专题 | 铝合金与高新兵器的发展休戚相关

2019-09-24 10:24:09 作者：本网整理来源：《腐蚀与防护之友》分享至：

铝使高能电磁炮大显威力

早在2008 年美国海军就使用最强大的电磁炮进行了试射，创下了最高的炮弹发射速度，这门电磁炮以10680kJ的能量发射了一枚铝弹。普通枪炮的子弹和炮弹是靠火药爆破推出枪管与炮筒发射出去的；而电磁炮是在充电后（大约充电4min），铝弹以7 马赫的速度（2500m/s）从电磁炮轨道飞向目标。

因为电磁炮是以电磁力为动力，而炮弹不能用磁性金属制造，铝是一种非磁性材料，是制造电磁弹的良好材料，同时它的密度比铜、铅的轻得多，在同等推力作用下铝弹可飞得更快与更远。

铝弹以7 马赫的速度飞出电磁轨道，在大气层内飞行1min，然后飞出大气层，在大气层外飞4min，最后在1min内以约5 马赫的速度落回地球击中目标。

电磁炮现已走向实战，已制成可击中约370km 以外的陆地上目标的64000kJ 的电磁轨道炮。电磁轨道炮不但质量轻，而且占用的空间也比传统火炮的小。

对电磁炮来说，既不需要传统的火力保护，也不需要填充弹药，无疑将改变海军对于海上炮战的传统思维。美国海军计划2020 年~2025 年在下一代CG（X）巡洋舰上安装电磁炮，美国陆军也在研究较小型的陆战电磁炮。

铝合金打造的地效飞行器

地效飞行器结合了船和飞行的优点，能以最低的燃料消耗在水面滑行，也可以在冰面、雪地、草地来来去去，它在成本（制造和服务）和载重方面优于飞行和直升机，速度快于水翼船，而在军事层面更有着明显的优势，它不易被雷达发现，也没有触碰水雷的危险。地效飞行器并不是一种什么新式武器，早已有之，只不过近期造出的这种飞行器更先进、威力更强大、作用也更全面，因而受到军界的重视，俄罗斯在研发地效飞行器领域居世界领先地位。地效飞行器用的材料是铝材，铝制零部件的净质量约占飞行器总净质量的65% 左右，同时用了不少5XXX 合金材料，因为它们对海水有很强的抗腐蚀性能。

俄罗斯下诺夫哥罗德市的阿列克谢耶夫中央设计局的A-050 型海鸥-2 重型地效飞行器的最大航速450km/h，航程5000km，它的起飞质量54 吨，装载量9 吨或100 吨，据称启动发动机是苏-25 强击机使用的R-195，巡航发动机是伊尔-114 运输机使用的TV-7-117。A-050 型地效飞行器仍处于设计阶段，计划2022 年起飞。海鸥-2 型地效飞行器很有军用价值，可在上面安装反舰导弹。有关部门称，中国对俄罗斯的地效飞行器很感兴趣，在2015 年就开始与俄讨论为本国军队购买几架的事宜。

外形奇特的海鸥-2 重型地效飞行器，被称为“里海怪兽”，飞起来是禽，走起来似兽，它的身形巨大，长73m、高19m；速度惊人，500km/h；全副武装可携带6 个ZM-80“白蛉子”重型反舰导弹发射箱。它一次齐射就能摧毁美军航母战斗群，其威力相当于导弹巡洋舰，其速度为巡洋舰的10 倍。

潜艇戴上铝合金环不会被声呐发现

据香港《南华早报》2016 年12 月中旬报道，中国科学家正在研发一项全世界首创的新技术，希望可让潜艇在水下规避声呐探测，不被对方发现。他们的研究发现，在潜艇外壳上安装一些特殊的铝合金环，就不会反射外来的探测声波。中国科学院和武汉华中科技大学的科学家发现，用有多圈蚀刻沟槽的金属环进行衩验，声波会沿着环传播而不是反射，而声呐探测器是依靠物体反射的回波跟踪目标的，这时声呐什么也听不到。就目前的技术来看，铝合金是制造这种环的最佳材料，它具有最佳的性价比，特别是5XXX 系合金。

科学家的这项发现早些时候已在世界权威科学期刊《自然·通讯》上发表，引起其他国家科学工作者的高度重视。

中国科学家的研究证实，铝合金环上的沟槽可使声波沿固定方向传播，犹如汽车沿着高速公路奔驰。多个这样的环按技术规范覆置于潜艇外壳上，几乎可使声波向四面八方的任何方向分散传播，这样就有了在不久的将来，声呐无法探测潜艇的可能性。当前，还有多个科学研究单位在研究此技术，但中国科学院和华中科技大学的系统最简单和高效。

