1、 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 国产大飞机系列报告之二：大飞机应用材料解析 国防军工 国产大飞机C919即将实现交付运营。我们将围绕国产大飞机的机体结构与制造流程、应用材料、机载设备、航空发动机和市场空间等问题发布系列研究报告。本篇报告本篇报告在综合上市公在综合上市公司公告和重要文献的基础上司公告和重要文献的基础上重点探讨大飞机的重点探讨大飞机的材料应用情况材料应用情况。 C919C919 选材兼具成熟性和先进性，先进材料应用比例选材兼具成熟性和先进性，先进材料应用比例高于对标机型波音高于对标机型波音 737737、空客、空客 320320。 “一代飞机、一代材料” ，先进材料的应用是

2、航空技术发展和进步的最重要推动力之一，同时，航空技术的发展需求又极大地引领和促进航空材料的发展。从国外大型客机材料应用情况来看，复合材料和钛合金的在飞机上的占比迅速提升，成为衡量先进飞机的重要指标。C919 选材兼具成熟性和先进性：在中央翼、机翼、机身等主承力部段上使用了经 ARJ21 飞机成功验证的铝合金等成熟材料，在尾翼、后机身和襟缝翼上使用了复合材料，特别是在尾翼盒段和后机身前段上使用了国外先进的第三代中模高强碳纤维复合材料，在机身蒙皮和长桁结构中使用了第三代铝锂合金。C919 先进材料应用比例高于对标机型波音737、空客320，绝大部分性能指标与其持平。预计随着后续 C919 的批量交

3、付，先进材料国产化进程将再提速。 C919C919 采用第三代先进铝锂合金，综合减重采用第三代先进铝锂合金，综合减重 7%7%。 铝材是民机制造最重要的关键材料之一，C919 前机身、中机身、中后机身、机头与机翼结构件几乎全是用铝材制造的，铝材占全机结构总重的比例为 65%，其中第三代先进铝锂合金占比达到 8.8%。铝锂合金具有低密度、高弹性模量、高比强度和高比模量的优点，减重成效显著，已成为当前各国争相发展的重要航空材料。采用铝锂合金可使飞机铝合金零部件的质量减轻14%30%，进而使得每架飞机每年的飞行费用下降2.2%以上。国内铝锂合金研发已取得重大突破，建立了具有自主知识产权的合金牌号，如

4、 2A97、X2A66，但产业化刚刚起步，目前仍依赖进口。不过，C919 机身所使用的其余高端铝材或即将实现 100%国产化，主要由西南铝业和南山铝业提供。 钛合金广泛用于飞机机体和发动机，是钛合金广泛用于飞机机体和发动机，是 C919C919 上国产上国产化最多的先进材料化最多的先进材料。 评级及分析师信息 行业评级： 推荐 行业走势图 分析师：陆洲分析师：陆洲 邮箱： SAC NO：S01 -27%-14%-2%11%23%36%2021/052021/082021/112022/022022/05国防军工沪深300证券研究报告|行业深度研究报告 仅供机构投资者使用

5、Table_Date 2022 年 05 月 26 日 证券研究报告|行业深度研究报告 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 2 与铝、镍等主要航空用金属相比，钛是唯一一种广泛用于飞机机身及发动机的材料，强度、耐热性、耐蚀性、抗弹性和成形加工性良好。并且，由于钛与碳纤维复合材料的电极电位相近，使得它又成为复合材料惟一的连接材料，在航空紧固件中得到大量使用。C919 飞机的前机身压板、机头蒙皮、吊挂、中央翼缘条、尾翼接头、机翼滑轨等部位均使用了钛合金，总用量达到机身结构重量的 9.3%。C919 飞机选择了 6 个钛合金牌号，包括低强高塑性、中强中韧、中强高韧、高强高韧及系统用材，产品形式涵盖了

6、锻件、厚板、薄板、型材、管材、丝材等。 同时，钛合金是C919上国产化最多的先进材料，宝钛集团和宝钢股份都已有材料在大飞机上使用，西部超导 Ti-6Al-4V钛合金也已通过商飞资质认证。C919 钛材用量约为 3.92 吨/架，假设未来 20 年可制造 1200 架 C919，在不考虑损耗率的情况下预计带来 4700 吨航空钛材需求量，市场空间广阔。 T800T800 碳纤维复合材料首次在国内民机上使用，国产碳纤维复合材料首次在国内民机上使用，国产化指日可待化指日可待。 复合材料在 C919 上的应用达到 12%，绝大部分为碳纤维/环氧树脂复合材料；应用部位包括水平尾翼、垂直尾翼、翼梢小翼、后

