Lentovalojen seoksena, joka on ratkaisevan tärkeä lentoliikenteen kuljetuslaitteille, alumiiniseoksen makroskooppiset mekaaniset ominaisuudet liittyvät läheisesti sen mikrorakenteeseen. Muuttamalla alumiiniseosrakenteen päälejeeroja, alumiiniseoksen mikrorakenne voidaan muuttaa, ja materiaalin makroskooppiset mekaaniset ominaisuudet ja muut ominaisuudet (kuten korroosionkestävyys ja hitsaussuoritus) voidaan parantaa merkittävästi. Tähän päivään mennessä mikropelaamisesta on tullut lupaavin teknologinen kehitysstrategia alumiiniseosten mikrorakenteen optimoimiseksi ja alumiiniseosmateriaalien kattavien ominaisuuksien parantamiseksi.Skandium(SC) on tehokkain mikropelauselementin tehostaja, joka tunnetaan alumiiniseoksista. Skandiumin liukoisuus alumiinimatriisissa on alle 0,35 painoprosenttia, lisäämällä hivenaineita skandiumelementtiä alumiiniseoksiin voi parantaa niiden mikrorakennetta tehokkaasti, parantaa niiden lujuutta, kovuutta, plastisuutta, lämmön stabiilisuutta ja korroosionkestävyyttä. Skandiumilla on useita fysikaalisia vaikutuksia alumiiniseoksissa, mukaan lukien kiinteän liuoksen vahvistaminen, hiukkasten vahvistaminen ja uudelleenkiteytyksen estäminen. Tämä artikkeli esittelee alumiiniseosten sisältävien skandiumin historiallisen kehityksen, viimeisimmän edistymisen ja mahdolliset sovellukset ilmailulaitteiden valmistuksen alalla.
Alumiiniskandiumseoksen tutkimus ja kehittäminen
Scandiumin lisääminen alumiiniseosten seostavaksi elementtiä voidaan jäljittää 1960 -luvulle. Tuolloin suurin osa työstä suoritettiin Binary Al SC: ssä ja kolmen Almg SC -seosjärjestelmissä. 1970 -luvulla Neuvostoliiton tiedeakatemian metallurgian ja materiaalitieteen instituutti ja Venäjän kevyiden seostutkimuksen kaikki instituutti teki systemaattisen tutkimuksen skandiumin muodosta ja mekanismista alumiiniseoksissa. Lähes 40 vuoden ponnistelujen jälkeen 14 luokkaa alumiiniskandiumseoksia on kehitetty kolmessa pääsarjassa (Al MG SC, Al Li SC, Al Zn MG SC). Skandium-atomien liukoisuus alumiiniin on alhainen, ja käyttämällä sopivia lämpökäsittelyprosesseja voidaan saostaa korkean tiheyden AL3SC-nano-saostumat. Tämä sademäärävaihe on melkein pallomainen, pienillä hiukkasilla ja dispergoituneella jakautumisella, ja sillä on hyvä johdonmukainen suhde alumiinimatriisiin, mikä voi parantaa huomattavasti alumiiniseosten huoneenlämpötilaa. Lisäksi AL3SC -nano -saostumilla on hyvä lämpöstabiilisuus ja karkeutumiskestävyys korkeissa lämpötiloissa (400 ℃: n sisällä), mikä on erittäin hyödyllistä seoksen voimakkaan lämpövastuksen kannalta. Venäjällä teki alumiiniskandiumseoksia 1570 -seoksesta, joka on herättänyt paljon huomiota korkeimman voimakkuuden ja laajimman levityksen vuoksi. Tällä seoksella on erinomainen suorituskyky työlämpötila -alueella -196 ℃ -70 ℃ ja sillä on luonnollinen superplastisuus, joka voi korvata venäläisen LF6 -alumiiniseoksen (alumiinimagnesiumseoksen, joka koostuu pääasiassa alumiinista, magnesiumista, kuparista, mangaanista ja silikonista), jolla on merkitsevää parannusta. Lisäksi Venäjä on kehittänyt alumiinin sinkkimagnesiumkandiumseoksia, joita edustaa 1970, ja materiaalin lujuus on yli 500mPa.
