复合材料与铝：为什么现代客机选择轻质材料

为了减轻重量并提高效率，最新一代客机（例如波音 787 和空客 A350）使用的复合材料多于铝。不过，铝更容易加工，而且价格便宜得多，因此在可预见的未来，它仍将是一种重要的航空航天材料，特别是在重量较轻且抗疲劳性要求较低的应用中。

航空电子设备外壳和内部组件是长期使用铝的两个领域。这些通常是铸造的，然后对安装表面和孔进行有限的机加工。下面详细介绍了铸造工艺及其优点。

质量减少材料

质量是航空航天设计和制造的首要问题。结构越轻，发动机越小，效率越高，有效载荷越大。通过选择具有高强度重量比（或者称为比强度或每磅强度）的材料来最大程度地减少质量。

碳纤维增强塑料 (CFRP) 既坚固又轻，在飞机结构中的使用量正在不断增加。然而，它的生产和使用成本也很高，这为铝等其他材料敞开了大门。

钛是另一种具有高比强度的材料。但同样，它价格昂贵且难以铸造和加工。

镁和铝具有相似的强度重量比，但铝更耐腐蚀，并且不会产生镁的火灾风险。它由多种合金制成，分为七个系列。 7xxx系列通常被称为航空铝，尽管也使用其他合金，具体取决于具体应用需求。

铝的另一个有益特性是它可以进行阳极氧化处理。这是一种增加表面氧化水平以提高硬度并赋予美观外观的方法，无需添加涂层。

最大限度地减少质量需要能够生产薄截面和精细细节的铸造工艺。这排除了砂型铸造的考虑，留下：

下面来看看每个的相关特征

一种一次性模具工艺，在蜡模上形成陶瓷模具“外壳”。熔模铸造适用于重量不超过 30 磅的零件，可以生产具有薄壁和凹角特征的复杂形状，同时保持严格的公差并形成光滑的表面。该工艺的复杂性意味着，当最小化加工和质量非常重要时，它就显得尤为重要。

在此过程中，模型上涂有砂树脂外壳。模具通常由两半制成，两半连接在一起形成模腔。一旦金属凝固，模具就会破裂。壳模成型可以生产比熔模铸造更大的零件，但在细节水平和复杂性方面受到限制。表面光洁度不如熔模铸造。

它使用金属模具来形成零件，液态金属在重力作用下流入。可以缩短循环时间，快速冷却可以提高零件强度，但模具价格昂贵。总之，这些使得永久模铸造成为一种大批量的工艺。此外，它无法实现熔模铸造所能达到的精细细节。

铝为航空电子设备外壳和内部组件（如支架和座椅家具）提供了质量、零件复杂性和成本的最佳平衡。 7xxx 系列等牌号具有高强度、良好的机械加工性和耐腐蚀性。

这些零件以及液压泵体等其他零件很容易通过铸造生产，从而支持减轻重量的目标，同时最大限度地减少机械加工。熔模铸造实现了最高的精度和复杂性，但壳模铸造和金属模铸造也是替代方案，具体取决于零件的几何形状和所需的数量。

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