美军研制超静音电动摩托车

士兵乘座超静音电动摩托车可以悄悄地快速接近敌人，给敌人一个突然袭击。据2017 年6 月1 日美国《星条旗报》报道，这种摩托车已研制成功，并接近于服役，是美国洛戈斯技术公司研发制造的。他们一直在研发一款名为“沉默鹰”的混合动力越野摩托车，目前在研发全电动摩托车和一种质量更轻的气冷式发动机的混合动力摩托车。超静音电动摩托车必须坚固结实又尽可能地轻巧，并且应是前轮驱动，以便更容易在陡峭的山地和沙地上行驶，也可以在海滩上行驶时提供更大的牵引力。在目前来看，钛材、铝材和复合材料是制造这种摩托车的基本材料，关键零部件用钛材或复合材料，次要零部件可用高强度7075 合金或7078 合金制造。

“沉默鹰”摩托车的原型车为娱乐型越野摩托车，它的造价1.5 万元，质量121kg，而超静音电动摩托车因增加了一些功能，则会重一些，但也不会超过135kg，续航里程80km。

铝：成就中国全球较快两栖装甲车

据英国《每日邮报》网站（2017 年6 月9 日）和中国《参考消息》2017 年6 月11 日报道，中国正在开发世界上速度较快的两栖装甲车，是用轻型材料制造的，用的是什么轻型材料报道中没有说明，不过用的不外乎现有常用四种轻型材料（铝、镁、钛与复合材料）之一，从现行技术态势来说，铝合金是制造两栖装甲车的优选材料，因为它有较佳的性价比，两栖装甲车既要在陆上跑，又要能在江河湖海中行，必须对各种水有很强的抗蚀性，同时在满足结构性能的前提下，还应具有尽可能低一些的密度，以减轻车的净质量，所以可以肯定地说，它的船形壳是用5XXX 系铝合金板焊接的，它的装甲板也是用铝合金厚板加工的。

中国研发的这种5 轮驱动的两栖装甲车在平静水中行驶的较高速度可达50km/h，远远领先于美国较快的两栖装甲车的9.7km/h 速度，它比后者快约4.2倍，处于较有优势水平。

这种两栖装甲车由北京中国北方车辆研究所研制，中国北方工业公司制造。

车体呈V 形，既可以显著降低水流阻力，又有助于抵御简易爆炸装置的袭击。它的车轮可伸缩，在车轮旁边装有小型喷水推进装置，可以助车辆一臂之力，更快达到目的地与保持较高速度。

该车在未安装甲或未携带武器的情况下，它的自重仅5.5 吨，这都是设计精巧与铝合金材料的功劳，《中国防务博客》报道称：“即使是安装了装甲和携带全幅武器的量产版本，它很可能仍会达到18km/h——28km/h 的两栖行驶速度。”

俄军可摧毁坦克的BMD 空降战车为铝合金造

俄罗斯的空降战车BMD，美国《国家利益》双月刊网站把它称为会“飞”的装甲车，是俄军的秘密武器，它是在苏联1966 年引进的BMP-1 步兵战车的基础上改进后制造出来的。BMP-1 步兵战车是可用飞机空降的，可以为机械化步兵提供担克和地面部队的火力，它配备有1 架机枪、1 台反坦克导弹发射器和1 门173mm 低压炮。

俄罗斯伏尔加格勒战力制造的BMD-1 战车的体积比引进的BMP-1 型战车的体积小，质量也更轻，因为它的外壳是铝合金的，挂的装甲也应该是铝合金厚板，而它的武器一点也未减少，并且在车辆前部两侧还额外配备了两架机枪。BMD-1 战车的质量仅8 吨，它的前部长度明显地比BMP-1 型车的短，它的公路较大速度为80km/h，比BMP-1型车的快25%。

早在苏联时期就为这种空降战车设计制造了一款专用的火箭降落伞，悬垂在BMD 底盘下的触碰杆在接触地面时，会触发减速火箭，使末段降落速度降至很安全的6m/s。

俄罗斯正在组建4 个空降师，每师6500 人，标配330 辆ＢＭＤ——１型战车。俄罗斯除拥有ＢＭＤ——１型战车，伏尔加格勒战车制造厂目前每年可产出数十辆ＢＭＤ——４Ｍ以及ＢＴＲ——ＭＤＭ装甲运兵车。由于其两栖作战能力，这批新型战车将服役于俄罗斯海军陆战队。

