇科學界各自獨立發展競爭的，世界鋁合金的發展也步入了美蘇科學界各自獨立發展競爭的階段。階段。兩國分別成立了北約和華約聯盟，試圖構建以美蘇為首的世界兩極體系，將全球各地方的勢力劃分清楚。在劃分勢力范圍的過程中，兩國開始思考如何快速進行力量的投射，最直接的辦法就是高速飛機，而活塞發動機由于飛行速度被發動機功率限制，逐步退出了歷史舞臺。渦噴發動機迅速發展，很快便出現了亞

43、音速的飛機，通過加裝助力燃燒室，飛機得以沖擊音障。然而，這樣的速度下，強大的激波阻力和高溫的燃燒空間對材料要求更高，人們急需一種質量更輕、結構強度更高的鋁合金來幫助飛機突破音障，于是二戰后兩國科學家都開始了對耐熱腐蝕和高強合金的研究； 圖表 23：德國亞音速飛機 Me-262 圖表 24：第一款超音速試驗機 X-1 來源：Wikipedia，中航證券研究所 來源：Wikipedia，中航證券研究所 1948 年，獲悉美國材料情報的蘇聯同樣研制出 B95 鋁合金，其配料大致與 7075 合金類 19 中航證券研究所發布中航證券研究所發布 證券研究報告證券研究報告 請務必閱讀正文之后的免責聲明部分

44、請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 材料戰爭啟示錄：鋁合金篇 似，性能也相差無幾。此后，為了在戰爭中奪取優勢，兩國在軍備競賽的過程中將鋁合金材料的研制不斷推進，在這一時期，先后誕生了許多影響后世的鋁合金系列，例如 7075 的 T6系列、7150 系列合金等。 圖表 25：不同型號飛機以及其使用的鋁合金牌號（左軸抗拉強度，單位：MPa） 來源：航空鋁合金的發展回顧與展望，中航證券研究所 二戰結束后，航空界普遍判斷下一個潮流是噴氣化。德國的 Me-262 是歷史上第一種用于實戰的噴氣式戰斗機，盡管因為材料資源等問題，德國空軍的 Me-262 戰機數量嚴重不足，但是其成果卻著實讓人震驚，取得了一共擊

45、落 300 多架轟炸機和 100 多架其他飛機的戰果。隨后前來接收技術的美國和蘇聯人員被這些技術所震驚， 這也成為兩國航空技術發展的催化劑，此后的 F86 和米格 9 都深受德國 Me-262 的影響。 但隨后但隨后蘇美蘇美也分道揚鑣，走上了也分道揚鑣，走上了各自獨特各自獨特的的發展發展道路道路； 在上世紀四五十年代，當時美國軍機的采購大多數情況是這樣的：由空軍、海軍等提出要更換型號，然后各軍工大佬拿出一套飛機的設計，最后拿著樣品說服國會掏錢,“我們是多么需要這樣一款戰斗機”這就是傳統的先開發產品然后創造需求的玩法，是早期噴氣式戰斗機研發中常有的一幕。于是最后的結果就是各型號生產商拼拼湊湊一大

46、堆設計方案，涵蓋各種稀奇古怪的氣動布局，而對于新材料、新工藝的研究則淺嘗輒止，畢竟沒有人有動力冒險嘗試新的材料工藝。而被軍迷們喜聞樂道的鬼怪（FH-4）的到來，則徹底改變了游戲規則； Junker F13 2017-T4DC-13 2024-T3B-29 7075-T651707 7178-T651747 7075-T651L1011 7075-T76517075 T737050-T74757/767 7150-T651A310 MD11 7150-T6151C17 7150-T7751777 7055-T77512002503003504004505005506006507001910192

47、019301940195019601970198019902000 20 中航證券研究所發布中航證券研究所發布 證券研究報告證券研究報告 請務必閱讀正文之后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 材料戰爭啟示錄：鋁合金篇 圖表 26：鬼怪（F4-H） 來源：Wikipedia，中航證券研究所 當時在朝鮮戰場上一眾噴氣式飛機無力與米格-15 抗衡的慘烈表現深深的刺激了美國國防部， 于是海軍上下決定發奮圖強， 擺脫統一采購的桎梏， 宣布也要搞自己的超音速大飛機，然而傳統的格魯曼和道格拉斯還沒有擺脫傳統的思想， 固守在 2xxx 系合金和活塞發動機的研究中。當時海軍提出的目標是：“在距離母艦

