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鋁合金與高新兵器的發展休戚相關

2019-09-26 15:09:21 作者：本網整理來源：《腐蝕與防護之友》分享至：

鋁使高能電磁炮大顯威力

早在2008 年美國海軍就使用最強大的電磁炮進行了試射，創下了最高的炮彈發射速度，這門電磁炮以10680kJ的能量發射了一枚鋁彈。普通槍炮的子彈和炮彈是靠火藥爆破推出槍管與炮筒發射出去的；而電磁炮是在充電后（大約充電4min），鋁彈以7 馬赫的速度（2500m/s）從電磁炮軌道飛向目標。

因為電磁炮是以電磁力為動力，而炮彈不能用磁性金屬制造，鋁是一種非磁性材料，是制造電磁彈的良好材料，同時它的密度比銅、鉛的輕得多，在同等推力作用下鋁彈可飛得更快與更遠。

鋁彈以7 馬赫的速度飛出電磁軌道，在大氣層內飛行1min，然后飛出大氣層，在大氣層外飛4min，最后在1min內以約5 馬赫的速度落回地球擊中目標。

電磁炮現已走向實戰，已制成可擊中約370km 以外的陸地上目標的64000kJ 的電磁軌道炮。電磁軌道炮不但質量輕，而且占用的空間也比傳統火炮的小。

對電磁炮來說，既不需要傳統的火力保護，也不需要填充彈藥，無疑將改變海軍對于海上炮戰的傳統思維。美國海軍計劃2020 年~2025 年在下一代CG（X）巡洋艦上安裝電磁炮，美國陸軍也在研究較小型的陸戰電磁炮。

鋁合金打造的地效飛行器

地效飛行器結合了船和飛行的優點，能以最低的燃料消耗在水面滑行，也可以在冰面、雪地、草地來來去去，它在成本（制造和服務）和載重方面優于飛行和直升機，速度快于水翼船，而在軍事層面更有著明顯的優勢，它不易被雷達發現，也沒有觸碰水雷的危險。地效飛行器并不是一種什么新式武器，早已有之，只不過近期造出的這種飛行器更先進、威力更強大、作用也更全面，因而受到軍界的重視，俄羅斯在研發地效飛行器領域居世界領先地位。地效飛行器用的材料是鋁材，鋁制零部件的凈質量約占飛行器總凈質量的65% 左右，同時用了不少5XXX 合金材料，因為它們對海水有很強的抗腐蝕性能。

俄羅斯下諾夫哥羅德市的阿列克謝耶夫中央設計局的A-050 型海鷗-2 重型地效飛行器的最大航速450km/h，航程5000km，它的起飛質量54 噸，裝載量9 噸或100 噸，據稱啟動發動機是蘇-25 強擊機使用的R-195，巡航發動機是伊爾-114 運輸機使用的TV-7-117。A-050 型地效飛行器仍處于設計階段，計劃2022 年起飛。海鷗-2 型地效飛行器很有軍用價值，可在上面安裝反艦導彈。有關部門稱，中國對俄羅斯的地效飛行器很感興趣，在2015 年就開始與俄討論為本國軍隊購買幾架的事宜。

外形奇特的海鷗-2 重型地效飛行器，被稱為“里海怪獸”，飛起來是禽，走起來似獸，它的身形巨大，長73m、高19m；速度驚人，500km/h；全副武裝可攜帶6 個ZM-80“白蛉子”重型反艦導彈發射箱。它一次齊射就能摧毀美軍航母戰斗群，其威力相當于導彈巡洋艦，其速度為巡洋艦的10 倍。

潛艇戴上鋁合金環不會被聲吶發現

據香港《南華早報》2016 年12 月中旬報道，中國科學家正在研發一項全世界首創的新技術，希望可讓潛艇在水下規避聲吶探測，不被對方發現。他們的研究發現，在潛艇外殼上安裝一些特殊的鋁合金環，就不會反射外來的探測聲波。中國科學院和武漢華中科技大學的科學家發現，用有多圈蝕刻溝槽的金屬環進行衩驗，聲波會沿著環傳播而不是反射，而聲吶探測器是依靠物體反射的回波跟蹤目標的，這時聲吶什么也聽不到。就目前的技術來看，鋁合金是制造這種環的最佳材料，它具有最佳的性價比，特別是5XXX 系合金。