TeollisuustilaAlumiini -skandiumseos
Vuonna 2015 Euroopan unioni julkaisi ”Euroopan metallurgisen etenemissuunnitelman: Valmistajien ja loppukäyttäjien näkymät”, ehdottamalla alumiinin hitsattavuuden tutkimistaMagnesium skandiumseokset. Euroopan unioni julkaisi syyskuussa 2020 luettelon 29 keskeisestä mineraalivaroista, mukaan lukien Scandium. Saksan Ale -alumiinin kehittämässä 5024H116 -alumiinimagnesiumkandiumseoksella on keskipitkä tai korkea lujuus ja korkea vauriotoleranssi, mikä tekee siitä erittäin lupaavan materiaalin rungon iholle. Sitä voidaan käyttää perinteisten 2xxx-sarjan alumiiniseosten korvaamiseen ja se on sisällytetty Airbus 'AIMS03-01-055 -materiaalien hankintakirjaan. 5028 on parannettu luokka 5024, joka sopii laserhitsaukseen ja kitkahitsaukseen. Se voi saavuttaa hyperbolisten integraalien seinäpaneelien hiipimuotoprosessin, joka on korroosionkestävää ja ei vaadi alumiinipinnoittoa. Verrattuna 2524 -seokseen, rungon yleinen seinäpaneelirakenne voi saavuttaa 5%: n rakenteellisen painon vähentämisen. AI5024-H116-alumiini-skandiumseoksen levyä, jonka on tuottanut Aili alumiiniyhtiö AA5024-H116-seoslevyn tyypillinen paksuus on 1,6-8,0 mm ja sen alhaisen tiheyden, kohtalaisten mekaanisten ominaisuuksien, korkean korroosionkestävyyden ja tiukan mittapoikkeaman vuoksi se voi korvata 2524-seoksen runko-ihon materiaalina. Tällä hetkellä AA5024-H116-seoslevy on sertifioitu Airbus AIMS03-04-055. Kiinan teollisuus- ja tietotekniikkaministeriö julkaisi joulukuussa 2018 ”OPE-luettelon ensimmäiselle erälle avainten uusien materiaalien (2018 painos) toissijaisten sovellusten demonstroinnista”, joka sisälsi ”korkean ympäröivän skandiumoksidin” uuden materiaaliteollisuuden kehitysluettelossa. Vuonna 2019 Kiinan teollisuus- ja tietotekniikkaministeriö julkaisi ”opasluettelon ensimmäiselle esittelysovellusten esittelysovelluksille (2019 Edition)”, joka sisälsi ”SC, joka sisältää alumiiniseoskäsittelymateriaaleja ja al si SC -hitsausjohtoja” uuden materiaaliteollisuuden kehitysluettelossa. Kiinan alumiiniryhmä Northeast Light Alloy on kehittänyt Al MG SC ZR -sarjan 5B70 -seoksen, joka sisältää skandiumia ja zirkoniumia. Verrattuna perinteiseen AL MG -sarjan 5083 -seokseen ilman skandiumia ja zirkoniumia, sen saanto ja vetolujuus ovat lisääntyneet yli 30%. Lisäksi Al MG SC ZR -lejeeruri voi ylläpitää vertailukelpoista korroosionkestävyyttä 5083 -seokselle. Tällä hetkellä teollisuusluokalla olevat tärkeimmät kotimaiset yrityksetalumiini -skandiumseosTuotantokapasiteetti ovat Koillisvalo -seosyritys ja lounaisalumiiniteollisuus. Northeast Light Alloy Co., Ltd. kehittämä suurikokoinen 5B70-alumiini-skandiumseoslevy voi toimittaa suuria alumiiniseoksen paksuja levyjä, joiden enimmäispaksuus on 70 mm ja enimmäisleveys 3500 mm; Ohut arkkituotteet ja profiilituotteet voidaan räätälöidä tuotantoa varten, paksuusalue 