48、 250 海里處巡邏 2 小時以上，在無法空中加油的情況下持續飛行 3 小時以上?！边@是傳統活塞發動機無法達到的，因此對各大飛機廠提出了新的挑戰。 1955 年海軍注意到了當時年輕有為的麥克唐納公司， 要求其在 F-3H 的基礎上，制造一款雙發雙座全天候戰斗機， 武器要全面導彈化。 當時的麥克唐納相比于其他的老前輩，就好像一個初出茅廬的小伙子，二戰期間也沒有什么驚艷的機型，此前也從未接到海軍的訂單，但正是因為如此，他們他們才才大膽采用了新型的材料大膽采用了新型的材料 71787178 鋁合金，鋁合金，這使得他們的飛機的最高這使得他們的飛機的最高時速達到了時速達到了 2.82.8 馬赫，馬赫，最

49、終最終 F F- -4H4H 擊敗了沃特的擊敗了沃特的 F F- -8U8U- -3 3，贏得了海軍的全天候艦載導彈發射，贏得了海軍的全天候艦載導彈發射平臺項目平臺項目； 鬼怪的出現不僅震驚了它的美國競爭對手，對當時的另一大國蘇聯也是一次不小的沖擊自從撞大運引進了羅羅的 Nene 發動機之后，蘇聯航空就一發不可收拾，在噴氣式飛機技術上一日千里，眨眼功夫就和美英等老牌航空強國平起平坐。當時世界上僅有的三款量產破萬的噴氣式飛機，蘇聯就有兩款（米格-9、米格-15）。事實上，在導彈決定論和速度決定論的五十年代，美國和蘇聯可以說亦步亦趨，差距非常小。因此被老對手研制的鬼怪全面 21 中航證券研究所發布

50、中航證券研究所發布 證券研究報告證券研究報告 請務必閱讀正文之后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 材料戰爭啟示錄：鋁合金篇 超越，這對于驕傲的蘇聯人來說是一種侮辱。于是，針對鬼怪，米高揚設計局和蘇霍伊設計局各自拿出了自己的設計方案， 最終米格憑借三角翼布局的方案擊敗了后掠翼方案的蘇霍伊，完成了米格的帽子戲法這就是大名鼎鼎的米格 21。米格 21 以輕巧、簡單、靈活以及超音速性能好的特點著稱，符合蘇聯暴力美學的單推大牛拉小車式發動機，讓其在航電系統遜色情況下，用不到鬼怪 1/3 的成本做到了與后者相近的性能，在空中博弈中表現出色。米格米格- -2121 在越戰中的在越戰中的精彩表現

51、精彩表現與蘇聯研制出的與蘇聯研制出的 B95B95 鋁合金密切相關鋁合金密切相關。 圖表 27：米格-21 來源：Wikipedia，中航證券研究所 總的來說，總的來說，二二戰后到戰后到 5050 年代末，是世界航空史年代末，是世界航空史中濃墨重彩的篇章中濃墨重彩的篇章，是美蘇兩國航空技術，是美蘇兩國航空技術發展最為迅速的年代發展最為迅速的年代。二戰結束后，由于軍用需求大幅降低，飛機產能過剩引發了制造商的焦慮，同時戰爭中各大飛機制造商賺的盆滿缽滿，有這個實力將大量的資金投入到新型噴氣式戰斗機的研發中。因此這段時期大量新的材料和新的裝備交相輝映。這十年內，NASA 主導的 X 系列項目 （X 項

52、目代表前沿試驗性項目） 的數量超過了戰后 60 年所有 X 飛機計劃的一半。在這個黃金十年內，超音速飛機出現并迅速成熟，成為這個時期航空領域最為火熱的話題； 越戰結束后， 美蘇兩國進入了新的交鋒， 但70 年代的航空領域并沒有太多突破性的創新，主要以大型航空集團之間的并購和重組為主。不過在此期間，科研領域仍然誕生了引領未來二十年的方向隱身化。洛克希德公司從 50 年代開始就已經對雷達隱身技術非常感興趣， 22 中航證券研究所發布中航證券研究所發布 證券研究報告證券研究報告 請務必閱讀正文之后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 材料戰爭啟示錄：鋁合金篇 終于， 1947 年， 其在一