7、机身、雷达罩、副翼、扰流板和翼身整流罩等。这是国内首次在民机上采用如此大规模的复合材料，此前 ARJ21 支线客机复合材料用量为 8%左右；这也是国内首次在民机上使用T800级高强碳纤维复合材料，T800级碳纤维的拉伸强度和拉伸模量较 T300 提高 50%左右，性能优越。 国内企业现已具备航空用 T300 级和 T700 级碳纤维的技术和批生产能力，且已在军用航空复合材料上批量应用；T800 级碳纤维完成了工程化试制，正在进行装机验证。为响应航空航天高需求，头部厂家近几年纷纷扩产。目前，C919 取证机所用的复合材料绝大多数都是进口的，预计在取证完成后将开启国产替代。国内碳纤维厂商光威复材、

8、恒神股份、中复神鹰均在不同程度上与商飞和下游零部件厂商展开合作。光威复材参与C919 的 PCD 适航认证，并获得预批准。针对 CR929 的应用目前材料准备在进行中；中航高科入选中国商飞 CR929 前机身工作包唯一供应商。预计 C919 将带来年均 300 吨复合材料需求量，其中，对国产 T800 级碳纤维的需求将达到年均 100 吨。 投资建议投资建议 C919 大飞机的研制极大地推动了我国先进材料技术整体研发能力的提升和产业化发展，预计随着C919的批量交付以及未来 CR929 的加速研制，国内先进材料供应商将迎来重大发展机遇，相关受益公司为： 1 1、宝钛股份：、宝钛股份：钛材行业龙

9、头，大飞机钛合金板材主要供应商，为首架C919飞机提供了多种规格的钛合金棒材、厚板和薄板材料。 rQqPoPmPxPtOmOnOuNoMnM6MdNaQtRmMnPpNfQnNsPkPoMqP9PmNpPxNtRsRuOqQpP 证券研究报告|行业深度研究报告 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 3 2 2、西部超导：、西部超导：国内高端钛合金棒丝材、锻坯主要生产基地之一，已通过商飞 Ti6Al4V 钛合金材料资质认证。 3 3、光威复材：、光威复材：碳纤维龙头企业之一，T300 级碳纤维已在军用飞机上大量使用。参与 C919 的 PCD 适航认证，并获得预批准。针对 CR929 的应用目前

10、材料准备在进行中。 4 4、中航高科：、中航高科：入选商飞CR929前机身工作包唯一供应商，完成商用航空发动机复合材料风扇叶片、流道板、叶栅等产品的研制任务，1 种内饰蜂窝入选了中国商飞 QPL 目录。 5 5、博云新材：、博云新材：与霍尼韦尔合资，为C919供应碳/碳复合材料机轮刹车系统。 风险提示风险提示 C919 适航取证速度、交付进度不及预期的风险；受新冠疫情影响，民航市场需求不及预期的风险；产能建设不及预期的风险。 证券研究报告|行业深度研究报告 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 4 正文目录 1. 1. 开篇：一代飞机，一代材料开篇：一代飞机，一代材料.6 1.1. 材料与飞机

11、相互推动，不断发展 .6 1.2. 商用飞机材料要求高，C919选材兼具成熟性和先进性.8 2. 2. 铝合金铝合金 . 10 2.1. 铝合金目前占据航空材料的主导地位 . 10 2.2. 铝锂合金是航空航天最理想的结构材料. 12 3. 3. 钛合金钛合金 . 16 3.1. 钛合金广泛用于飞机机身及发动机. 16 3.2. C919 大飞机钛用量占 9.3%，国产化率最高 . 21 4. 4. 复合材料复合材料 . 23 4.1. 复合材料用量快速提升，成为衡量先进飞机的重要指标 . 23 4.2. 碳纤维复合材料是应用最为广泛的先进复材. 25 4.3. C919 复合材料用量占 12

12、%，首次使用 T800碳纤维复合材料. 30 4.4. 国内高性能碳纤维复合材料发展现状 . 32 5. 5. 投资建议投资建议 . 37 6. 6. 风险提示风险提示 . 38 参考文献参考文献 . 39 图表目录 图 1 现代飞机用材料的发展状况 .7 图 2 先进发动机用材料发展趋势 .7 图 3 C919飞机选材方案简明示意图 .9 图 4 铝合金 7075 . 10 图 5 ARJ21 客机铝材选用方案示意图 . 10 图 6 西南铝业 7050铝合金预拉伸厚板生产线. 12 图 7 传统铝合金与第三代铝锂合金应力腐蚀门槛值对比. 13 图 8 传统铝合金与第三代铝锂合金的剥落腐蚀情