2–6 mm ja enimmäisleveys 1500 mm. Lounais -alumiini on itsenäisesti kehittänyt 5K40 -materiaalia ja edistynyt merkittävästi ohuiden levyjen kehittämisessä. Al Zn MG -seos on ajan kovettuva seos, jolla on suuri lujuus, hyvä prosessointi ja erinomainen hitsaussuorituskyky. Se on välttämätön ja tärkeä rakenteellinen materiaali nykyisissä kuljetusajoneuvoissa, kuten lentokoneissa. Keskipitkän voimakkuuden hitsattavan ALZN MG: n perusteella skandium- ja zirkoniumseoselementtien lisääminen voi muodostaa pieniä ja dispergoituneita AL3 (SC, ZR) nanohiukkasia mikrorakenteessa, mikä parantaa merkittävästi seoksen mekaanisia ominaisuuksia ja stressikorroosionkestävyyttä. NASA: n Langley -tutkimuskeskus on kehittänyt kolmen alumiinin skandiumseoksen luokan C557 kanssa, joka on valmis sovellettavaksi mallitehtävissä. Tämän seoksen staattinen lujuus, halkeamien eteneminen ja murtolujuus matalassa lämpötilassa (-200 ℃), huoneenlämpötilassa ja korkeassa lämpötilassa (107 ℃) ovat kaikki yhtä suuret tai parempia kuin 2524-seoksen. Yhdysvaltojen luoteisyliopisto on kehittänyt Alzn MG SC Alloy 7000 -sarjan erittäin voimakkaan alumiiniseoksen, jonka vetolujuus on jopa 680MPA. Keskipitkän suuren lujuuden alumiinin skandiumseoksen ja erittäin korkean lujuuden al Zn Mg SC: n välisen nivelkehityksen malli on muodostettu. Al Zn Mg Cu SC -seos on luja alumiiniseos, jonka vetolujuus ylittää 800 MPa. Tällä hetkellä pääluokan nimellinen koostumus ja perussuoritusparametritalumiini -skandiumseoson tiivistelmä seuraavasti, kuten taulukoissa 1 ja 2 esitetään.
Taulukko 1 | Alumiinisandiumseoksen nimellinen koostumus
Taulukko 2 | Alumiinisandiumseoksen mikrorakenne ja vetolujuus
Alumiiniskandiumseoksen hakemusnäkymät
Korkea lujuus Al Zn Mg Cu SC ja Al Culi SC -lejeerot on käytetty kuormittaviin rakenteellisiin komponentteihin, mukaan lukien Venäjän MIG-21 ja MIG-29-hävittäjälentokoneet. Venäjän avaruusaluksen ”Mars-1 ″ -kodin kojelauta on valmistettu 1570 alumiiniskandiumseoksesta, kokonaispainon alenemisella 20%. MARS-96-avaruusaluksen instrumenttimoduulin kuormituskomponentit on valmistettu 1970-alumiiniseoksesta, joka sisältää Scandiumia, vähentäen instrumentin moduulin painoa 10%. ”Clean Sky” -ohjelmassa ja EU: n “2050 Flight Route” -projektissa Airbus suoritti integroituja lastin oven suunnittelu-, tutkimus- ja kehitys-, valmistus- ja asennus- ja asennustestauslennoja A321-lentokoneiden perusteella, jotka perustuvat seuraavan luokan AA5028-H116 alumiiniskandium-seokseen 5024 alumiinin alumiiniskandium-seoksesta. AA5028: n edustamat alumiiniskandiumseokset osoittivat erinomaisen prosessointi- ja hitsaustehokkuuden. Käytetään edistyneitä hitsaustekniikoita, kuten kitkahitsausta ja laserhitsausta, jotta saadaan skandiumin luotettava yhteys, joka sisältää alumiiniseosmateriaaleja. Asteittainen ”hitsaus niittaamisen sijasta” ilma-aluksissa