中国兵器工业集团江麓机电集团公司近期生产的一种空投坦克的关键零件——减速器壳体是江苏豪然喷射成形合金有限公司用喷射成形7055 合金锻造的。据称，江麓公司在即将立项研发与生产的新型空投坦克及两栖装甲车上大批量使用喷射成形7055 铝合金部件。

7055 合金是一种高强度合金，是一种美国合金，1991 年在美国铝业协会公司注册，其标定成分（质量%）：0.10Si，0.15Fe，2.0Cu——2.6Cu，0.05Mn，1.8Mg——2.3Mg，0.04Cr，7.6Zn——8.4Zn，0.06Ti，0.08Zr——0.25Zr，其他杂质单个0.05、合计0.15，其余Al。

中国“黑旋风”武装直升机铝材主导

中国新近研发的直-19E 是一款轻型武装直升机，2015 年9 月8 日首次在黑龙江哈尔滨公开亮相，完全由中国航空工业集团自主研发研制，哈尔滨飞机工业集团有限责任公司制造，是一种出口型的窄机身两座专用型武装直升机。

报道称，直-19E 是直-19 武装直升机的改进版，后者长12m，高4.01m，较大起飞质量4.5 吨，巡航速度245km/h，较高速度305km/h，航程800km。直-19E 是一种轻型武装直升机，较大起飞质量>4 吨，自身质量轻，在巡航速度与爬升率方面具有明显优势，能摧毁全球较强大的坦克和其他地面目标，并且同样适用于为地面部队提供空中支持或防御其他低空飞行目标，具备卓越的作战性能。在直-19E 的结构用材中，虽然用了一些复合材料，但铝合金仍占主导地位，占60% 以上，在其上挂载4 格空对地导弹，还有多管火箭发射器，可以在很短时间内把十几枚火箭弹倾向敌军。

没有铝粉就没有“炸弹之父”与“炸弹之母”

所谓“炸弹之父”或“炸弹之母”就是它们的爆炸当量超过10 吨 TNT 的巨型炸弹。美国十多年前制成一种当量11 吨的GBU-43/B 的大炸弹，是当时较大的炸弹，人们把它称为“炸弹之母”。

前不久，美国在阿富汁投放了一枚“炸弹之母”（MOAB），摧毁了“伊斯兰国”建设的一连串洞穴设施。2017 年9 月7日俄罗斯空军向叙利亚代尔祖尔的“伊斯兰国”的一个指挥所、一个通信中心投下了准确制导的迄今为止世界上较大的炸弹，相当于44 吨 TNT 当量，被誉为“炸弹之父”，以区别于美国的“炸弹之母”。TNT 是三硝基甲苯（trinitrotoluene）的缩写，常称梯恩梯或黄色炸药，常规炸弹内装的就是这种炸药，一般只装几十到几百kg。

这次一枚“炸弹之父”不但一举端掉了“伊斯兰国”组织的一个组织和一个通信中心，还打死了大约40 多个武装分子，其中包括“伊斯兰国”组织的“战争部长”古尔穆罗德·哈利莫夫和主要指挥官穆罕默德·谢马利。

“炸弹之母”与“炸弹之父”为什么会有这么大的威力？因为它们属于热压武器，正式名称为空爆热压式增强型炸弹，内部装的炸药为细小的环氧乙烷粉和铝粉混合物，投入后会在空中炸开，将这种混合物抛洒于空中，形成巨大的炸药云，立即引爆，除了爆炸释放的高温，还会产生致命的压力波，对坦洞穴和掩体等密闭工事具有显著的摧毁作用。

有人认为，“炸弹之父”的威力可以与战术核武器媲美，这种认知虽然有些夸张，但也不是无稽之谈，因为爆炸当量为44 吨的“炸弹之父”的杀伤力与一枚战术核武器相差的不是很大，美国155mm 口径的M454 型核炮弹的W48弹头的爆炸当量为70 吨——100 吨。

