Sebagai aloi ringan yang penting untuk peralatan pengangkutan penerbangan, sifat mekanikal makroskopik aloi aluminium berkait rapat dengan struktur mikronya. Dengan menukar unsur pengaloian utama dalam struktur aloi aluminium, struktur mikro aloi aluminium boleh diubah, dan sifat mekanikal makroskopik dan sifat lain (seperti rintangan kakisan dan prestasi kimpalan) bahan boleh dipertingkatkan dengan ketara. Sehingga kini, pengaloian mikro telah menjadi strategi pembangunan teknologi yang paling menjanjikan untuk mengoptimumkan struktur mikro aloi aluminium dan menambah baik sifat komprehensif bahan aloi aluminium.Skandium(Sc) ialah penambah unsur pengaloi mikro paling berkesan yang dikenali untuk aloi aluminium. Keterlarutan skandium dalam matriks aluminium adalah kurang daripada 0.35 wt.%, Menambah jumlah surih unsur skandium kepada aloi aluminium dengan berkesan boleh memperbaiki struktur mikronya, meningkatkan kekuatan, kekerasan, keplastikan, kestabilan haba dan rintangan kakisan secara menyeluruh. Skandium mempunyai pelbagai kesan fizikal dalam aloi aluminium, termasuk pengukuhan larutan pepejal, pengukuhan zarah, dan perencatan penghabluran semula. Artikel ini akan memperkenalkan perkembangan sejarah, kemajuan terkini dan potensi aplikasi skandium yang mengandungi aloi aluminium dalam bidang pembuatan peralatan penerbangan.
Penyelidikan dan Pembangunan Aloi Skandium Aluminium
Penambahan skandium sebagai unsur pengaloian kepada aloi aluminium boleh dikesan kembali ke tahun 1960-an. Pada masa itu, kebanyakan kerja dijalankan dalam sistem aloi Al Sc dan terner AlMg Sc binari. Pada tahun 1970-an, Institut Metalurgi dan Sains Bahan Baykov dari Akademi Sains Soviet dan All Russian Institute of Light Alloy Research menjalankan kajian sistematik mengenai bentuk dan mekanisme skandium dalam aloi aluminium. Selepas hampir empat puluh tahun usaha, 14 gred aloi skandium aluminium telah dibangunkan dalam tiga siri utama (Al Mg Sc, Al Li Sc, Al Zn Mg Sc). Keterlarutan atom skandium dalam aluminium adalah rendah, dan dengan menggunakan proses rawatan haba yang sesuai, mendakan nano Al3Sc berketumpatan tinggi boleh dimendakan. Fasa pemendakan ini hampir sfera, dengan zarah kecil dan taburan tersebar, dan mempunyai hubungan koheren yang baik dengan matriks aluminium, yang boleh meningkatkan kekuatan suhu bilik aloi aluminium. Selain itu, mendakan nano Al3Sc mempunyai kestabilan terma yang baik dan rintangan kekasaran pada suhu tinggi (dalam 400 ℃), yang sangat bermanfaat untuk rintangan haba yang kuat aloi. Dalam aloi skandium aluminium buatan Rusia, aloi 1570 telah menarik banyak perhatian kerana kekuatan tertinggi dan penggunaan terluas. Aloi ini mempamerkan prestasi cemerlang dalam julat suhu kerja -196 ℃ hingga 70 ℃ dan mempunyai superplastisitas semula jadi, yang boleh menggantikan aloi aluminium LF6 buatan Rusia (aloi magnesium aluminium yang terutamanya terdiri daripada aluminium, magnesium, tembaga, mangan dan silikon) untuk struktur kimpalan galas beban dalam medium oksigen cecair, dengan prestasi yang bertambah baik dengan ketara. Di samping itu, Rusia juga telah membangunkan aloi aluminium zink magnesium skandium, diwakili oleh 1970, dengan kekuatan bahan melebihi 500MPa.
