ในฐานะที่เป็นโลหะผสมแสงที่มีความสำคัญต่ออุปกรณ์ขนส่งการบินสมบัติเชิงกลขนาดมหึมาของโลหะผสมอลูมิเนียมมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับโครงสร้างจุลภาค โดยการเปลี่ยนองค์ประกอบการผสมหลักในโครงสร้างอัลลอยอลูมิเนียมโครงสร้างจุลภาคของโลหะผสมอลูมิเนียมสามารถเปลี่ยนแปลงได้และคุณสมบัติเชิงกลขนาดมหึมาและคุณสมบัติอื่น ๆ (เช่นการต้านทานการกัดกร่อนและประสิทธิภาพการเชื่อม) ของวัสดุสามารถปรับปรุงได้อย่างมีนัยสำคัญ ถึงตอนนี้ MicroAlloying ได้กลายเป็นกลยุทธ์การพัฒนาเทคโนโลยีที่มีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับการปรับโครงสร้างจุลภาคของโลหะผสมอลูมิเนียมและปรับปรุงคุณสมบัติที่ครอบคลุมของวัสดุโลหะผสมอลูมิเนียมเรื่องอื้อฉาว(SC) เป็นตัวเพิ่มองค์ประกอบ microalloying ที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดที่รู้จักกันดีสำหรับโลหะผสมอลูมิเนียม ความสามารถในการละลายของ scandium ในเมทริกซ์อลูมิเนียมน้อยกว่า 0.35 wt.%การเพิ่มปริมาณขององค์ประกอบ scandium ลงในโลหะผสมอลูมิเนียมสามารถปรับปรุงโครงสร้างจุลภาคของพวกเขาได้อย่างมีประสิทธิภาพช่วยเพิ่มความแข็งแรงความแข็งพลาสติกความเสถียรทางความร้อนและความต้านทานการกัดกร่อน Scandium มีผลกระทบทางกายภาพหลายอย่างในโลหะผสมอลูมิเนียมรวมถึงการเสริมความแข็งแรงของสารละลายที่เป็นของแข็งการเสริมความแข็งแรงของอนุภาคและการยับยั้งการตกผลึกซ้ำ บทความนี้จะแนะนำการพัฒนาประวัติศาสตร์ความคืบหน้าล่าสุดและการใช้งานที่มีศักยภาพของ Scandium ที่มีโลหะผสมอลูมิเนียมในด้านการผลิตอุปกรณ์การบิน
การวิจัยและพัฒนาอัลลอยอลูมิเนียม Scandium
การเพิ่ม Scandium เป็นองค์ประกอบการผสมกับโลหะผสมอลูมิเนียมสามารถย้อนกลับไปในปี 1960 ในเวลานั้นงานส่วนใหญ่ได้ดำเนินการในระบบอัลอัลเซาท์แคโรไลนาและระบบโลหะผสม Ternary ALMG SC ในปี 1970 สถาบันวิทยาศาสตร์โลหะและวัสดุ Baykov ของสถาบันวิทยาศาสตร์โซเวียตและสถาบันวิจัยอัลลอยแสงรัสเซียทั้งหมดได้ทำการศึกษาอย่างเป็นระบบเกี่ยวกับรูปแบบและกลไกของ Scandium ในโลหะผสมอลูมิเนียม หลังจากความพยายามเกือบสี่สิบปีแล้ว Aluminum Scandium Alloys 14 เกรดได้รับการพัฒนาในสามซีรีส์สำคัญ (Al MG SC, Al Li SC, Al Zn MG SC) ความสามารถในการละลายของอะตอม Scandium ในอลูมิเนียมอยู่ในระดับต่ำและโดยการใช้กระบวนการบำบัดความร้อนที่เหมาะสมการตกตะกอน Nano AL3SC ที่มีความหนาแน่นสูงสามารถตกตะกอนได้ ขั้นตอนการตกตะกอนนี้เกือบจะเป็นทรงกลมมีอนุภาคขนาดเล็กและกระจายกระจายและมีความสัมพันธ์ที่สอดคล้องกันกับเมทริกซ์อลูมิเนียมซึ่งสามารถปรับปรุงความแข็งแรงของอุณหภูมิห้องของโลหะผสมอลูมิเนียมได้อย่างมาก นอกจากนี้ Al3sc nano precipitates มีความเสถียรทางความร้อนที่ดีและความต้านทานต่อการหยาบที่อุณหภูมิสูง (ภายใน 400 ℃) ซึ่งเป็นประโยชน์อย่างมากสำหรับความต้านทานความร้อนที่แข็งแกร่งของโลหะผสม ในรัสเซียทำอัลลอยอลูมิเนียมสแกนดิเมี่ยมอัลลอย 1570 ได้รับความสนใจอย่างมากเนื่องจากความแข็งแกร่งและการใช้งานที่กว้างที่สุด โลหะผสมนี้แสดงประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมในช่วงอุณหภูมิการทำงานที่ -196 ℃ถึง 70 ℃และมีความเป็นธรรมชาติที่เกินความเป็นธรรมชาติซึ่งสามารถแทนที่อัลลอยอลูมิเนียม LF6 ที่ทำจากรัสเซีย (โลหะผสมอลูมิเนียมแมกนีเซียมส่วนใหญ่ประกอบด้วยการเชื่อมต่อของอลูมิเนียม นอกจากนี้รัสเซียยังได้พัฒนาโลหะผสมอลูมิเนียมสังกะสีแมกนีเซียมสแกนดิเมี่ยมซึ่งเป็นตัวแทนของปี 1970 ด้วยความแข็งแรงของวัสดุมากกว่า 500MPa
สถานะอุตสาหกรรมของอลูมิเนียมอัลลอยอลูมิเนียม
ในปี 2558 สหภาพยุโรปได้เปิดตัว“ แผนงานทางโลหะวิทยาของยุโรป: โอกาสสำหรับผู้ผลิตและผู้ใช้ปลายทาง” เสนอให้ศึกษาความสามารถในการเชื่อมของอลูมิเนียมโลหะผสมแมกนีเซียมสแกน- ในเดือนกันยายน 2563 สหภาพยุโรปได้ออกรายการทรัพยากรแร่หลัก 29 รายการรวมถึง Scandium โลหะผสมอลูมิเนียมแมกนีเซียมสแกนดิเมี่ยม 5024H116 ที่พัฒนาโดย Ale Aluminum ในประเทศเยอรมนีมีความแข็งแรงปานกลางและสูงและทนต่อความเสียหายสูงทำให้เป็นวัสดุที่มีแนวโน้มมากสำหรับผิวหนัง มันสามารถใช้เพื่อแทนที่อัลลอยอลูมิเนียมซีรีย์ 2xxx แบบดั้งเดิมและได้รวมอยู่ใน Airbus 'AIMS03-01-055 สมุดจัดหาวัสดุ 5028 เป็นเกรดที่ดีขึ้นของ 5024 เหมาะสำหรับการเชื่อมด้วยเลเซอร์และการเชื่อมแรงเสียดทาน มันสามารถบรรลุกระบวนการขึ้นรูปคืบของแผงผนังอินทิกรัลไฮเพอร์โบลิกซึ่งทนต่อการกัดกร่อนและไม่จำเป็นต้องมีการเคลือบอลูมิเนียม เมื่อเทียบกับโลหะผสม 2524 โครงสร้างแผงผนังโดยรวมของลำตัวสามารถลดน้ำหนักได้ 5% แผ่นโลหะผสมอลูมิเนียมอลูมิเนียม Scandium ที่ผลิตโดย บริษัท อลูมิเนียม Aili ถูกนำมาใช้ในการผลิตลำตัวเครื่องบินและส่วนประกอบโครงสร้างยานอวกาศ ความหนาทั่วไปของแผ่นโลหะผสม AA5024-H116 คือ 1.6 มม. ถึง 8.0 มม. และเนื่องจากความหนาแน่นต่ำคุณสมบัติเชิงกลปานกลางความต้านทานการกัดกร่อนสูงและการเบี่ยงเบนมิติที่เข้มงวดสามารถแทนที่โลหะผสม 2524 เป็นวัสดุผิวหนัง