铝的传奇1:让我们走得更远

BY 王黎民

从材料学的角度出发,人类以制造业为基础的前两次工业革命或者可以如此归纳:第一次工业革命是建立在以蒸汽机出现为标志,并以钢铁的大规模生产与使用为基础。而第二次工业革命,虽然是以电力为基础,但真正落实到材料学上的跨时代进步,则是铝的广泛应用。

铝的传奇1:让我们走得更远

比如说:法国皇帝拿破仑三世在宴会上使用过铝制叉子,泰国国王使用过铝制表链。这都是发生在第一次工业革命之后,19世纪上半叶的事实。那时候,英国人斯蒂芬孙的蒸汽火车才慢慢开始普及,布鲁内尔的远洋蒸汽轮船也刚投入使用。这两个以铁为主要制造原料的,极为重要的交通工具重新定义了远距离运输:将以往被军人、海盗、传教士、探险家等职业所垄断的远距离出行,开始向大众化普及。从此,我们摆脱了以马车、驼队、帆船为基础的商业运输的不确定性,更大的船只也降低了在环球航行中有去无回的几率。

但铁的问题是:密度高、重量大、易生锈,且不易回收利用。而拥有类似金属特性,并且质量更轻的铝,在莱特兄弟的飞机首飞的时候,开始了大规模的生产。有时候历史是各种巧合的产物,质量轻便的铝,和同样需要轻质材料的航空业完美嫁接。甚至可以说,人类在20世纪最重要的航空工业,是基于铝的普及。

铝的传奇1:让我们走得更远

德国的齐柏林飞艇,如此大体积的硬壳艇体内,正是由于采用了大量镂空和打孔的铝制结构,才能有效减轻结构重量,从而实现跨越大西洋的长途飞行。而德国著名飞机制造商容克的F13客机,则是第一次实现了飞机的全金属机身,而这种金属材料,就是铝。著名旅行箱Rimowa的沟槽式航空铝材设计,灵感也是来自容克-52的铝制机身蒙皮。

铝的传奇1:让我们走得更远

铝的柔韧和轻便性可以为飞机提供更大的受力和更高效的承载能力。安-124巨型运输机的机翼仅由9块大型铝板拼合而成,它的面积达到了两个篮球场那么大。很难想象这个世界上还有什么金属可以达到如此高水平的承载力。

全世界有大约3万架商业飞机在飞行,它们都要依赖高强度的铝合金来维持运转。相比复合材料在抗破坏性上的不足,铝合金一体式框架在民用领域也继续保持主导地位,比如你的苹果电脑、苹果手机等。

铝的传奇1:让我们走得更远

而在传统领域,铝型材料也在逐渐大规模地替代钢铁。比如,高铁的车身主要材料便是高强度铝,而在发达国家,早在上世纪50年代,便逐渐在火车制造中采用铝代替钢铁。

在造船领域,大型游艇、高技术特殊船型也以铝型材料代替钢铁。相对于铁和硅等元素的固态形式,铝具备高素质的通用性。它本身柔软易于改变造型,耐用不容易锈蚀,轻便不挤占空间,韧性十足可以任意延展。铝几乎在我们的生活中随处可见,小到厨房用的铝膜,铝框门窗。

可能很多人会说,马岛海战中,英国人铝合金舰体的谢菲尔德号驱逐舰在受到导弹攻击后着火沉没,是由于铝的易燃特性。但真实情况是,该舰的管指挥中心遭到破坏,以及中弹后完全没有采取任何灭火措施才导致了最终沉没的结局。而如今,越来越多的轻型水面舰艇都逐渐采用铝合金制造舰体与上层建筑,美国的濒海战斗舰、法国的追风级护卫舰等等。

铝的传奇1:让我们走得更远

同时,铝的可回收性也非常重要。在美国亚利桑那州著名的戴维斯飞机坟场中,所有露天放置的被封存的飞机,都在经过简易维护后便可重新服役。而它们同时也为现役飞机提供零配件供应。这些大多机体为铝合金的作战飞机,向我们充分证明了铝的可回收性。如果是常年闲置在露天环境下的铁,早已生锈而不可使用了。

据说,自从1886年铝产品开始生产以来,全球总共生产了7.61亿吨铝,其中有5.29亿吨目前仍在使用中。根据国际资源小组在社会金属资源报告中提到的,铝的使用几乎可以判断一个国家的发达程度,而回收铝的比率则可以看出一个社会的先进程度。铝可以做到100%的回收,而铁生锈后,基本就等于没用了。所以说起来,使用铝几乎可以和先进划上等号。

铝的传奇1:让我们走得更远

使用铝合金造车,可以大幅度降低车身重量,在汽车行业,这已经是共识。所以,我们经常能看到,全铝发动机、铝合金悬架。而在发动机上,一般全铝发动机能降低30%的重量。

除此以外,铝对于我们生活的影响,可以说是全方面的。从月球回来的航天员,都会第一时间钻进一个亮闪闪的“月球细菌隔离舱”,它是由AirStream房车改装而来,这个品牌的特点为外表是一层银白色的铝合金;刚完成首飞的C919客机的机身、机翼等主要结构,也都是采用铝合金。

铝的传奇1:让我们走得更远

虽然复合材料、碳纤维材料日益普及,但由于其成本高昂、材料疲劳测试结果未知等原因,很多领域对它们还是望而却步。而铝,仿佛一直是我们可靠的伙伴,它以轻盈的身姿,载着我们走得更远。

铝的传奇1:让我们走得更远

  • 分享

精彩推荐