13、况对比（在海洋环境中） . 13 图 9 机身蒙皮材料牌号、性能变化趋势. 13 图 10 机翼上壁板用铝合金材料牌号、性能变化趋势 . 13 图 11 第二代铝锂合金（1420）的典型组织 . 15 图 12 第三代铝锂合金的组织结构模式 . 15 图 13 C919 铝锂合金使用情况. 15 图 14 C919 客机铝锂合金制中后机身 . 15 图 15 铝锂合金在380上的应用 . 16 图 16 铝锂合金在 A350XWB 外翼上的应用（翼肋）. 16 图 17 钛合金在飞机上的应用. 17 图 18 波音 777飞机机身使用材料示意图 . 19 图 19 C919 飞机钛合金主要应用

14、部位及制品形式 . 21 图 20 C919 大型整体钛合金承力构件 . 22 图 21 C919 钛合金中央翼缘条. 22 图 22 民用飞机结构复合材料用量的变化. 23 图 23 商用飞机发动机中复合材料的用量 . 24 图 24 波音 787的复合材料用量 . 25 图 25 碳纤维原丝横截面图 . 26 图 26 碳纤维产品图 . 26 图 27 碳纤维复合材料分类示意 . 27 图 28 碳纤维复合材料作为结构件应用 . 27 图 29 国外航空碳纤维复合材料发展体系现状. 28 证券研究报告|行业深度研究报告 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 5 图 30 C919 的复合材

15、料用量 . 30 图 31 C919 复合材料机翼研制攻关项目典型盒段静力和损伤容限试验 . 31 图 32 中航工业特种研究所研制的 C919雷达罩 . 31 图 33 国产桥式自动铺带机和铺丝机及机械臂式自动铺丝机. 33 图 34 国产桥式自动铺带机和铺丝机及机械臂式自动铺丝机. 34 图 35 中国液体成型航空复合材料在航空的典型应用 . 34 图 36 航空工业复材环氧树脂及预浸料产品 . 36 图 37 航空工业复材承担的 CR929复合材料前机身. 36 图 38 博云新材典型航空产品. 36 图 39 CR929 飞机前机身攻关复合材料全尺寸筒段. 37 表 1 飞机各发展阶段

16、机体材料的变化 .6 表 2 国外部分民用飞机各类结构材料占比（%） .7 表 3 飞行器结构减重的直接经济效益 .8 表 4 商用飞机选材要求.8 表 5 铝合金制造的 C919 飞机零部件 . 10 表 6 铝锂合金研究历程及在航空航天领域使用简要情况. 13 表 7 各国钛合金牌号对照 . 17 表 8 一般飞机使用的钛合金 . 18 表 9 各国航空发动机用钛合金 . 20 表 10 C919 大飞机使用的钛合金 . 21 表 11 复合材料应用历程. 23 表 12 复合材料的成型工艺对比特点 . 26 表 13 高强中模碳纤维的主要牌号及性能 . 28 表 14 复合材料的成型工艺

17、对比特点 . 29 表 15 C919 大飞机用的复合材料 . 31 表 16 国内典型航空高韧性环氧树脂复合材料. 32 表 17 国内碳纤维企业扩产情况 . 35 证券研究报告|行业深度研究报告 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 6 1.1.开篇：一代飞机，一代材料开篇：一代飞机，一代材料 1.1.1.1.材料与飞机相互推动，不断发展材料与飞机相互推动，不断发展 “一代飞机、一代材料” ，材料与飞机一直在相互推动下不断发展。“一代飞机、一代材料” ，材料与飞机一直在相互推动下不断发展。首先，先进材料的应用是航空技术发展和进步的最重要推动力之一。航空材料是航空产品的技术性能、生存能力、延

18、长寿命和提高经济可承受能力的基础，属于优先发展、重点突破的关键技术。成本方面，材料是飞机制造的物质基础，一定程度上决定了飞机机体结构的制造成本。供应链方面，材料是商用飞机“供应链保障”上的一个重要环节。可以说，航空材料的发展对航空技术起到强有力的支撑和保障作用；反过来，航空技术的发展需求又极大地引领和促进航空材料的发展。 民用飞机的材料发展经历了五次跨时代的发展。民用飞机的材料发展经历了五次跨时代的发展。由于工业水平有限，以莱特兄弟为代表的第一代飞机采用木制第一代飞机采用木制的梁条、翼肋、机翼包裹帆布，利用钢索固定维持机身的刚度，例如第一次世界大战的绝大部分飞机。随着工业发展及结构设计方法认知

19、，结构设计仅以材料静强度试验为准则，第二代飞机采用铝合金、钢材第二代飞机采用铝合金、钢材等作为主结构。为了减轻机体重量并提升飞机性能，第三代飞机第三代飞机机体结构除了铝合金、钢材等材料外，新增了钛合金新增了钛合金；而第四代飞机第四代飞机机体主结构采用了轻质铝合金、钛合金作为主承力材料，非主承力结构上选取少量的复合材料选取少量的复合材料；第五代飞机采用了更为先进第五代飞机采用了更为先进的复合材料、钛合金及部分铝合金的复合材料、钛合金及部分铝合金。 表 1 飞机各发展阶段机体材料的变化 发展阶段发展阶段 年代年代 机体材料机体材料 第第 1 1 阶段阶段 190320 世纪 10 年代 木、布 第