Status Perindustrian bagiAloi Skandium Aluminium
Pada 2015, Kesatuan Eropah mengeluarkan "Pelan Hala Tuju Metalurgi Eropah: Prospek untuk Pengilang dan Pengguna Akhir", mencadangkan untuk mengkaji kebolehkimpalan aluminiumaloi magnesium skandium. Pada September 2020, Kesatuan Eropah mengeluarkan senarai 29 sumber mineral utama, termasuk skandium. Aloi skandium magnesium aluminium 5024H116 yang dibangunkan oleh Ale Aluminium di Jerman mempunyai kekuatan sederhana hingga tinggi dan toleransi kerosakan yang tinggi, menjadikannya bahan yang sangat menjanjikan untuk kulit fiuslaj. Ia boleh digunakan untuk menggantikan aloi aluminium siri 2xxx tradisional dan telah dimasukkan ke dalam buku perolehan bahan AIMS03-01-055 Airbus. 5028 ialah gred 5024 yang dipertingkatkan, sesuai untuk kimpalan laser dan kimpalan kacau geseran. Ia boleh mencapai proses pembentukan rayapan panel dinding integral hiperbolik, yang tahan kakisan dan tidak memerlukan salutan aluminium. Berbanding dengan aloi 2524, struktur panel dinding keseluruhan fiuslaj boleh mencapai pengurangan berat struktur sebanyak 5%. Lembaran aloi skandium aluminium AA5024-H116 yang dihasilkan oleh Syarikat Aluminium Aili telah digunakan untuk mengeluarkan fiuslaj pesawat dan komponen struktur kapal angkasa. Ketebalan tipikal lembaran aloi AA5024-H116 ialah 1.6mm hingga 8.0mm, dan disebabkan ketumpatannya yang rendah, sifat mekanikal yang sederhana, rintangan kakisan yang tinggi, dan sisihan dimensi yang ketat, ia boleh menggantikan aloi 2524 sebagai bahan kulit fiuslaj. Pada masa ini, kepingan aloi AA5024-H116 telah disahkan oleh Airbus AIMS03-04-055. Pada Disember 2018, Kementerian Perindustrian dan Teknologi Maklumat China mengeluarkan "Katalog Panduan untuk Demonstrasi Aplikasi Menengah Pertama Bahan Baharu Utama (Edisi 2018)", yang termasuk "skandium oksida ketulenan tinggi" dalam katalog pembangunan industri bahan baharu. Pada 2019, Kementerian Perindustrian dan Teknologi Maklumat China mengeluarkan "Katalog Panduan untuk Kumpulan Pertama Aplikasi Demonstrasi Bahan Baharu Utama (Edisi 2019)", yang termasuk "Sc yang mengandungi bahan pemprosesan aloi aluminium dan wayar kimpalan Al Si Sc" dalam katalog pembangunan industri bahan baharu. China Aluminium Group Northeast Light Alloy telah membangunkan aloi Al Mg Sc Zr siri 5B70 yang mengandungi skandium dan zirkonium. Berbanding dengan aloi tradisional Al Mg siri 5083 tanpa skandium dan zirkonium, hasil dan kekuatan tegangannya telah meningkat lebih daripada 30%. Selain itu, aloi Al Mg Sc Zr boleh mengekalkan rintangan kakisan yang setanding dengan aloi 5083. Pada masa ini, perusahaan domestik utama dengan gred perindustrianaloi aluminium skandiumkapasiti pengeluaran ialah Syarikat Aloi Cahaya Timur Laut dan Industri Aluminium Barat Daya. Lembaran aloi skandium aluminium 5B70 bersaiz besar yang dibangunkan oleh Northeast Light Alloy Co., Ltd. boleh membekalkan plat tebal aloi aluminium yang besar dengan ketebalan maksimum 70mm dan lebar maksimum 3500mm; Produk kepingan nipis dan produk profil boleh disesuaikan untuk pengeluaran, dengan julat ketebalan 2mm hingga 6mm dan lebar maksimum 1500mm. Southwest Aluminium telah membangunkan bahan 5K40 secara bebas dan membuat kemajuan yang ketara dalam pembangunan plat nipis. Aloi Al Zn Mg ialah aloi pengerasan masa dengan kekuatan tinggi, prestasi pemprosesan yang baik, dan prestasi kimpalan yang sangat baik. Ia adalah bahan struktur yang sangat diperlukan dan penting dalam kenderaan pengangkutan semasa seperti kapal terbang. Berdasarkan kekuatan sederhana AlZn Mg boleh dikimpal, menambah unsur aloi skandium dan zirkonium boleh membentuk nanozarah Al3 (Sc, Zr) kecil dan tersebar dalam struktur mikro, meningkatkan sifat mekanikal dan rintangan kakisan tegasan aloi dengan ketara. Pusat Penyelidikan Langley NASA telah membangunkan aloi skandium aluminium terner dengan gred C557, yang sedia untuk digunakan dalam misi model. Kekuatan statik, perambatan retak dan keliatan patah aloi ini pada suhu rendah (-200 ℃), suhu bilik dan suhu tinggi (107 ℃) semuanya sama atau lebih baik daripada aloi 2524. Universiti Barat Laut di Amerika Syarikat telah membangunkan aloi AlZn Mg Sc siri 7000 aloi aluminium kekuatan ultra tinggi, dengan kekuatan tegangan sehingga 680MPa. Corak pembangunan sendi antara aloi skandium aluminium kekuatan sederhana tinggi dan kekuatan ultra tinggi Al Zn Mg Sc telah terbentuk. Aloi Al Zn Mg Cu Sc ialah aloi aluminium berkekuatan tinggi dengan kekuatan tegangan melebihi 800 MPa. Pada masa ini, komposisi nominal dan parameter prestasi asas gred utamaaloi aluminium skandiumdiringkaskan seperti berikut, seperti ditunjukkan dalam Jadual 1 dan 2.