ปัจจุบันแผ่นโลหะผสม AA5024-H116 ได้รับการรับรองโดย Airbus AIMS03-04-055 ในเดือนธันวาคม 2561 กระทรวงอุตสาหกรรมและเทคโนโลยีสารสนเทศของจีนได้เปิดตัว“ แนวทางแคตตาล็อกสำหรับการสาธิตแอปพลิเคชันรองชุดแรกของวัสดุใหม่ที่สำคัญ (2018 ฉบับ)” ซึ่งรวมถึง“ Scandium ออกไซด์ที่มีความบริสุทธิ์สูง” ในแคตตาล็อกการพัฒนาของอุตสาหกรรมวัสดุใหม่ ในปี 2562 กระทรวงอุตสาหกรรมและเทคโนโลยีสารสนเทศของจีนได้เปิดตัว“ แนวทางแคตตาล็อกสำหรับการประยุกต์การสาธิตชุดแรกของวัสดุใหม่ (ฉบับปี 2019)” ซึ่งรวมถึง“ SC ที่มีวัสดุแปรรูปอัลลอยอลูมิเนียมและสายเชื่อม Al Si SC” ในแคตตาล็อกการพัฒนาของอุตสาหกรรมวัสดุใหม่ กลุ่มอลูมิเนียมของจีน Northeast Light Alloy ได้พัฒนาอัลลอยอัล MG SC ZR 5B70 โลหะผสมที่มีสแกนดิียมและเซอร์โคเนียม เมื่อเทียบกับอัลลีย์อัล MG ซีรี่ส์ 5083 แบบดั้งเดิมที่ไม่มีสแกนดิเนี่ยมและเซอร์โคเนียมผลผลิตและแรงดึงเพิ่มขึ้นมากกว่า 30% ยิ่งไปกว่านั้นโลหะผสมอัล Mg SC ZR สามารถรักษาความต้านทานการกัดกร่อนที่เทียบเท่ากับโลหะผสม 5083 ในปัจจุบันองค์กรหลักในประเทศที่มีเกรดอุตสาหกรรมอลูมิเนียมอัลลอยอลูมิเนียมกำลังการผลิตเป็น บริษัท อัลลอยด์ตะวันออกเฉียงเหนือและอุตสาหกรรมอลูมิเนียมตะวันตกเฉียงใต้ แผ่นโลหะผสมอลูมิเนียมอลูมิเนียมขนาดใหญ่ขนาดใหญ่ที่พัฒนาโดย Northeast Light Alloy Co. , Ltd. สามารถจัดหาแผ่นโลหะผสมอลูมิเนียมขนาดใหญ่ที่มีความหนาสูงสุด 70 มม. และความกว้างสูงสุด 3500 มม.; ผลิตภัณฑ์แผ่นบางและผลิตภัณฑ์โปรไฟล์สามารถปรับแต่งสำหรับการผลิตด้วยช่วงความหนา 2 มม. ถึง 6 มม. และความกว้างสูงสุด 1500 มม. อลูมิเนียมตะวันตกเฉียงใต้ได้พัฒนาวัสดุ 5K40 อย่างอิสระและมีความก้าวหน้าอย่างมีนัยสำคัญในการพัฒนาแผ่นบาง ๆ อัล Zn MG Alloy เป็นอัลลอยที่แข็งตัวด้วยความแข็งแรงสูงประสิทธิภาพการประมวลผลที่ดีและประสิทธิภาพการเชื่อมที่ยอดเยี่ยม มันเป็นวัสดุโครงสร้างที่ขาดไม่ได้และสำคัญในยานพาหนะขนส่งปัจจุบันเช่นเครื่องบิน บนพื้นฐานของความแข็งแรงปานกลางที่สามารถเชื่อมได้ Alzn MG การเพิ่มองค์ประกอบของสแกนดิเนี่ยมและอัลลอยเซอร์โคเนียมสามารถสร้างอนุภาคนาโนขนาดเล็กและกระจายตัวของ AL3 (SC, ZR) ในโครงสร้างจุลภาคช่วยปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลและความต้านทานการกัดกร่อนของความเครียดอย่างมีนัยสำคัญ ศูนย์วิจัย Langley ของ NASA ได้พัฒนาโลหะผสมอลูมิเนียม Scandium ที่มีเกรด C557 ซึ่งพร้อมที่จะนำไปใช้ในภารกิจของแบบจำลอง