20、第 2 2 阶段阶段 20 世纪 20 年代40 年代 铝、钢 第第 3 3 阶段阶段 20 世纪 50 年代70 年代 铝、钛、钢 第第 4 4 阶段阶段 20 世纪 80 年代21 世纪初 铝、钛、钢、复合材料（铝为主） 第第 5 5 阶段阶段 21 世纪初 复合材料、铝、钛、钢（复合材料为主） 从国外大型客机材料应用从国外大型客机材料应用的具体的具体情况来看，情况来看，传统的铝合金及结构钢在飞机上的传统的铝合金及结构钢在飞机上的用量逐渐减少，而用量逐渐减少，而复合材料复合材料和钛合金和钛合金的的占比占比快速提升快速提升。根据一代材料技术，一代大型飞机 ，从波音 787 开始，50%用量的

21、复合材料成为未来飞机的起点，继波音 787之后，空客 A350 改进型(A350XWB)的复合材料用量从原来的 37%提高至 52%。同时，钛合金用量与日俱增，一方面是因为它在减轻结构重量上的优势，另一方面则是因为钛与碳纤维复合材料的电极电位相近，钛合金又成为复合材料惟一的连接材料。 证券研究报告|行业深度研究报告 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 7 图 1 现代飞机用材料的发展状况 图 2 先进发动机用材料发展趋势 资料来源：航空材料技术的发展现状与展望，华西证券研究所 资料来源：航空材料技术的发展现状与展望，华西证券研究所 表 2 国外部分民用飞机各类结构材料占比（%） 机型机型 首

22、飞年份首飞年份 铝合金铝合金 钢钢 钛合金钛合金 复合材料复合材料 其它其它 B737 1967 81 13 4 1 1 DC10 1970 78 14 5 1 2 B767 1981 80 14 2 3 1 B757 1982 78 12 6 3 1 A320 1987 76.5 13.5 4.5 5.5 MD11 1990 76 9 5 8 2 A340 1991 75 8 6 8 3 B777 1994 70 11 7 11 1 A380 2005 61 14 10 22 6 B787 2009 20 10 15 50 5 A350 2013 19(原设计为 34%含铝锂合金） 6 14

23、（原设计为 9%） 53（原设计为 37%） 8 飞机结构材料总体发展趋势是轻质化、高强度、高模量、耐高温、低成本。飞机结构材料总体发展趋势是轻质化、高强度、高模量、耐高温、低成本。随着航空航天产业的快速发展，对飞行器重量、性能、能源消耗等要求地不断提高，对材料也提出了更严格的要求。其中，降低重量是最首要的目标。根据航空航天材料发展现状及前景 ，小型民机的结构重量每减 1 磅所获得的直接经济效益为 50 万美元/磅，而对战斗机来说，这个数值是 400 万美元/磅，商用运输机为 800 万美元/磅。 证券研究报告|行业深度研究报告 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 8 为降低重量、提高性能，

24、通常采用减小飞行器部件尺寸的办法，但该方法会导致零件刚度降低和疲劳寿命减少。当前最有效的减重方法是发展低密度材料。 表 3 飞行器结构减重的直接经济效益 机种机种 减重经济效益（万美元减重经济效益（万美元/ /磅）磅） 小型民机小型民机 50 直升机直升机 300 战斗机战斗机 400 商用运输机商用运输机 800 超声速运输机超声速运输机 3000 航天飞机航天飞机 30000 1.2.1.2.商用飞机材料要求高，商用飞机材料要求高，C919C919 选材兼具成熟性和先进性选材兼具成熟性和先进性 商用飞机选材犹为商用飞机选材犹为严苛严苛。总体而言，客机对材质的要求比军机对材质的要求更为苛刻，

25、大型客机对材质的要求又比中小型客机对材质的要求高。在商用飞机发展目标围绕“更安全、更经济、更舒适、更环保”开展设计，提出了“减重、减阻、减排”的目标设计。对材料而言，也提出了“轻量化、高可靠、长寿命、高效能、绿色环保，飞机材料需要满足“性能优先原则” 、 “先进性原则” 、 “成熟型原则” 、 “经济性原则”和“环保性”原则五大原则。同时，综合考虑各方面需求，大飞机的材料也要满足适航当局、飞机设计制造商、航空公司等三方面的要求。 表 4 商用飞机选材要求 主体主体 原则原则& &要求要求 基本原则基本原则 性能优先原则：满足材料规范要求和飞机设计要求 先进性原则：材料更轻、更强、耐久性好 成熟