53、架 T-33 試驗機上整體覆蓋了雷達吸波涂層，還在外形上采用了圓滑倒角工藝，以減少雷達的回波，成功試驗了世界上第一款隱身飛機； 圖表 28：T-33 試驗機（右二） 來源：Wikipedia，中航證券研究所 受益于計算機模擬技術的發展， 使得工程師們可以通過數字模擬的方式設計隱身外形， 這種特殊的結構使雷達的回波閃爍不定，無法鎖定目標。最后，洛克希德將這項技術運用在了F-117 隱身戰斗機上，從此開創了隱身飛機的時代。而蘇聯方面似乎對隱身并不看好，60 到70 年代，蘇聯推出的幾款機型，包括米格 25，蘇 27 等，都是朝著更快的速度的目標去的。當然，不論是哪種路線，新型的鋁合金如 7075-

54、T73 合金、7049 合金以及 7075 合金都在這些機型上得到了應用。盡管冷戰后期，隨著美蘇兩國把目光投向外太空，航空領域的研究不再像戰后黃金年代那樣如火如荼，但航空鋁合金一直未曾停止其前進的腳步。 23 中航證券研究所發布中航證券研究所發布 證券研究報告證券研究報告 請務必閱讀正文之后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 材料戰爭啟示錄：鋁合金篇 圖表 29：7000 系鋁合金牌號圖 來源：The Advancement of 7XXX Series Aluminum Alloys for Aircraft Structures:A Review，中航證券研究所 3 3. .3

55、 3 日本輕金屬的崛起日本輕金屬的崛起 美蘇爭霸落幕后的美蘇爭霸落幕后的 9 90 0 年代， 日本材料學迅猛發展， 在鋁合金的研究上屢獲佳績。年代， 日本材料學迅猛發展， 在鋁合金的研究上屢獲佳績。 事實上，日本的鋁合金工業早在 20 世紀初就已經蹣跚起步了， 二戰期間逐漸成熟， 冷戰時期亦步亦趨，而到了近代則逐漸展現出自己的特色。故事要從 1916 年講起，當時一架齊柏林飛艇在倫敦墜毀，駐扎倫敦的日本海軍將其中一部分碎片帶回日本，并由當時的住友銅業公司進行研究，這就是日本產業界接觸硬鋁的開始。隨后，受軍部所托，日本住友開始嘗試研發硬鋁技術，并在多款飛機上加以嘗試； 7075-T651717

56、8-T6517050-T4517150-T6517150-T77517085-T76517085-T74527075-T73517075-T76517475-T73517055-T77517055-T76511 24 中航證券研究所發布中航證券研究所發布 證券研究報告證券研究報告 請務必閱讀正文之后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 材料戰爭啟示錄：鋁合金篇 圖表 30：齊柏林飛艇骨架的硬鋁合金 來源：Development of Aluminum Alloys for Aircrafts in Japan from Zero Fighter to Boeing 777，中航證券研

57、究所 圖表 31：住友金屬開發的硬鋁在飛行器上的應用 來源：Development of Aluminum Alloys for Aircrafts in Japan from Zero Fighter to Boeing 777，中航證券研究所 25 中航證券研究所發布中航證券研究所發布 證券研究報告證券研究報告 請務必閱讀正文之后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 材料戰爭啟示錄：鋁合金篇 二戰期間， 日本海軍對于鋁合金的需求很多， 大量的艦載機需要一種比美國的 24S 更輕，同時抗拉強度更強的新型鋁合金，于是他們要求住友集團配合開發一款新型的鋁合金，在軍部研究所的北原五郎和五

58、十嵐勇的支持下，一份全新的鋁合金開發計劃書被制作出來，上面詳細介紹了預計開發這款合金需要的資金和使用計劃等。 最終這款合金在 1936 年 6 月被制造出來，五十嵐勇將其命名為鍛造用強輕合金； 圖表 32：新型強鋁合金開發計劃書 來源：Development of Aluminum Alloys for Aircrafts in Japan from Zero Fighter to Boeing 777，中航證券研究所 二戰前，三菱重工名古屋飛機制造有限公司的設計工程院被要求設計一種在航空母艦上使用的艦載機，按照當時的眼光來看，這款飛機無疑是超越時代的，時任三菱重工設計主任的崛越二郎如此描述這