科學家的這項發現早些時候已在世界權威科學期刊《自然·通訊》上發表，引起其他國家科學工作者的高度重視。

中國科學家的研究證實，鋁合金環上的溝槽可使聲波沿固定方向傳播，猶如汽車沿著高速公路奔馳。多個這樣的環按技術規范覆置于潛艇外殼上，幾乎可使聲波向四面八方的任何方向分散傳播，這樣就有了在不久的將來，聲吶無法探測潛艇的可能性。當前，還有多個科學研究單位在研究此技術，但中國科學院和華中科技大學的系統最簡單和高效。

美軍研制超靜音電動摩托車

士兵乘座超靜音電動摩托車可以悄悄地快速接近敵人，給敵人一個突然襲擊。據2017 年6 月1 日美國《星條旗報》報道，這種摩托車已研制成功，并接近于服役，是美國洛戈斯技術公司研發制造的。他們一直在研發一款名為“沉默鷹”的混合動力越野摩托車，目前在研發全電動摩托車和一種質量更輕的氣冷式發動機的混合動力摩托車。超靜音電動摩托車必須堅固結實又盡可能地輕巧，并且應是前輪驅動，以便更容易在陡峭的山地和沙地上行駛，也可以在海灘上行駛時提供更大的牽引力。在目前來看，鈦材、鋁材和復合材料是制造這種摩托車的基本材料，關鍵零部件用鈦材或復合材料，次要零部件可用高強度7075 合金或7078 合金制造。

“沉默鷹”摩托車的原型車為娛樂型越野摩托車，它的造價1.5 萬元，質量121kg，而超靜音電動摩托車因增加了一些功能，則會重一些，但也不會超過135kg，續航里程80km。

鋁：成就中國全球較快兩棲裝甲車

據英國《每日郵報》網站（2017 年6 月9 日）和中國《參考消息》2017 年6 月11 日報道，中國正在開發世界上速度較快的兩棲裝甲車，是用輕型材料制造的，用的是什么輕型材料報道中沒有說明，不過用的不外乎現有常用四種輕型材料（鋁、鎂、鈦與復合材料）之一，從現行技術態勢來說，鋁合金是制造兩棲裝甲車的優選材料，因為它有較佳的性價比，兩棲裝甲車既要在陸上跑，又要能在江河湖海中行，必須對各種水有很強的抗蝕性，同時在滿足結構性能的前提下，還應具有盡可能低一些的密度，以減輕車的凈質量，所以可以肯定地說，它的船形殼是用5XXX 系鋁合金板焊接的，它的裝甲板也是用鋁合金厚板加工的。

中國研發的這種5 輪驅動的兩棲裝甲車在平靜水中行駛的較高速度可達50km/h，遠遠領先于美國較快的兩棲裝甲車的9.7km/h 速度，它比后者快約4.2倍，處于較有優勢水平。

這種兩棲裝甲車由北京中國北方車輛研究所研制，中國北方工業公司制造。

車體呈V 形，既可以顯著降低水流阻力，又有助于抵御簡易爆炸裝置的襲擊。它的車輪可伸縮，在車輪旁邊裝有小型噴水推進裝置，可以助車輛一臂之力，更快達到目的地與保持較高速度。

該車在未安裝甲或未攜帶武器的情況下，它的自重僅5.5 噸，這都是設計精巧與鋁合金材料的功勞，《中國防務博客》報道稱：“即使是安裝了裝甲和攜帶全幅武器的量產版本，它很可能仍會達到18km/h——28km/h 的兩棲行駛速度。”

俄軍可摧毀坦克的BMD 空降戰車為鋁合金造

俄羅斯的空降戰車BMD，美國《國家利益》雙月刊網站把它稱為會“飛”的裝甲車，是俄軍的秘密武器，它是在蘇聯1966 年引進的BMP-1 步兵戰車的基礎上改進后制造出來的。BMP-1 步兵戰車是可用飛機空降的，可以為機械化步兵提供擔克和地面部隊的火力，它配備有1 架機槍、1 臺反坦克導彈發射器和1 門173mm 低壓炮。

俄羅斯伏爾加格勒戰力制造的BMD-1 戰車的體積比引進的BMP-1 型戰車的體積小，質量也更輕，因為它的外殼是鋁合金的，掛的裝甲也應該是鋁合金厚板，而它的武器一點也未減少，并且在車輛前部兩側還額外配備了兩架機槍。BMD-1 戰車的質量僅8 噸，它的前部長度明顯地比BMP-1 型車的短，它的公路較大速度為80km/h，比BMP-1型車的快25%。