26、性原则：材料生产厂商需要具有民机使用经验，能够生产工艺固化并规模化生产，提供性能稳定、采购来源稳定的产品 经济性原则：满足材料成本低、供货周期灵活 环保性原则：满足环保要求，采用水性材料、不含重金属等绿色可回收要求 适航当局适航当局（FAA/EASA/CAAC)FAA/EASA/CAAC) (a)材料的选用建立在经验或试验的基础上 (b)材料要符合经批准的标准 (c)考虑服役中预期的环境条件，如温度和湿度的影响。用于民用飞机的材料 证券研究报告|行业深度研究报告 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 9 飞机设计和制造商（飞机设计和制造商（OEM)OEM) (a)飞机选材需满足竞争性要求 (b

27、)材料选择和生产制造技术要满足设计准则和设计方法开发，满足降低飞机研制成本要求 航空公司航空公司 在前期设计的材料选择、新型技术应用、制造工艺的选择等方面，必须要满足客户对飞机性能和经济性的要求，满足航空公司运行成本最低和收益最大化 中国商飞已具备基本的选材能力，中国商飞已具备基本的选材能力，C C919919 选材兼具成熟性和先进性。选材兼具成熟性和先进性。中国商飞已经基本建立起“在理解自己产品需求的基础上科学评价材料可用性”的技术能力。已经基本具有工程设计中材料选用权、材料及供应商的合格鉴定权、采购过程中的选择权。商飞为 ARJ21 和 C919 两款飞机共计选用金属材料 100 种、非金

28、属材料 200 余种、标准件数千规格。同时，选材中体现了成熟性和先进性的结合，以 C919 大型客机为例，在中央翼、机翼、机身等主承力部段上使用了经 ARJ21 飞机成功验证的铝合金等成熟材料，在尾翼、后机身和襟缝翼上使用了复合材料，特别是在尾翼盒段和后机身前段上使用了国外先进的第三代中模高强碳纤维复合材料，在机身蒙皮和长桁结构中使用了第三代铝锂合金。 根据根据C919C919大型客机总装下线助推我国材料产业发展大型客机总装下线助推我国材料产业发展 ，以重量来划分，以重量来划分，C C919919机机体结构中体结构中6 65%5%为铝合金（其中铝锂合金为为铝合金（其中铝锂合金为8.8.8%8%

29、） 、） 、1 12%2%为复合材料、为复合材料、9%9%为钛材、剩下为为钛材、剩下为钢材和其他材料。钢材和其他材料。作为对比，ARJ 机体结构中铝、复合材料、钛、钢占比分别为 75%、8%、2%、10%。C919 大客机的研制与生产，极大地带动了我国钛合金、铝合金、复合材料等材料的发展，使我国在材料领域获得了很多重要进展，也带动了一批相关产业的发展。 图 3 C919 飞机选材方案简明示意图 资料来源： 铝基复合材料在某些中国飞机中的应用 ， 大飞机引领先进材料发展 ，华西证券研究所 证券研究报告|行业深度研究报告 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 10 2.2.铝合金铝合金 2.1.2

30、.1.铝铝合金合金目前目前占据航空材料的主导地位占据航空材料的主导地位 铝材是民机制造最重要的关键材料之一，也是铝材是民机制造最重要的关键材料之一，也是应用最为广泛应用最为广泛的材料的材料。铝合金是混合型金属，包括铜、锌、锰等多种金属元素。一方面，铝合金的密度小，其密度大约是铁密度的三分之一，由于铝合金中含有丰富的混合金属元素，熔点在 60 摄氏度左右，可塑性较强，同时也兼有铜、锰等多种金属抗腐蚀性的特点，因此在航空领域得到广泛应用。 图 4 铝合金 7075 图 5 ARJ21 客机铝材选用方案示意图 C919C919 前机身、中机身、中后机身、机头与机翼结构件几乎全是用铝材制造的，前机身、

31、中机身、中后机身、机头与机翼结构件几乎全是用铝材制造的，铝材占全机结构总重的比例为铝材占全机结构总重的比例为 65%65%。上述主要零部件是用当今高端传统 2xxx 系与7xxx 系铝合金制造的，一些重要结构件则是用铝-锂制造的，一些次要的零部件与功能零件，如空调系统、油路管、行李架、卫生设施等则是用其他铝合金制造的。C919 飞机是由一百多万个零部件连接组装而成，铝合金零件的连接与其他零件的连接如发动机与机翼的连接，在飞机的制造中起着非常重要的作用。 C919 大飞机所使用的铝材档次是最高的，符合它的要求的铝合金材料在其他航空器上也都可以使用。按生产工艺难度与价格高低可以将 C919 使用铝