ความแข็งแรงคงที่การแพร่กระจายรอยแตกและความเหนียวแตกหักของโลหะผสมนี้ที่อุณหภูมิต่ำ (-200 ℃) อุณหภูมิห้องและอุณหภูมิสูง (107 ℃) ทั้งหมดเท่ากับหรือดีกว่าอัลลอย 2524 Northwestern University ในสหรัฐอเมริกาได้พัฒนา Alzn MG SC Alloy 7000 Series Aluminium Alloy ที่มีความแข็งแรงสูงเป็นพิเศษโดยมีแรงดึงสูงถึง 680MPa รูปแบบของการพัฒนาร่วมกันระหว่างโลหะผสมอลูมิเนียม Scandium ที่มีความแข็งแรงสูงปานกลางและความแข็งแรงสูงเป็นพิเศษ Al Zn MG SC ได้ถูกสร้างขึ้น อัล Zn Mg Cu SC Alloy เป็นอัลลอยอลูมิเนียมที่มีความแข็งแรงสูงที่มีความต้านทานแรงดึงเกิน 800 MPa ในปัจจุบันองค์ประกอบเล็กน้อยและพารามิเตอร์ประสิทธิภาพพื้นฐานของเกรดหลักของอลูมิเนียมอัลลอยอลูมิเนียมสรุปได้ดังนี้ดังแสดงในตารางที่ 1 และ 2
ตารางที่ 1 | องค์ประกอบเล็กน้อยของอลูมิเนียมสแกนดิียมอัลลอยด์
ตารางที่ 2 | โครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติแรงดึงของอลูมิเนียมอัลลอยด์อลูมิเนียม
แอปพลิเคชันโอกาสของ Aluminum Scandium Alloy
ความแข็งแรงสูง Al Zn Mg Cu SC และ Alloys Al Culi SC ได้ถูกนำไปใช้กับส่วนประกอบโครงสร้างแบกโหลดรวมถึงเครื่องบินขับไล่ MIG-21 และ MIG-29 ของรัสเซียและ MIG-29 แดชบอร์ดของยานอวกาศรัสเซีย“ Mars-1″ ทำจาก Aluminum Scandium Alloy 1570 โดยมีน้ำหนักลดลงทั้งหมด 20% ส่วนประกอบที่รับน้ำหนักของโมดูลเครื่องมือของยานอวกาศ Mars-96 ทำจากโลหะผสมอลูมิเนียม 1970 ที่มี Scandium ลดน้ำหนักของโมดูลเครื่องมือลง 10% ในโปรแกรม“ Clean Sky” และโครงการ“ เส้นทางการบินปี 2050 ของสหภาพยุโรปแอร์บัสดำเนินการออกแบบประตูเก็บสัมภาระการวิจัยและพัฒนาการผลิตและเที่ยวบินทดสอบการติดตั้งสำหรับเครื่องบิน A321 ตาม AA55028-H116 Aluminum SaguMium Alloy ของอลูมิเนียม อัลลอยอลูมิเนียม Scandium ที่แสดงโดย AA5028 แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพการประมวลผลและการเชื่อมที่ยอดเยี่ยม การใช้เทคนิคการเชื่อมขั้นสูงเช่นการเชื่อมแรงเสียดทานและการเชื่อมด้วยเลเซอร์เพื่อให้เกิดการเชื่อมต่อที่เชื่อถือได้ของ Scandium ที่มีวัสดุอัลลอยอลูมิเนียม การดำเนินการอย่างค่อยเป็นค่อยไปของ“ การเชื่อมแทนที่จะเป็นโลดโผน” ในโครงสร้างของแผ่นบางแผ่นเสริมไม่เพียง แต่รักษาความสอดคล้องของวัสดุเครื่องบินและความสมบูรณ์ของโครงสร้างการบรรลุการผลิตที่มีประสิทธิภาพและราคาต่ำ แต่ยังมีการลดน้ำหนักและการปิดผนึก การวิจัยแอพพลิเคชั่นของ Aluminum Scandium 5B70 