59、款飛機 “這是一款超越航空界常識的偉大戰機， 如果能夠達到 （設計要求），那么它將超越蜘蛛蟹（吸血鬼戰機，最初定名為 Spider Crab）”。為滿足軍隊的需求， 這款飛機使用了之前三菱戰機使用的硬鋁 SDH。盡管碰到了許多問題，最終崛越先生還是完成了這一令對方聞風喪膽的杰作零式戰機； 26 中航證券研究所發布中航證券研究所發布 證券研究報告證券研究報告 請務必閱讀正文之后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 材料戰爭啟示錄：鋁合金篇 圖表 33：零式戰機 來源：百度圖片，中航證券研究所 戰后一段時間內日本的飛機制造和研發被完全禁止。 隨著朝鮮戰爭的爆發， 日本成為美軍重要的空軍維

60、修基地，美國逐漸放開對日本航空鋁合金的管制，日本對于鋁合金的研究也逐漸恢復。借助波音的 YX 和 YXX 計劃，日本本土的飛機制造商和材料供應商得以迅速發展起來。之前一直只能生產飛機邊緣材料的住友輕金屬工業公司也借這機會進入了波音的供貨序列。 經過多年積累，1992 年，住友公司終于生產出抗拉強度超過 700Mpa 的超高強度鋁合金。20 世紀 90 年代末，住友公司又開發了新一代的抗拉強度為 760-810MPa 超高強度鋁合金，后來被用于交通運輸等要求高強度和耐應力腐蝕的結構件。經過一百多年的努力，日本終于躋經過一百多年的努力，日本終于躋身世界身世界鋁合金鋁合金強國的序列。強國的序列。 3

61、 3.4.4 鋁合金的新挑戰鋁合金的新挑戰 21 世紀以來， 隨著復合材料的崛起， 盡管鋁合金的制作工藝水平不斷進步， 但傳統的 2000系和 7000 系合金漸漸的也無法滿足軍用需求了。尤其是新世紀以來，區域性的政治環境要求地區大國在區域內擁有更加快速、 更加高效的打擊能力， 因此催生出高超聲速發動機的需求。而高超聲速飛機作戰過程中的高溫高壓工況，對于傳統鋁合金結構來說過于極限，復合材料則可以在有效降低飛機重量的同時，不斷加大結構強度、提高高溫高壓工況下正常工作的能力。因此在長期來看或許會對鋁合金構成挑戰； 27 中航證券研究所發布中航證券研究所發布 證券研究報告證券研究報告 請務必閱讀正文

62、之后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 材料戰爭啟示錄：鋁合金篇 圖表 34：高超聲速飛行器 來源：百度百科，中航證券研究所 但即使是但即使是鋁合金鋁合金用量在用量在軍用戰斗軍用戰斗機上逐漸降低，但仍不可否認，鋁合金仍然是目前航空機上逐漸降低，但仍不可否認，鋁合金仍然是目前航空航天行業最重要的材料。航天行業最重要的材料。目前的大型客機，仍然需要大量的 7000 系和 2000 系的鋁合金作為主要的合金組分，因此，他們仍然能在民用航空領域發光發熱； 圖表 35：大型客機用材情況（單位：%） 來源：大飛機用鋁合金的研究現狀及展望，中航證券研究所 從一戰的木頭飛機到黃金年代的全金屬商用飛

63、機，從二戰的敞篷機艙到戰后的高速飛機，從冷戰的超音速飛機到現代的高超聲速飛機，航空工業的更快更高更強的目標，始終伴隨著鋁合金的強度、耐熱性和重量的改進而不斷實現突破。同時鋁合金的進步也指引了航空工業努力的方向，因此航空鋁合金的發展史始終與航空工業的發展密切相關。 四四、歲月靜好下的光彩歲月靜好下的光彩 隨著二戰后軍用鋁制品需求的減少和經濟的復蘇，戰場上所向披靡的“航空之子”鋁合飛機種類飛機種類首航時間首航時間鋁鋁鐵鐵鈦鈦合金合金其他其他B74719698113411B75719827812631B76719818014231B777199470117111DC1019707815512MD11

