航天器常用材料風險控制要求：鋁及鋁合金

對于各類航天器常用材料，通過對材料應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)的問題進行總結(jié)，提出了一系列風險控制要求，鋁及鋁合金具體如下：

（1）鋁合金的熱導率、線膨脹系數(shù)等熱物理參數(shù)與鋼、鈦合金及非金屬材料存在明顯差異。例如，在熱真空試驗中曾出現(xiàn)因線膨脹系數(shù)不匹配導致鋁合金部件開裂的失效問題。使用異種材料與鋁合金進行裝配時，應(yīng)評估熱導率、線膨脹系數(shù)等性能差異的影響。

（2）在同時有H112狀態(tài)和F狀態(tài)的鋁合金材料可以選用時，應(yīng)優(yōu)先選用H112狀態(tài)的鋁合金材料。此外，應(yīng)注意大規(guī)格F狀態(tài)的鋁合金材料芯部力學性能與近表面區(qū)域的力學性能尤其是延伸率可能存在較大差異且無法被熱處理消除。必須選用大規(guī)格F狀態(tài)的鋁合金材料時，應(yīng)對上述力學性能差異進行充分驗證。

（3）與防銹鋁和純鋁相比，硬鋁、超硬鋁、鍛鋁的耐腐蝕性能相對較低，這三類鋁合金材料在使用時應(yīng)進行適當?shù)姆栏g處理，如包鋁（常用于薄板）、陽極化處理、涂漆等。

陽極化處理

（4）超硬鋁合金T6狀態(tài)的強度最高，但與T73等過時效狀態(tài)相比，其斷裂韌度較低、應(yīng)力腐蝕敏感性較高，并具有一定的缺口敏感性。使用T6狀態(tài)的超硬鋁合金應(yīng)注意在零件尺寸變化處采取圓滑過渡，以緩解應(yīng)力集中，制造和裝配中應(yīng)盡量避免或減少附加內(nèi)應(yīng)力。

（5）鋁合金的熱處理常采用硝鹽槽加熱，由于槽液中含有氯元素，可能引發(fā)或加速材料發(fā)生腐蝕及應(yīng)力腐蝕破壞，因此，后續(xù)的檢驗過程中應(yīng)注意對硝鹽痕進行檢驗并做必要的清理。

（6）可熱處理強化的鋁合金，尤其是固溶處理溫度上限與材料開始熔化的溫度接近的鋁合金，在進行固溶熱處理時容易發(fā)生過熱、過燒或產(chǎn)生粗大晶粒組織，應(yīng)在工藝實施過程中嚴格控制加熱裝置各部分的溫度。對易于發(fā)生過燒的鋁合金制品，若其厚度大于30 mm，則固溶處理應(yīng)盡量采用規(guī)定熱處理溫度的下限，對厚度小于4 mm的板材，則應(yīng)盡量采用規(guī)定加熱溫度的上限。冷卻過程應(yīng)根據(jù)合金特點嚴格控制冷卻速度，以免影響合金的耐腐蝕性能（低的淬火速度可能導致出現(xiàn)晶間腐蝕和降低抗應(yīng)力腐蝕性能）或產(chǎn)生不完全淬火（未淬透），從而影響力學性能。淬火轉(zhuǎn)移時間一般不大于15 s。

（7）鋁合金鍛件進行固溶熱處理時，若采用較高的淬火冷卻速度，在獲得較高的機械強度的同時，也將引入更大的殘余應(yīng)力，易導致工件變形或在后續(xù)加工或使用過程中發(fā)生開裂。因此，在能夠保證得到預期的強度和耐腐蝕性能的前提下，應(yīng)采取盡可能慢的淬火冷卻速度。對有較高尺寸穩(wěn)定性要求的產(chǎn)品，則應(yīng)進行穩(wěn)定化處理。

（8）帶包鋁層的鋁合金板材，應(yīng)注意控制熱處理溫度和次數(shù)，以免因基體鋁合金元素在包鋁層內(nèi)擴散，從而降低板材的耐腐蝕性能及力學性能。

（9）結(jié)構(gòu)用鋁合金應(yīng)具有一定的耐均勻腐蝕、點蝕、晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕開裂的能力，并應(yīng)避免因構(gòu)成電偶對而發(fā)生電偶腐蝕。可采用鍍覆、涂覆、化學轉(zhuǎn)化、粘貼保護膜、陽極化等方式加以防護。

（10）鎂（Mg）含量高于3%的鋁合金材料暴露在66 ℃以上的環(huán)境中長期使用時，晶界可析出Al3Mg2相，從而導致材料的晶間腐蝕敏感性增加。若受到應(yīng)力（外部載荷或殘余內(nèi)應(yīng)力）作用，則會增加發(fā)生應(yīng)力腐蝕的風險。對于發(fā)射前需要長期貯存或應(yīng)力水平相對較高的使用方式及長期載人的飛行器的結(jié)構(gòu)（例如空間站），更應(yīng)加以注意。對鎂含量高于3%的鋁合金材料（例如5000系鋁合金），應(yīng)結(jié)合擬用環(huán)境溫度和載荷水平進行晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕敏感性的評估和驗證，證明材料是否能夠滿足使用要求。