早在蘇聯時期就為這種空降戰車設計制造了一款專用的火箭降落傘，懸垂在BMD 底盤下的觸碰桿在接觸地面時，會觸發減速火箭，使末段降落速度降至很安全的6m/s。

俄羅斯正在組建4 個空降師，每師6500 人，標配330 輛ＢＭＤ——１型戰車。俄羅斯除擁有ＢＭＤ——１型戰車，伏爾加格勒戰車制造廠目前每年可產出數十輛ＢＭＤ——４Ｍ以及ＢＴＲ——ＭＤＭ裝甲運兵車。由于其兩棲作戰能力，這批新型戰車將服役于俄羅斯海軍陸戰隊。

中國兵器工業集團江麓機電集團公司近期生產的一種空投坦克的關鍵零件——減速器殼體是江蘇豪然噴射成形合金有限公司用噴射成形7055 合金鍛造的。據稱，江麓公司在即將立項研發與生產的新型空投坦克及兩棲裝甲車上大批量使用噴射成形7055 鋁合金部件。

7055 合金是一種高強度合金，是一種美國合金，1991 年在美國鋁業協會公司注冊，其標定成分（質量%）：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，其他雜質單個0.05、合計0.15，其余Al。

中國“黑旋風”武裝直升機鋁材主導

中國新近研發的直-19E 是一款輕型武裝直升機，2015 年9 月8 日首次在黑龍江哈爾濱公開亮相，完全由中國航空工業集團自主研發研制，哈爾濱飛機工業集團有限責任公司制造，是一種出口型的窄機身兩座專用型武裝直升機。

報道稱，直-19E 是直-19 武裝直升機的改進版，后者長12m，高4.01m，較大起飛質量4.5 噸，巡航速度245km/h，較高速度305km/h，航程800km。直-19E 是一種輕型武裝直升機，較大起飛質量>4 噸，自身質量輕，在巡航速度與爬升率方面具有明顯優勢，能摧毀全球較強大的坦克和其他地面目標，并且同樣適用于為地面部隊提供空中支持或防御其他低空飛行目標，具備卓越的作戰性能。在直-19E 的結構用材中，雖然用了一些復合材料，但鋁合金仍占主導地位，占60% 以上，在其上掛載4 格空對地導彈，還有多管火箭發射器，可以在很短時間內把十幾枚火箭彈傾向敵軍。

沒有鋁粉就沒有“炸彈之父”與“炸彈之母”

所謂“炸彈之父”或“炸彈之母”就是它們的爆炸當量超過10 噸 TNT 的巨型炸彈。美國十多年前制成一種當量11 噸的GBU-43/B 的大炸彈，是當時較大的炸彈，人們把它稱為“炸彈之母”。

前不久，美國在阿富汁投放了一枚“炸彈之母”（MOAB），摧毀了“伊斯蘭國”建設的一連串洞穴設施。2017 年9 月7日俄羅斯空軍向敘利亞代爾祖爾的“伊斯蘭國”的一個指揮所、一個通信中心投下了準確制導的迄今為止世界上較大的炸彈，相當于44 噸 TNT 當量，被譽為“炸彈之父”，以區別于美國的“炸彈之母”。TNT 是三硝基甲苯（trinitrotoluene）的縮寫，常稱梯恩梯或黃色炸藥，常規炸彈內裝的就是這種炸藥，一般只裝幾十到幾百kg。

這次一枚“炸彈之父”不但一舉端掉了“伊斯蘭國”組織的一個組織和一個通信中心，還打死了大約40 多個武裝分子，其中包括“伊斯蘭國”組織的“戰爭部長”古爾穆羅德·哈利莫夫和主要指揮官穆罕默德·謝馬利。

“炸彈之母”與“炸彈之父”為什么會有這么大的威力？因為它們屬于熱壓武器，正式名稱為空爆熱壓式增強型炸彈，內部裝的炸藥為細小的環氧乙烷粉和鋁粉混合物，投入后會在空中炸開，將這種混合物拋灑于空中，形成巨大的炸藥云，立即引爆，除了爆炸釋放的高溫，還會產生致命的壓力波，對坦洞穴和掩體等密閉工事具有顯著的摧毀作用。

有人認為，“炸彈之父”的威力可以與戰術核武器媲美，這種認知雖然有些夸張，但也不是無稽之談，因為爆炸當量為44 噸的“炸彈之父”的殺傷力與一枚戰術核武器相差的不是很大，美國155mm 口徑的M454 型核炮彈的W48彈頭的爆炸當量為70 噸——100 噸。