64、1990769582 28 中航證券研究所發布中航證券研究所發布 證券研究報告證券研究報告 請務必閱讀正文之后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 材料戰爭啟示錄：鋁合金篇 金同樣需要鑄劍為犁。在工業化制鋁之前，鋁被人們認為是非常珍稀的金屬，拿破侖對鋁情有獨鐘，他在宴會上用鋁制叉子招待客人，在當時的人們看來，這是一種至高無上的禮遇。甚至在拿破侖的加冕儀式上的那頂皇冠，都是用鋁做的。在那個年代，鋁可謂是價格最為昂貴的金屬， 黃金和鋁相比都顯得微不足道，200 公斤的黃金才等于一斤鋁，拿破侖作為皇帝，人生中最重要的加冕儀式中，使用當時世界上最珍貴的金屬，自然是再合適不過。而隨著電解鋁工藝

65、工業化后，鋁受益于航空行業的騰飛，在戰爭中發揮了不可磨滅的作用。隨著鋁產能的擴大，鋁的生產成本也不斷走低； 戰后，大量的鋁加工的工廠轉型做民品。先鋒的年輕人首先接受了這一“飛在空中的金戰后，大量的鋁加工的工廠轉型做民品。先鋒的年輕人首先接受了這一“飛在空中的金屬”屬”。20 世紀 30 年代，金屬家具已經流行起來，盡管社會上并沒有多少人愿意嘗試鋁制的家具，但以沃倫麥克阿瑟為代表的先進派就已經嘗試將這些鋁制品用在除了他的戰場以外的地方，比如他的辦公椅。隨后，20 世紀 50 年代，大眾消費逐漸興起，一位二戰老兵設計并制造了最初的草坪椅。這位名叫弗雷德里克阿諾德的前 P38 戰斗機飛行員提出了簡化

66、現有可折疊椅子的想法。在前往教堂做禮拜的過程中，他萌生出了使用戰爭中他最熟悉的鋁制作家具的想法，事實證明，這種窄鋁管非常適合制作椅子，即使他在 1947 年的原始設計比今天的金屬折疊椅要簡陋粗糙的多，但不可否認的是，這種極簡設計的思路受到了 20 世紀中葉早期現代主義思潮的影響。在得到大量贊譽和訂單后，這位退役老兵專心開起了公司對椅子的形狀和尼龍織帶進行了改進，使它更加輕便和堅固，到了 20 世紀 50 年代，阿諾德的公司每年要銷售超過 14000 把便攜椅子。設計的荷載力、實用性和簡約的風格使其成為無處不在的家具用品。這位老兵和他的“親密戰友”一樣，雖然從戰場上退役，但仍然在民用領域綻放出新

67、的光彩； 29 中航證券研究所發布中航證券研究所發布 證券研究報告證券研究報告 請務必閱讀正文之后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 材料戰爭啟示錄：鋁合金篇 圖表 36：管狀草坪椅，來自上世紀 60 年代 來源：valetmag，中航證券研究所 1959 年，年輕的設計師費雷茲，在幫當時的一家罐頭廠設計包裝的時候，偶然誕生了一個想法既然罐頭可以使用鋁制，為什么不能用來裝飲料呢？但是當時大部分灌裝的飲品都是以碳酸飲料為主，里面都注有大量的二氧化碳氣體，因此鋁罐壁內承受著較大的壓力，會像氣球一樣鼓起來，因此他利用鋁罐變形性好的特點，將鋁罐底部設計成內陷的碟狀，這種拱形的結構很好的抵擋

68、了罐底的壓力。此外，由于鋁罐內部壓力很大，需要保證任何一個人都能夠輕松打開它。聰明的弗雷茲在苦苦思索后，終于找到了解決方法，他利用罐頂凸出的部分充當支點，把附近的位置磨薄至少一半的厚度，這樣通過杠桿原理，人們就可以很輕松的打開鋁罐，品嘗其中的飲料了。經過改進的鋁罐經過改進的鋁罐方便實用，迅速風靡美國，并形成了方便實用，迅速風靡美國，并形成了獨獨特的特的易拉罐文化易拉罐文化； 圖表 37：最早的易拉罐形態 來源：Wikipedia，中航證券研究所 30 中航證券研究所發布中航證券研究所發布 證券研究報告證券研究報告 請務必閱讀正文之后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 材料戰爭啟示錄