投入“炸弹之父”或“炸弹之母”不能用普通的轰炸机，必须用经过改装的适合投入这两种巨型炸弹的飞机。英国的“炸弹之母”在阿富汗投入了多枚，都是从经过改装的C-130“大力神”运输机的装卸坡道投入的，而俄罗斯2007年试爆“炸弹之父”的运载工具是一架空军的图-160“海盗旗”轰炸机，可是这次在叙利亚投放时，从视频上看也是从一架运输机的装卸坡道投下的。

根据现有的媒体报道，虽然尚未见到中国研发出了如“炸弹之母”与“炸弹之父”那么火的空爆炸弹，但中国在开发空爆弹方面也取得了非凡的成就。

在2012 年珠海航展上，中国兵器集团公司展出了CS/BB F-1 型250kg 空气燃料炸弹的1 ∶ 1 实体模型。资料显示，该弹主要用于打击地面或水面对冲击波超高压作用敏感的各类非硬（软）目标和半硬目标，毁伤功能主要通过二次引爆形成的环氧乙烷粉和铝粉混合云雾团，或由硝酸铵和硝酸铝的液体混合物爆炸激烈的铝热反应并与空气发生化学反应，产生能量密度高、毁伤面积大、毁伤因素多等。

据航展现场工作人员介绍，250kg级空爆炸弹并不是较小的，可以由轰6 机、伊尔76 机来投入。由此可见，国产大型燃料空气炸弹应该与美国的BLU-82 相当，BLU-82 炸弹是美国1970年在越南战场上使用的较大炸弹，长360cm，直径140cm，重6.8 吨，内装5.715 吨硝酸铵、铝粉和聚苯乙烯脂肪酸组成的胶状炸药，爆炸时可产生70kg/cm2 的超高压，直径60m 范围内，所有一切倾刻间都会荡然无存，数百米内的一切可燃物则化为灰烬，并可使直径160m（约8722m2 面积）范围内的人员丧失战斗力。BLU-82 空爆炸弹的投放高度≥ 2000m，它的尾部有一具小型减速伞。

中国的CS/BBF-1 型炸弹由于生产年度较近，它的尾部在尾翼和用于准确制导的控制弹翼，因此它至少拥有惯性制导能力。空气燃烧炸弹通过爆炸时产生的超压和极高温度，形成真空环境以灭绝爆炸范围内所有有生命目标，纵然无任何弹片，爆炸地带内较终也是废墟一片，不过爆炸后救援人员即可进入。

美国新型CAMEL 装甲车用Keikor2139-T84 铝合金装甲板

铝合金作为装甲板应用始于上世纪50 年代中期，已有60 多年，在轮式装甲车与履带式装甲车上都得到了应用，装甲车在搜索侦察、救护、步兵运输中发挥了重要作用。首批铝合金装甲人员运输车（Personnel Vehicle）是美国的M113，用了大量的铝合金装甲，装甲厚度足以不会被子弹片击穿，确保人员安全，同时比先前的钢甲板车轻得多，可以用飞机运输。

美国陆军研究实验室（Army ResearchLaboratory，ARL）对装甲车侧面与前面装甲板合金的性能与尺寸作过相当长时间及一系列模拟实弹射击研究，筛选出两种综合性能较佳的铝合金，它们的强度性、抗弹片爆炸性、抗枪弹击穿性与抗腐蚀性都得到很好的结合，通过中间热处理还具有良好的可成形性（Formability）。这两种合金是在航空工业已得到应用的2139 合金及7056 合金，装甲厚板是美国肯联铝业公司（Constellinm）生产的，它们的注册商品牌号为Keikor 2139TM 与Keikor7056TM。

Keikor 2139 合金是为航空航天工业研发的结构合金，有高的强度与断裂韧性，是一种综合性能的铝合金，经过美国陆军研究实验室较长时间的一系列标准化枪击试验与野战试验，认为它也是一种很好的装甲铝合金，除有合格的防弹性能外，还有良好的抗腐蚀性和耐热性，在较高的温度下不会软化，对装甲车来说，高的抗腐蚀性也是一项重要的技术指标，因为它要在极端严峻的复杂环境中运作与作战，难能可贵的是，2139 合金的应力腐蚀敏感性极低。