投入“炸彈之父”或“炸彈之母”不能用普通的轟炸機，必須用經過改裝的適合投入這兩種巨型炸彈的飛機。英國的“炸彈之母”在阿富汗投入了多枚，都是從經過改裝的C-130“大力神”運輸機的裝卸坡道投入的，而俄羅斯2007年試爆“炸彈之父”的運載工具是一架空軍的圖-160“海盜旗”轟炸機，可是這次在敘利亞投放時，從視頻上看也是從一架運輸機的裝卸坡道投下的。

根據現有的媒體報道，雖然尚未見到中國研發出了如“炸彈之母”與“炸彈之父”那么火的空爆炸彈，但中國在開發空爆彈方面也取得了非凡的成就。

在2012 年珠海航展上，中國兵器集團公司展出了CS/BB F-1 型250kg 空氣燃料炸彈的1 ∶ 1 實體模型。資料顯示，該彈主要用于打擊地面或水面對沖擊波超高壓作用敏感的各類非硬（軟）目標和半硬目標，毀傷功能主要通過二次引爆形成的環氧乙烷粉和鋁粉混合云霧團，或由硝酸銨和硝酸鋁的液體混合物爆炸激烈的鋁熱反應并與空氣發生化學反應，產生能量密度高、毀傷面積大、毀傷因素多等。

據航展現場工作人員介紹，250kg級空爆炸彈并不是較小的，可以由轟6 機、伊爾76 機來投入。由此可見，國產大型燃料空氣炸彈應該與美國的BLU-82 相當，BLU-82 炸彈是美國1970年在越南戰場上使用的較大炸彈，長360cm，直徑140cm，重6.8 噸，內裝5.715 噸硝酸銨、鋁粉和聚苯乙烯脂肪酸組成的膠狀炸藥，爆炸時可產生70kg/cm2 的超高壓，直徑60m 范圍內，所有一切傾刻間都會蕩然無存，數百米內的一切可燃物則化為灰燼，并可使直徑160m（約8722m2 面積）范圍內的人員喪失戰斗力。BLU-82 空爆炸彈的投放高度≥ 2000m，它的尾部有一具小型減速傘。

中國的CS/BBF-1 型炸彈由于生產年度較近，它的尾部在尾翼和用于準確制導的控制彈翼，因此它至少擁有慣性制導能力。空氣燃燒炸彈通過爆炸時產生的超壓和極高溫度，形成真空環境以滅絕爆炸范圍內所有有生命目標，縱然無任何彈片，爆炸地帶內較終也是廢墟一片，不過爆炸后救援人員即可進入。

美國新型CAMEL 裝甲車用Keikor2139-T84 鋁合金裝甲板

鋁合金作為裝甲板應用始于上世紀50 年代中期，已有60 多年，在輪式裝甲車與履帶式裝甲車上都得到了應用，裝甲車在搜索偵察、救護、步兵運輸中發揮了重要作用。首批鋁合金裝甲人員運輸車（Personnel Vehicle）是美國的M113，用了大量的鋁合金裝甲，裝甲厚度足以不會被子彈片擊穿，確保人員安全，同時比先前的鋼甲板車輕得多，可以用飛機運輸。

美國陸軍研究實驗室（Army ResearchLaboratory，ARL）對裝甲車側面與前面裝甲板合金的性能與尺寸作過相當長時間及一系列模擬實彈射擊研究，篩選出兩種綜合性能較佳的鋁合金，它們的強度性、抗彈片爆炸性、抗槍彈擊穿性與抗腐蝕性都得到很好的結合，通過中間熱處理還具有良好的可成形性（Formability）。這兩種合金是在航空工業已得到應用的2139 合金及7056 合金，裝甲厚板是美國肯聯鋁業公司（Constellinm）生產的，它們的注冊商品牌號為Keikor 2139TM 與Keikor7056TM。

Keikor 2139 合金是為航空航天工業研發的結構合金，有高的強度與斷裂韌性，是一種綜合性能的鋁合金，經過美國陸軍研究實驗室較長時間的一系列標準化槍擊試驗與野戰試驗，認為它也是一種很好的裝甲鋁合金，除有合格的防彈性能外，還有良好的抗腐蝕性和耐熱性，在較高的溫度下不會軟化，對裝甲車來說，高的抗腐蝕性也是一項重要的技術指標，因為它要在極端嚴峻的復雜環境中運作與作戰，難能可貴的是，2139 合金的應力腐蝕敏感性極低。