Jadual 1 | Komposisi Nominal Aloi Skandium Aluminium
Jadual 2 | Struktur Mikro dan Sifat Tegangan Aloi Skandium Aluminium
Prospek permohonan aloi skandium aluminium
Aloi Al Zn Mg Cu Sc dan Al CuLi Sc kekuatan tinggi telah digunakan pada komponen struktur galas beban, termasuk jet pejuang MiG-21 dan MiG-29 Rusia. Papan pemuka kapal angkasa Rusia "Mars-1" diperbuat daripada aloi skandium aluminium 1570, dengan jumlah pengurangan berat sebanyak 20%. Komponen galas beban modul instrumen kapal angkasa Mars-96 diperbuat daripada aloi aluminium 1970 yang mengandungi skandium, mengurangkan berat modul instrumen sebanyak 10%. Dalam program bersepadu "Clean' Route 5" "Airbus 5" dan projek "Clean' Route" EU 5. reka bentuk pintu kargo, penyelidikan dan pembangunan, pembuatan, dan penerbangan ujian pemasangan untuk pesawat A321 berdasarkan aloi skandium aluminium gred pengganti AA5028-H116 aloi skandium aluminium 5024 aloi aluminium skandium yang diwakili oleh AA5028 menunjukkan prestasi pemprosesan dan kimpalan yang sangat baik dengan menggunakan teknik kimpalan geseran termaju seperti kimpalan geseran aluminium yang boleh dipercayai "kimpalan dan bukannya rivet" dalam struktur plat nipis yang diperkukuh pesawat bukan sahaja mengekalkan konsistensi bahan pesawat dan integriti struktur, mencapai pembuatan yang cekap dan kos rendah, tetapi juga mempunyai kesan pengurangan berat dan pengedap. tekanan baki kimpalan Ia telah menyediakan dawai kimpalan adaptif aloi skandium aluminium, dan pekali kekuatan sendi kimpalan kacau geseran untuk plat tebal dalam aloi boleh mencapai 0.92 Akademi Teknologi Angkasa China, Central South University, dan lain-lain telah menjalankan ujian prestasi mekanikal yang meluas dan eksperimen proses pada bahan 5B70, dinaik taraf dan mengulangi pemilihan bahan aluminium kepada 5A06, dan menggunakan struktur aloi 5A06. struktur utama panel dinding bertetulang keseluruhan kabin tertutup stesen angkasa dan kabin kembali Panel dinding keseluruhan kabin bertekanan struktur plat direka bentuk dengan gabungan kulit dan tulang rusuk tetulang, mencapai integrasi struktur yang lebih tinggi dan pengoptimuman berat sambil meningkatkan ketegaran dan kekuatan keseluruhan, ia mengurangkan bilangan komponen dan kerumitan penyambungan yang tinggi Kejuruteraan bahan 5B70, penggunaan bahan 5B70 secara beransur-ansur akan meningkat dan melebihi ambang bekalan minimum, yang akan membantu memastikan pengeluaran berterusan dan kualiti bahan mentah yang stabil, dan dengan ketara mengurangkan harga bahan mentah Seperti yang dinyatakan sebelum ini, walaupun banyak sifat aloi aluminium telah dipertingkatkan melalui pengaduan mikro skandium, harga tinggi dan kekurangan skandium aloi Al, aloi aluminium seperti skandium Al ZnMg, bahan aloi aluminium yang mengandungi skandium mempunyai sifat mekanikal komprehensif yang baik, rintangan kakisan, dan ciri pemprosesan yang sangat baik, yang menjadikannya mempunyai prospek aplikasi yang luas dalam pembuatan komponen struktur utama dalam bidang perindustrian seperti aeroangkasa Dengan pendalaman berterusan terhadap teknologi pengaduan skandium dan penambahbaikan rantaian bekalan dan padanan rantaian industri, harga dan faktor kos yang menyekat penggunaan aloi aluminium yang baik secara mekanikal sifat, rintangan kakisan, dan ciri pemprosesan cemerlang aloi skandium aluminium menjadikannya mempunyai kelebihan pengurangan berat struktur yang jelas dan potensi aplikasi yang luas dalam bidang pembuatan peralatan penerbangan.
Masa siaran: 29-Okt-2024