32、材分为如下的几类：1）常用传统铝合金材料：7075-T62、7075-T73、7075-T73511、2024-T42、2024-T3511、2024-T3 等；2）7050-T77 型与 7055-T77 合金；3）近代发展起来的铝-锂合金：2196、2198、2099 等。第一类材料，我国已解决了“有无问题” ，但竞争力问题尚未解决。因为材料的经济性是飞机公司选材的重要原则之一，国产铝材必须各项性能指标务必全面达到或超过制造原型取证机用的进口铝材的，以全面替代进口产品，同时价格合理，才具备国际市场竞争力；第二类材料仍需解决供应问题；第三类材料仍与国外有较大差距，研制一代新飞机所需要的全部新

33、型铝材，即使在工业发达国家也需要六七年的时间。 表 5 铝合金制造的 C919 飞机零部件 部段部段 零部件零部件 铝合金铝合金 部段部段 零部件零部件 铝合金铝合金 前机身前机身 蒙皮 2198-T8、Al-Li-Sc-T8 机头机头 蒙皮 Al-Li 合金，2524-T3 长桁 钣弯 7075-T62，挤压材 长桁 7075-T62，2196- 证券研究报告|行业深度研究报告 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 11 2196-T8511/2099-T83 T8501/2099-T83 普通框 2024-T42 普通框 2024-T42 旅客观察窗框 7075-T73 锻件 前压力框 客

34、舱地板梁与支柱 2196-T8511/2099-T83 腹板 2024-T3 货舱地板梁与支柱 2196-T8511/2099-T83 缘条 7075-T73511 货舱门框 7050-T7451 加强件 7150-T77511，2024-T3511 铰链 铝合金锻件 天窗窗框 铝合金或钛合金锻件 中机身中机身 蒙皮 2198-T8，Al-Li-Sc-T8 前起落架舱 长桁 钣弯 7075-T62，挤压材 2196-T8511/2099-T83 壁板 7050-T7451 普通框 2024-T42 加强件 7050-T7451 前后梁加强框 7085-T7452 舱门框 加强框 7050-T7

35、451 门框 7075-T7351 旅客观察窗框 7075-T73 锻件 门框 铝合金锻件 龙骨梁缘条 7450-T77511 垫板 2024-T42 龙骨梁腹板 7072-T6 薄板 前起落架前起落架 外筒 7050-T7452 地板梁、支柱、座椅滑轨 2196-T8511/2099-T83 上撑杆 7050-T7452 气密地板 2024-T3，包铝的板材 防扭臂、锁连杆 7050-T7452 地板转折梁 7075-T73511 主起落架主起落架 外锁链杆 7050-T7452 中后机身中后机身 蒙皮 2198-T8，Al-Li-Sc-T8 侧撑杆 7050-T7452 长桁 钣弯 707

36、5-T62，2196-T8511/2099-T83 挤压材 机翼机翼 上蒙皮 7055-T7751 普通框 2024-T42 上长桁 7055-T76511 旅客观察窗框 7072-T73 锻件 下蒙皮 2024HDT-T351 货舱门框 7075-T73511，2024-T42 下长桁 2026-T3511 地板梁与支柱 2099-T83，2196-T8511 机翼前后梁 7050-T7451 机翼后梁内段 7085-T7651 主起支撑接头 7085-T7452 证券研究报告|行业深度研究报告 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 12 C919C919 铝合金铝合金或或即将实现即将实现

37、1 100%00%国产化，带动国产化，带动 9 900000000t t 高端铝材市场。高端铝材市场。根据铝材力推三大“国之重器”遨游蓝天 ，C919 原型机出于获取适航取证的需要，铝材均使用进口材料，从第二架飞机开始，国产铝材的用量逐渐增加，2022 年 C919 的铝材（不包括铝锂合金）国产化率可望达到 100%。根据铝合金在中国民用航空器上的应用 ，假设未来 20 年可制造 1200 架 C919，每架的投铝量按 75t 匡算，需采购铝材、铸件、锻件总计 90000t，每年平均 4500t/a，若铸件按 15%计算，则铝材及锻件的采购量为3825t/a。 制造制造 C919C919 大飞

38、机所需的国产铝材大飞机所需的国产铝材，主要由，主要由中国铝业集团有限公司提供的中国铝业集团有限公司提供的。例如其下属的西南铝业继为 C919 飞机提供了 30 个规格、600 余件铝合金锻件外，2017 年11 月又试制成功旅客观察窗窗框和起落架轮毂精密模锻件。这些模锻件具有高强度、高韧性、抗疲劳性强与抗腐蚀性高的特点，是飞机的关键结构件，主要用在机翼、机翼活动面、机身中央翼、起落架等部位。2018 年，西南铝业 7050 铝合金厚板通过适航鉴定，获得中国商飞授权，进入 C919 飞机合格产品目录，打破国外技术垄断。此外，南山铝业也已具备民机关键铝材的研制能力，其板材、型材相关 5 项产品已列