2139 合金是一種雜質含量低的Al-Cu-Mg-Mn-Ag 合金，截至2016 年12 月，在美國鋁業協會公司注冊的常用合金型號（Active alloy）535 個、非常用合金型號（inactive alloy）158 個，共計693 個，加上各鋁業公司有特色未注冊的，估計在用的變形鋁合金型號約1000 個。在冊的693 個合金型號中含銀的有18 個，其中2XXX 系的16 個，7XXX 系的2 個（7009 合金、7047 合金），較大含銀量0.7%。Ag 在鋁中的固溶度于566℃時可達55.6%，然后隨著溫度的下降而急劇地變化著，向2XXX 系及7XXX 系添加（0.1%——0.7%）Ag 能提高它們的力學性能及抗應力腐蝕開裂能力，2139 合金含0.15%Ag——0.6%Ag。Ag可與Al 于727℃形成Ag2Al 化合物（γ相），它含88.9%Ag，密集六方晶格。

較早用作裝甲板的是2519-T87 合金厚板，后來發現它有很高的應力腐蝕開裂敏感性而被淘汰，因為它不適合在復雜條件下作戰。2139 合金的成分（質量%）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），其他雜質單個0.05，總計0.15，其余是Al。

按美國軍用材料標準MILDTL32341A，由2139 合金的成分可知，它是一種雜質含量很低的合金，因而它有高的斷裂韌性與抗疲勞性能，耐損傷性能也不錯。

Keikor 2139 合金厚板有兩種狀態：

AP/FSP（美國專利/ 聯邦專利）抗槍擊級的，即T8 狀態的。前一狀態的生產工藝是，經適當冷加工率后再進行人工時效，即固溶處理后進行冷加工再進行人工時效的狀態，使其具有良好的綜合性能，用于制造裝甲車的側面甲板及頂部甲板；T81 狀態厚板的生產工藝是，固溶處理后經約1% 的冷加工變形，使強度稍有提高，然后進行人工時效。

2139-T81 合金厚板制造的裝甲車有更強的防護性能，也就是說，當裝甲車的防護性能等同時，2139-T81 合金裝甲車輕得多，作戰靈活性更高，速度也更快。

美國陸軍研究實驗室的研究表明，在裝甲板的厚度相等時，2139 合金板可抗2110ft/s 的槍彈射擊，而5083-H131合金及7039-T64 合金板的安全槍擊速度分別為1780ft/s 與1910ft/s。

Keikor 2139 合金抗爆性能普遍優于傳統合金，特別是2139-T84 合金，因為T84 狀態板有更高的抗拉強度與斷裂韌性，它們得到很好的結合。在作標準化爆破試驗時，它的塑性變形比5083-H131 合金厚板的小得多。2139-T84 合金厚板的較久變形量比5083-H131 合金的約小50%，因此在戰場上遇到爆炸時，2139-T84 合金裝甲車受到的沖擊作用會顯著下降，可以大大減少潛在傷害。

抗爆炸狀態板（T84）通常用作裝甲車的下部甲板，板材都經過人工時效，同時時效溫度相當高，因而有的成形性能。2139-T84 合金裝甲板還要經過受專利保護的中間固溶處理，這種板材既有高的強度性能，又有良好的成形性，成形件中應力低，對以后的加工成形非常有利。

在制造裝甲車時，零部件的連接不管是焊接還是螺接，板的結構強度都會下降一些，為此，肯聯鋁業公司研發成功系列2138-T84 合金焊絲，用其焊接的結構焊縫強度與基體強度幾乎相等，同時焊接熱應力也較低。Keikor 2139-T84 合金裝甲厚板是肯聯鋁業公司西弗吉尼亞州雷文斯伍德（Revenswood，WV）軋制廠生產的，航空航天等高端材料是其主導產品。

經過美國陸軍研究實驗室的大量室內試驗與野外實彈演習試驗，2139-T84 合金抗穿甲彈與爆炸彈片能力都優于傳統的5083-H131 與7039-T6 合金厚板，這已得到陸軍研究實驗室的認證。美國已用Keikor 2139-T84 合金板制造新一代先進的陸軍偵察概念裝甲車CAMEL（Concept for Advanced MititaryExplosion-Mitigating Land）。此車是美國底特律普拉特- 米勒公司（Pratt&Miller）制造的，經美國陸軍坦克汽車研究發展與工程中心（TARDEC,Army's TankAutomotive Resarch Development andEngineering Center）的全面考核與各種野戰演習，CAMEL 鋁合金裝甲車各項指標都合格，表現良好。此項工作的進行還得到了戰車原型平臺（CVP,CombatVehicle Prototype）的支持。

2016 年9 月美國陸軍有關部門對外宣稱，今后制造的裝甲車（TARDEC）的裝甲將用Keikor 2139 合金厚板制造。

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