2139 合金是一种杂质含量低的Al-Cu-Mg-Mn-Ag 合金，截至2016 年12 月，在美国铝业协会公司注册的常用合金型号（Active alloy）535 个、非常用合金型号（inactive alloy）158 个，共计693 个，加上各铝业公司有特色未注册的，估计在用的变形铝合金型号约1000 个。在册的693 个合金型号中含银的有18 个，其中2XXX 系的16 个，7XXX 系的2 个（7009 合金、7047 合金），较大含银量0.7%。Ag 在铝中的固溶度于566℃时可达55.6%，然后随着温度的下降而急剧地变化着，向2XXX 系及7XXX 系添加（0.1%——0.7%）Ag 能提高它们的力学性能及抗应力腐蚀开裂能力，2139 合金含0.15%Ag——0.6%Ag。Ag可与Al 于727℃形成Ag2Al 化合物（γ相），它含88.9%Ag，密集六方晶格。

较早用作装甲板的是2519-T87 合金厚板，后来发现它有很高的应力腐蚀开裂敏感性而被淘汰，因为它不适合在复杂条件下作战。2139 合金的成分（质量%）如下：Si0.10，Fe0.15，Cu（4.5——5.5），Mn（0.20——0.60），Mg（0.20——0.80），Cr0.005，Zn0.25，Ti0.15，V0.05，Ag（0.15——0.60），其他杂质单个0.05，总计0.15，其余是Al。

按美国军用材料标准MILDTL32341A，由2139 合金的成分可知，它是一种杂质含量很低的合金，因而它有高的断裂韧性与抗疲劳性能，耐损伤性能也不错。

Keikor 2139 合金厚板有两种状态：

AP/FSP（美国专利/ 联邦专利）抗枪击级的，即T8 状态的。前一状态的生产工艺是，经适当冷加工率后再进行人工时效，即固溶处理后进行冷加工再进行人工时效的状态，使其具有良好的综合性能，用于制造装甲车的侧面甲板及顶部甲板；T81 状态厚板的生产工艺是，固溶处理后经约1% 的冷加工变形，使强度稍有提高，然后进行人工时效。

2139-T81 合金厚板制造的装甲车有更强的防护性能，也就是说，当装甲车的防护性能等同时，2139-T81 合金装甲车轻得多，作战灵活性更高，速度也更快。

美国陆军研究实验室的研究表明，在装甲板的厚度相等时，2139 合金板可抗2110ft/s 的枪弹射击，而5083-H131合金及7039-T64 合金板的安全枪击速度分别为1780ft/s 与1910ft/s。

Keikor 2139 合金抗爆性能普遍优于传统合金，特别是2139-T84 合金，因为T84 状态板有更高的抗拉强度与断裂韧性，它们得到很好的结合。在作标准化爆破试验时，它的塑性变形比5083-H131 合金厚板的小得多。2139-T84 合金厚板的较久变形量比5083-H131 合金的约小50%，因此在战场上遇到爆炸时，2139-T84 合金装甲车受到的冲击作用会显著下降，可以大大减少潜在伤害。

抗爆炸状态板（T84）通常用作装甲车的下部甲板，板材都经过人工时效，同时时效温度相当高，因而有的成形性能。2139-T84 合金装甲板还要经过受专利保护的中间固溶处理，这种板材既有高的强度性能，又有良好的成形性，成形件中应力低，对以后的加工成形非常有利。

在制造装甲车时，零部件的连接不管是焊接还是螺接，板的结构强度都会下降一些，为此，肯联铝业公司研发成功系列2138-T84 合金焊丝，用其焊接的结构焊缝强度与基体强度几乎相等，同时焊接热应力也较低。Keikor 2139-T84 合金装甲厚板是肯联铝业公司西弗吉尼亚州雷文斯伍德（Revenswood，WV）轧制厂生产的，航空航天等高端材料是其主导产品。

经过美国陆军研究实验室的大量室内试验与野外实弹演习试验，2139-T84 合金抗穿甲弹与爆炸弹片能力都优于传统的5083-H131 与7039-T6 合金厚板，这已得到陆军研究实验室的认证。美国已用Keikor 2139-T84 合金板制造新一代先进的陆军侦察概念装甲车CAMEL（Concept for Advanced MititaryExplosion-Mitigating Land）。此车是美国底特律普拉特- 米勒公司（Pratt&Miller）制造的，经美国陆军坦克汽车研究发展与工程中心（TARDEC,Army's TankAutomotive Resarch Development andEngineering Center）的全面考核与各种野战演习，CAMEL 铝合金装甲车各项指标都合格，表现良好。此项工作的进行还得到了战车原型平台（CVP,CombatVehicle Prototype）的支持。

2016 年9 月美国陆军有关部门对外宣称，今后制造的装甲车（TARDEC）的装甲将用Keikor 2139 合金厚板制造。

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