39、入C919 飞机合格产品目录。 图 6 西南铝业 7050 铝合金预拉伸厚板生产线 2.2.2.2.铝锂合金铝锂合金是航空航天最理想的结构材料是航空航天最理想的结构材料 2.2.1.2.2.1.铝锂合金性能优越，铝锂合金性能优越，在航空航天领域得到良好应用在航空航天领域得到良好应用 铝锂合金性能优越，是当前最铝锂合金性能优越，是当前最具竞争力具竞争力的的先进先进材料。材料。降低合金质量最简单的方法就是向其中添加轻原子量元素，以减小合金的密度。锂是世界上目前为止发现的最轻金属元素，锂在铝中的最大溶解度为 4.2%。前期研究发现向铝合金基体中每添加 1%的 Li，可降低该合金密度 3%，弹性模量上

40、升 5%6%。铝锂合金相比于常规的 2XXX 系和 7XXX 系高强铝合金，不仅具有低密度、高弹性模量、高比强度和高比模量的优点，还兼具低的疲劳裂纹扩展速率、较好的高温及低温性能等特点，相比于复合材料，在抗冲击、塑性和修复性等方面也具有不可替代的优势。铝锂合金是现代航空航天器材设计中最具竞争力的材料之一。 证券研究报告|行业深度研究报告 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 13 图 7 传统铝合金与第三代铝锂合金应力腐蚀门槛值对比 图 8 传统铝合金与第三代铝锂合金的剥落腐蚀情况对比（在海洋环境中） 资料来源：先进铝锂合金的特点及其在民用飞机上的应用，华西证券研究所 资料来源：先进铝锂合金的

41、特点及其在民用飞机上的应用，华西证券研究所 铝锂合金已在航空航天器材上得到广泛应用。铝锂合金已在航空航天器材上得到广泛应用。铝锂合金已经在军用飞机、民用客机、直升飞机和航天器上使用，主要用于机身框架、襟翼翼肋、垂直安定面、整流罩、进气道唇口、舱门、燃油箱等。在新型飞机设计制造中，轻质和减重在航空领域常常“克克计较” ，采用铝锂合金可使飞机铝合金零部件的质量减轻采用铝锂合金可使飞机铝合金零部件的质量减轻 14%14%30%30%，减重，减重的效果就是每架飞机每年的飞行费用会下降的效果就是每架飞机每年的飞行费用会下降 2.2%2.2%以上以上，所以铝锂合金被认为是航空航天最理想的结构材料。 图 9

42、 机身蒙皮材料牌号、性能变化趋势 图 10 机翼上壁板用铝合金材料牌号、性能变化趋势 铝锂合金已发展到第三代，第四代高性能合金正在研制中。铝锂合金已发展到第三代，第四代高性能合金正在研制中。铝锂合金的研究和开发大致经历了 3 个阶段，第一代以 2020、BA23 为代表；第二代以 1420、2090 为代表；当前已发展到第三代铝锂合金，其具有较好的综合性能，新近开发和改良的 1460、2198、2199、2050 等铝锂合金在先进大型客机和航天器上应用广泛。为满足航空航天工业的需要，世界上大型铝业公司和科研机构已经着手开发第四代铝锂合金，与第三代相比，新一代铝锂合金的锂含量将会降低，而强度、断

43、裂韧性有所提升，伸长率有所降低，其他性能仍能达到甚至超越第三代铝锂合金的水平。 表 6 铝锂合金研究历程及在航空航天领域使用简要情况 时间时间 牌号牌号 国家国家 主要应用主要应用 主要特点主要特点 第一代 Scleron 德国 未受重视 1.断裂韧性低；2.缺口敏感 证券研究报告|行业深度研究报告 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 14 50 年代60年代 2020 美国 RA-5C 飞机垂直尾翼水平安定面 性高；3.加工生产困难；4.结构损伤容限；5.易产生疲劳裂纹 BA23 苏联 未能在航空航天器材上正式使用 第二代 20 世纪 70 年代80 年代 1420 苏联 米格-29 型机

44、身、油箱 1.各向异性严重；2.塑韧性水平低；3.热暴露后会严重损失韧性；4.大部分不可焊；5.强度较低；6.低腐蚀抗力；7.易产生加工缺陷 1421 苏联 K-36.军舰 1423 苏联 米格-27 1441 苏联 Be-103 型水陆飞机机身蒙皮 2090 美国 1.三角翼运载火箭 2.C17 运输机襟翼蒙皮、垂直尾翼 3.波音 747 前起落架支柱牵引 8090 英国 1.EH101 直升机机身框架、蒙皮 2.“大力神”运载火箭 3.F15 战机机翼蒙皮 4.EAP 飞机机腹和襟副翼 5.幻影式战机机身结构、桁条 1430 苏联 TU-204 客机椭圆形截面机身 1450 苏联 AH-7

