飞机上常用哪些金属材料

邢淑仪

多少世纪以来，人类幻想着能够和鸟儿一样，飞翔在蔚蓝色的天空里。这个宏伟的志愿，由于飞机的发明完全实现了。苏联发射人造卫星成功更是人类跨出地球的前奏，飞到月亮上“问讯吴刚”，看“嫦娥舒广袖”的日子已经不远了。

为了飞上天空，人们花费过巨大的劳动，解决了一系列困难的问题。飞机材料问题也是其中之一。大家知道，飞机是在空中“悬”着的，一旦发生故障，容易失事坠毁。所以制造飞机的材料，必须坚实可靠；但另一方面，飞机必须很轻，才能飞得快，飞得远，装载的人和货物多，这又要求飞机零件做得轻巧。目前农业上使用的锅驼机，只能发出几马力，重量却有几百公斤；而一台相同重量的航空发动机，却能发出几百甚至成千马力。这就足以说明飞机材料的优越了。不仅如此，因为飞机的工作条件很复杂，它既要穿云过雾，还受风吹雨打，有时凌空万丈，有时要做海面飞行，所以，飞机材料还应能抵抗外界物质的浸蚀。这一切，都向航空材料提出了严格的要求：比重小，强度大，能耐腐蚀……。

图1锅驼机与飞机发动机马力比较

在航空工业中，应用着极为繁多的材料：金属、非金属，塑料……我们在这里仅向大家介绍一些航空中常用的金属材料。

金属——化学元素中数目最多的物质，不但是日常生活中必不可少的东西，和近代工业的基础和脊骨，也是航空器中使用最广的材料。金属是具有金属光泽和延展性的物质，是热和电的良导体。但是，纯粹的金属除去用作电线等之外，在机器制造中使用的并不多。原来纯金属强度小，也不具有机器所需要的其他许多性能。实际使用的多半是“合金”，“合金”就是金属与金属或非金属的结合体。比如我们常用的钢，就是铁和碳的合金。合金比纯金属有更高的强度和其他优异的性能。比如一根纯铁制成的铁丝，截面积是一平方公厘，只能经得住25公斤的力；而最强的合金钢丝，一平方公厘却能经的住200多公斤的力。

飞机的蒙皮——它的外壳，通常是铝合金做的。(就是制作日用器具的钢钟)。铝是地球上蕴藏最多的金属。可以说，有土的地方都有铝。纯铝是很柔软的，也很轻，它的合金却有相当的强度，铝和空气接触，生成一层氧化铝膜，能起保护作用，使内部不再受腐蚀。铝的用途很多，产量增长很快，是国防工业的重要原料，它的发展曲线也说明了这一点。除去做为蒙皮之外，铝合金还用做飞机的骨架等。一架现代飞机的绝大部分都是用铝合金制成的。

图2铝的世界产量曲线

铝在世界各国都是用电解法得到的，由于电价高，所以价钱较贵。可是，我国已经用“土”法炼铝成功，这就为更加大量的使用铝开辟了广阔道路。

镁制成的合金比重和水差不许多。飞机上也常用到它。

飞机的心脏和动力来源是发动机。这是一种最坚强的金属组合。发动机的转动部分的转速，有的高达每分钟10000转以上；同时，发动机的某些零件，要在几百度的高温下工作。发动机中，使用着多种合金钢，有的耐磨，有的耐热，有的不怕氧化，有的强度很高。这些合金钢都是成分复杂的，它们大多含有铁、碳、铬、镍以及其他元素。

在飞机的操纵系统中，还使用特殊性能的材料。如很易传导磁性的合金，受热后很少膨胀的合金……

现代的飞机，正朝着高速高空大马力的方向突飞猛进，星际飞行也提上了日程。这种迅速的发展，向材料提出许多全新的课题。比如飞行速度增加，势必增大空气和飞机之间的摩擦作用，摩擦生热，引起飞机蒙皮温度上升。当马氏数(飞行速度/音速)达到2－3之间时，飞机表面温度竟高至400℃以上。在这种条件下，现有的铝合金就支持不住了，必须采用耐高温的材料。又如洲际导弹回到大气层中时，其头部温度更高到5000℃以上，比最难熔的金属钨的熔点还高一千多度。为要增加喷气发动机的推进力，必须提高涡轮叶片的工作温度，目前应用的耐热材料，还经不住1000℃以上的高温。当温度再高时，材料就会加速“蠕变”。所谓蠕变，是金属材料在高温和应力作用下尺寸不断改变的一种性质，蠕变现象随温度上升而加剧。由于“蠕变”，工作一段时间之后，另件的形状和强度就不合要求了。

科学家和工人们正在从多方面解决这些问题，在金属材料方面，正在改进现有材料的性能，并且不遗余力地寻求新的材料。钛合金的研究就是一个方向。钛比铝重不了多少，强度却和钢不相上下。它的合金，至少可以在500℃温度下工作，而且有很高的抗腐蚀性。以难熔金属为基础的新合金探求工作，也是研究耐热合金的重点之一，像钼或钨的合金便是。这些材料现在都有一些缺点，但它们的前途，却都不可限量。

在我国航空事业的发展中，航空金属材料担负着光荣而艰巨的任务。我们急需组成一支“材料大军”。我国有蕴藏丰富的铁矿和稀有金属。我们必须按照自己的特点，建立自己的材料工业和合金系统，来满足追赶世界先进水平的要求，和实现星际飞行重大的历史任务。