โลหะผสมโดยสถาบันวิจัยวัสดุพิเศษของจีนการบินและอวกาศได้ทำลายเทคโนโลยีของการหมุนอย่างแรงของส่วนประกอบความหนาของผนังผันแปรการควบคุมความต้านทานการกัดกร่อนและการจับคู่ความแข็งแรงและการควบคุมความเครียดที่ตกค้าง มันได้เตรียมลวดเชื่อมอะลูมิเนียมอัลลอยด์อลูมิเนียมและค่าสัมประสิทธิ์ความแข็งแรงร่วมของการเชื่อมแรงเสียดทานสำหรับแผ่นหนาในโลหะผสมสามารถไปถึง 0.92 China Academy of Space Technology, Central South University และอื่น ๆ ได้ทำการทดสอบประสิทธิภาพเชิงกลอย่างกว้างขวางและการทดลองกระบวนการบนวัสดุ 5B70 อัพเกรดและทำซ้ำรูปแบบการเลือกวัสดุโครงสร้างสำหรับ 5A06 และเริ่มใช้อัลลอยอลูมิเนียม 5B70 กับโครงสร้างหลัก แผงผนังโดยรวมของโครงสร้างแผ่นห้องโดยสารแรงดันได้รับการออกแบบด้วยการผสมผสานระหว่างผิวหนังและซี่โครงเสริมแรงเพื่อให้ได้การรวมโครงสร้างที่สูงขึ้นและการเพิ่มประสิทธิภาพน้ำหนัก ในขณะที่การปรับปรุงความแข็งแกร่งและความแข็งแรงโดยรวมจะช่วยลดจำนวนและความซับซ้อนของการเชื่อมต่อส่วนประกอบซึ่งจะช่วยลดน้ำหนักได้มากขึ้นในขณะที่ยังคงประสิทธิภาพสูง ด้วยการส่งเสริมการใช้งานวิศวกรรมวัสดุ 5B70 การใช้งานของวัสดุ 5B70 จะค่อยๆเพิ่มขึ้นและเกินเกณฑ์การจัดหาขั้นต่ำซึ่งจะช่วยให้มั่นใจว่าการผลิตอย่างต่อเนื่องและคุณภาพวัตถุดิบที่มั่นคงและลดราคาวัตถุดิบอย่างมีนัยสำคัญ ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้แม้ว่าคุณสมบัติของโลหะผสมอลูมิเนียมจำนวนมากได้รับการปรับปรุงผ่าน Scandium microalloying แต่ราคาที่สูงและความขาดแคลนของ Scandium จำกัด ช่วงแอปพลิเคชันของโลหะผสมอลูมิเนียม scandium เมื่อเทียบกับวัสดุอัลลอยอลูมิเนียมเช่น Al Cu, Al Zn, Al Znmg, Scandium ที่มีวัสดุอัลลอยอลูมิเนียมมีคุณสมบัติเชิงกลที่ครอบคลุมดีการต้านทานการกัดกร่อนและลักษณะการประมวลผลที่ยอดเยี่ยมซึ่งทำให้พวกเขามีโอกาสในการใช้งานที่กว้างขวาง ด้วยการวิจัยอย่างต่อเนื่องเกี่ยวกับเทคโนโลยี Scandium microalloying และการปรับปรุงห่วงโซ่อุปทานและการจับคู่ห่วงโซ่อุตสาหกรรมราคาและปัจจัยต้นทุนที่ จำกัด การใช้งานอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ของโลหะผสมอลูมิเนียม Scandium จะค่อยๆดีขึ้น คุณสมบัติเชิงกลที่ครอบคลุมที่ดีความต้านทานการกัดกร่อนและลักษณะการประมวลผลที่ยอดเยี่ยมของอัลลอยอลูมิเนียมสแกนดิเมี่ยมทำให้พวกเขามีข้อได้เปรียบในการลดน้ำหนักโครงสร้างที่ชัดเจนและศักยภาพในการใช้งานที่กว้างในด้านการผลิตอุปกรณ์การบิน
เวลาโพสต์: ตุลาคม -29-2024