45、0 运输机机身 第三代第三代 2020 世纪世纪 9090 年年代代20092009 年年 1460 俄罗斯 “能源号”运载火箭贮箱 1.密度小、模量高；2.良好的强韧性匹；3.耐损伤性能优良；4.各向异性小；5.热稳定性好；6.耐腐蚀；7.加工成形性好 8091 英国 远程导弹弹头壳体 8093 英国 远程导弹弹头壳体 2050 美国 A350XWB 机翼肋板和纵梁 2060 美国 机身蒙皮 2195 美国 “奋进号”航天飞机外贮箱 2196 加拿大 A380 飞机地板横梁、座椅导轨 2197 美国 1.F16 战斗机机身舱壁甲板 2.F22 战机后隔框 2198 加拿大 1.A350 客机

46、蒙皮 2.猎鹰 9 号运载火箭燃料贮箱 2199 英国 A380-F 机身蒙皮 2297 美国 F16 战斗机 Al-Li-S4 美国 C919 客机机身蒙皮 2097 美国 F16 战机后机身隔框、中机身大梁 2099 法国 A380 机身、地板横梁、机翼纵梁 2 2009009 年年至今至今 X2A66 中国 飞机整体壁板结构 1.Li 含量更低；2.更高的静强度；3.更高的断裂韧性 C14E 美国 研发中 证券研究报告|行业深度研究报告 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 15 与第二代铝锂合金相比，第三代铝锂合金具有较传统铝合金更为优异的强度、与第二代铝锂合金相比，第三代铝锂合金具有

47、较传统铝合金更为优异的强度、韧度、耐损伤性能等优点。韧度、耐损伤性能等优点。如 2197 合金已在 F-16 战机的后机身舱壁和其他部件获得成熟应用，该合金用于替代 2124 合金，克服了疲劳寿命不足的缺陷，满足了服役8000 小时的要求，同时还获得减重 5%、断裂韧度提高 7%的效果。 图 11 第二代铝锂合金（1420）的典型组织 图 12 第三代铝锂合金的组织结构模式 2.2.2.2.2.2.C C919919 选用第三代先进铝锂合金，但仍依赖进口选用第三代先进铝锂合金，但仍依赖进口 C919C919 选用第三代铝锂合金，占全机结构重量选用第三代铝锂合金，占全机结构重量 8 8.8%.8

48、%，但目前仍依赖进口。，但目前仍依赖进口。C919 大飞机的机身蒙皮、长桁、地板梁、滑轨、边界梁、地板支撑结构等部件都使用了第三代铝锂合金。根据我国航空航天对铝锂合金的需求 ，全机铝锂合金材料占 8.8%，超过同级别的波音 737 和空客 320 飞机，用量达到 14t，助力 C919 综合减重 7%。由中航洪都制造的 C919 机身前部等直段部和中航西安制造的 C919 中机身和副翼大部件均大量采用了铝锂合金板，但 C919 大飞机采用的第三代铝锂合金均来自奥科宁克铝业公司。 图 13 C919 铝锂合金使用情况 图 14 C919 客机铝锂合金制中后机身 资料来源： 我国航空航天业对铝锂合

49、金的需求，华西证券研究所 证券研究报告|行业深度研究报告 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 16 铝锂合金铝锂合金已成为当前各国争相发展的重要航空材料，美国占据大半市场。已成为当前各国争相发展的重要航空材料，美国占据大半市场。目前，国外有完整铝锂合金生产体系的国家主要分布在有限的美国、俄罗斯、英国、法国和意大利共 5 个发达地区，铝锂合金的生产能力总计约20 万 t/a。这些国家建立了熔炼铸造加工的完整体系，其中熔炼铸造是生产铝锂合金材料的关键工序。美国在铝锂合金的研发、生产和应用上走在世界前列，其生产能力占到全球的 50%左右，主要生产企业有奥科宁克铝业公司、肯联铝业公司、爱励铝业公司。

50、奥科宁克铝业公司是全球最大的铝锂合金生产企业，产能约 5.5 万 t/a，主要客户包括波音、空客、洛克希德马丁、湾流宇航、中国商飞等众多大型民用及军用飞机制造商。俄罗斯铝锂合金的研发、生产和应用始于前苏联，是仅次于美国的世界第二大研发、生产与应用大国；生产能力占到全球的 25%左右；市场主要是面向俄罗斯国内的航空航天部门。 图 15 铝锂合金在380 上的应用 图 16 铝锂合金在 A350XWB 外翼上的应用（翼肋） 资料来源：先进铝锂合金的特点及其在民用飞机上的应用，华西证券研究所 资料来源：先进铝锂合金的特点及其在民用飞机上的应用，华西证券研究所 我国铝锂合金研制起步较晚，在工业生产及应