69、：鋁合金篇 此外，在船舶和汽車等領域，鋁也有不俗的應用場景此外，在船舶和汽車等領域，鋁也有不俗的應用場景，比如二戰時以戰車出名的捷豹家族，就曾經推出過一款全車身用全鋁打造的概念汽車捷豹 XJ，這一信號甚至一度成為新型汽車的象征。在貨運汽車中，鋁合金也開始了它的輕量化應用，全車鋁合金的貨車比使用他的“兄弟”鋼板少 10 噸的重量。而船舶制造商，則是欣賞鋁抗腐蝕和堅固的特性，一些輪船開始采用全鋁打造，此后的德國制造商更是造出了長達 315m 的鋁制遠洋郵輪，除了船體運用了鋁，船身內部的家具也一樣用鋁打造。令人嘖嘖稱奇的是，投付使用后的鋁制船體盡管經受了 30 年的海水和海浪的腐蝕，仍然不會出現金屬

70、疲勞，非常容易就可以維護。目前，超過一半的戶外航海發動機都是鋁制的，一艘現代的渡船大約要消耗超過 400 噸的鋁材； 圖表 38：捷豹 XJ 系列 圖表 39：鋁制遠洋巨輪 來源：Wikipedia，中航證券研究所 來源：Wikipedia，中航證券研究所 大量鋁制品的應用也催生出龐大的消費者市場大量鋁制品的應用也催生出龐大的消費者市場，從而使得生產鋁制品的公司經久不衰。美國鋁業于 1888 年成立，距今已經 100 多年了，但仍然經久不衰。值得一提的是，手機等消費電子行業近年來也選用航空鋁合金來制造手機的外殼，例如蘋果手機 iphone6 使用的就是6000 系列鋁合金，因為強度不夠容易變形

71、，所以在下一代的 iphone7 中，則使用了 7000 系鋁合金； 從中世紀煉金術士的獨門秘方， 到拿破侖奢華的鋁制餐具， 從一戰二戰資源管制的航空之子，到如今融入我們生活的消費品如鋁合金門窗、鋁制易拉罐、鋁鎂合金輕量化汽車，鋁在不斷變換著自己的身份，但一直在為我們服務。雖然在航空航天領域，更有潛力、發展更快的技術和材料正在逐步取代傳統的材料，但是這些傳統的材料仍然在我們的生活中扮演著極其重要的角色。 31 中航證券研究所發布中航證券研究所發布 證券研究報告證券研究報告 請務必閱讀正文之后的免責聲明部分請務必閱讀正文之后的免責聲明部分 材料戰爭啟示錄：鋁合金篇 圖表 40：鋁合金消費領域及占

72、比 來源：金屬百科，中航證券研究所 五五、結語結語 回顧百年軍用鋁合金的發展史，既有不斷變化的作戰環境對航空材料提出新的要求和挑戰，也有新材料性能提升推動新型裝備的發展。從一戰初期的木制飛機到一戰后期的全鋁商用飛機，從二戰前期的半開放航空鋁飛機到二戰后期的亞音速全封閉高強鋁飛機，應用端的變化催生了各國對于航空器性能以及相關材料條件的要求，進而加速了鋁合金工藝技術的改善。同時鋁合金學科基礎理論的進步也推動了新材料以及新裝備的出現。二戰結束后，鋁合金的故事遠未止步，冷戰陰霾籠罩下的世界，新型高強鋁合金支持全球航空業向著更快更高高強的目標不斷突破人類的極限；走向新世紀，鋁合金的研究在全球范圍內百花齊放、百家爭鳴。戰爭外的世界，鋁合金裝點和豐富了人們的生活； 鋁合金發軔于一戰，成長于二戰，在冷戰達到巔峰，鋁合金性能不斷進步的過程，是戰爭層次不斷升級的過程。戰爭推動了鋁合金在軍用領域的普及應用，也驅動了鋁合金向民用領域的拓展。戰爭隨著人類永不滿足的欲望滋生，促使人類尋求更好的裝備，對于新材料和新工藝的追求將永遠在路上 建筑房地產建筑房地產40%40%電子電力電子電力16%16%交通運輸交通運輸14%14%耐用消費品耐用消費品13%13%機械設備機械設備7%7%包裝容器包裝容器6%6%其他其他4%4%