vahvistetuissa ohuissa levyrakenteissa ei vain ylläpidä ilma-alusten materiaalien ja rakenteellisen eheyden konsistenssia, saavuttaen tehokkaan ja edullisen valmistuksen, mutta sillä on myös painon vähentäminen ja tiivistysvaikutukset. Kiinan ilmailu- ja avaruusteollisuuden erityisten materiaalien tutkimuslaitoksen alumiiniskandium 5B70 -seoksen sovellustutkimus on murtautunut muuttuvien seinämän paksuuskomponenttien voimakkaan kehrämisen tekniikoiden, korroosionkestävyyden ja lujuuden sovittamisen hallinnan ja hitsausjäännösjännityksen hallinnan hallintaan. Se on valmistellut alumiiniskandiumseoksen adaptiivista hitsauslankaa, ja seoksen paksujen levyjen kitkahitsauksen nivellujuuskerroin voi saavuttaa 0,92. Kiinan avaruusteknologian akatemia, Keski -eteläinen yliopisto ja muut ovat suorittaneet laajoja mekaanisia suorituskyvyn testaus- ja prosessikokeita 5B70 -materiaalista, päivittänyt ja toistunut rakenteellisen materiaalin valintajärjestelmän 5A06: lle ja alkanut levittää 5B70 -alumiiniseosia avaruusaseman suljetun mökin ja palautushytin yleisen vahvistettujen seinäpaneelien päähenkilöiden päärakenteeseen. Levyrakenteen paineistetun ohjaamon yleinen seinäpaneeli on suunniteltu yhdistelmällä ihon ja vahvistuksen kylkiluita, saavuttaen suuremman rakenteellisen integraation ja painon optimoinnin. Parantaa samalla jäykkyyttä ja lujuutta, se vähentää yhdistävien komponenttien lukumäärää ja monimutkaisuutta, mikä vähentää edelleen painoa säilyttäen korkean suorituskyvyn. 5B70 -materiaalitekniikan levittämisen edistämisen myötä 5B70 -materiaalin käyttö kasvaa vähitellen ja ylittää vähimmäisvarustekynnyksen, mikä auttaa varmistamaan raaka -aineiden jatkuvan tuotannon ja vakaan laadun ja alentavat merkittävästi raaka -aineiden hintoja. Kuten aikaisemmin mainittiin, vaikka monia alumiiniseosten ominaisuuksia on parantunut skandiummikrotasostamisen avulla, skandiumin korkea hinta ja niukkuus rajoittavat alumiinisandiumseosten käyttöaluetta. Verrattuna alumiiniseosmateriaaleihin, kuten Al Cu, Al Zn, Al Znmg, Scandium, joka sisältää alumiiniseosmateriaaleja, on hyvät kattavat mekaaniset ominaisuudet, korroosionkestävyys ja erinomaiset käsittelyominaisuudet, jotka tekevät niistä laajoja sovellusmahdollisuuksia tärkeimpien rakenteellisten komponenttien valmistuksessa teollisuusaloilla, kuten ilmailutila. Scandium-mikropeltotekniikan tutkimuksen jatkuvan syventämisen myötä toimitusketjun ja teollisuusketjun sovittamisen paranemisen myötä Scandium-alumiiniseosten laajamittainen teollisuussovellus parantavat vähitellen. Alumiinisandiumseosten hyvällä kattavalla mekaanisella ominaisuudella, korroosionkestävyydellä ja erinomaisten prosessointiominaisuuksien avulla ne tekevät niistä selkeät rakenteelliset painon vähentämisetuja ja laaja käyttöpotentiaali ilmailulaitteiden valmistuksen alalla.
Viestin aika: Lokakuu-29-2024