地球上储量最多的金属

金属材料中产量居首位的是铁，但若以地壳中的含量来排座次，它就必须让位给铝。铝占地壳重量的 7.5％，比铁多一倍，在金属中居首位。

从开发的时间来看，铝是相当年轻的金属。自然界中的铝以氧化物的形式存在，铝和氧原子间的结合很牢固，用一般的冶炼方法不能把金属铝游离出来。直到 1854 年才由法国化学家用金属钠还原制得金属铝，当时法国金属钠价格是每公斤二千法郎，所以铝的价格比黄金还贵。据说拿破仑三世沉迷于铝制餐具，还给他的幼儿做了一种铝制玩具。1866 年美国 22 岁的青年大学生霍尔在听课时听到他的老师谈到，无论是谁只要能找到一种便宜的制造铝的方法，必能致富，于是大受鼓舞，在自己家里设备简陋的实验室里，用电解法制备铝获得成功。他急忙带着几块铝锭去见他的教授，这几块铝锭至今仍被美国铝业公司收藏。经过不断改进，电解法成为经典的、传统的制铝方法。随着电力工业的发展，炼铝方法的改进，铝的价格不断降低，产量迅速增长。本世纪初，世界铝消费量还不足 20 万吨，70 年代就超过亿吨。铝大器晚成，成为消费量位居第二的金属。

铝是很活泼的金属，由于能在表面形成一层致密的氧化层，氧化层能保护它不受锈蚀，所以有银白色漂亮外表，不像钢铁那样容易生锈，所以铝可以做建筑装饰材料，做成各种用具也不担心锈蚀。铝的导电性稍逊于铜，大

量用作电线电缆。

铝的比重只有铁的三分之一，很适合作航空材料，但铝的硬度太低，受到压力和冲击力都容易变形，只有掺加其它金属形成合金后，硬度提高，才真正成为航空上实用的材料。其中，最老牌的是硬铝，较新的有铝锂合金。 1909 年，德国人维尔姆偶然发现在铝中添加 3.5％的铜，0.5％的镁以及

微量的铁和硅，得到的铝合金在 500℃加热后在水中淬火，开始时硬度增加不明显，放置以后硬度逐渐增加，四、五天后达到最高。这种现象叫做“时效硬化”，得到的合金叫硬铝。后来德国杜拉公司取得了这项技术的专利权， 所以硬铝也叫杜拉铝。

第一次世界大战时，飞机已被用来侦察敌情和作战。早期的飞机用木材和帆布做成，非常简陋，时速只有一百公里，作战时在飞机上用手枪射击， 甚至扔手榴弹。后来，德国人用硬铝制造飞机，飞机外观和性能也大为改进。一战中，已有铝合金单翼飞机出现。20 年代，各种新型的铝合金不断开发出来，性能也不断提高。

在众多的铝合金中，铝锂合金因为轻质高强度而受人注目，美国、法国、俄国都有不同型号的铝锂合金作为商品出售。铝锂合金的拉伸强度和模量超过钢材，比重比铝还要轻，只有 2.5 左右，作为航空材料很有竞争力。

铝锂合金的发展历史颇为曲折。早在 20 年代，德国人就在铝中添加锂， 制成合金，用作铸材和型材，由于硬铝的广泛应用，这种合金没有得到发展。50 年代，美国 ALCOA 公司推出铝锂合金 X2020，模量和强度已经接近今天的铝锂合金，六十年代用来制造 B52 轰炸机和 F—111 战斗机，后来发现这种材料有缺口敏感性，1969 年 ALCOA 决定停止生产 X2020。

所谓缺口敏感性就是当材料存在缺口时强度显著降低的现象。韧性好的材料对缺口不敏感，就是说，它的强度受缺口影响不大，这种材料安全性就很高。一些脆性材料，一旦出现缺口就容易受破坏，裂纹增长很快，断裂是突然发生的。作为飞行器材料是很不安全的。

70 年代以后，各国又重新开发铝锂合金，由于基础理论研究的进展和制造工艺的改进，终于解决了铝锂合金的断裂韧性问题，使它成为轻合金的一枝新秀。

有趣的是，锂是非常活泼、不安分的金属，它本身很软，在空气中容易氧化，遇水还会爆炸。但与铝、铜等形成合金后，却能变成高硬度、高强度的金属。

现在商品化的铝锂合金的实际配方中含有 3％左右的锂，0.5％—3.0％ 的铜，0.2％—5.5％的镁，微量的锆等。锂的比重只有 0.53，大约是水的一半，是自然界中最轻的金属，铝中添加 3％的锂就可以减重 10％。在合金中， 锂原子分散到铝原子中，表面有氧化铝膜保护，就变得安分了。锂的同族元素钠、钾、氢能引起合金变脆，必须严格控制含量在规定的浓度以下。