As in lichte legearing dy't krúsjaal is foar loftfeartferfierapparatuer, binne de makroskopyske meganyske eigenskippen fan aluminiumlegering nau besibbe oan syn mikrostruktuer. Troch de wichtichste legearingseleminten yn 'e struktuer fan' e aluminiumlegering te feroarjen, kin de mikrostruktuer fan 'e aluminiumlegering feroare wurde, en kinne de makroskopyske meganyske eigenskippen en oare eigenskippen (lykas korrosjebestriding en lasprestaasjes) fan it materiaal signifikant ferbettere wurde. Oant no ta is mikrolegering de meast belofte technologyske ûntwikkelingsstrategy wurden foar it optimalisearjen fan 'e mikrostruktuer fan aluminiumlegeringen en it ferbetterjen fan' e wiidweidige eigenskippen fan aluminiumlegeringsmaterialen.Skandium(Sc) is de meast effektive mikrolegearingselemintferbetterer dy't bekend is foar aluminiumlegeringen. De oplosberens fan scandium yn aluminiummatrix is minder as 0,35 gewichtsprosent. It tafoegjen fan spoaren fan scandiumelemint oan aluminiumlegeringen kin har mikrostruktuer effektyf ferbetterje, har sterkte, hurdens, plastisiteit, termyske stabiliteit en korrosjebestriding wiidweidich ferbetterje. Scandium hat meardere fysike effekten yn aluminiumlegeringen, ynklusyf fersterking fan fêste oplossingen, dieltsjefersterking en ynhibysje fan rekristallisaasje. Dit artikel sil de histoaryske ûntwikkeling, lêste foarútgong en potinsjele tapassingen fan scandium-hâldende aluminiumlegeringen yntrodusearje op it mêd fan 'e produksje fan loftfeartapparatuer.
Undersyk en ûntwikkeling fan aluminium scandiumlegering
De tafoeging fan scandium as in legearingselemint oan aluminiumlegeringen kin weromfierd wurde nei de jierren 1960. Yn dy tiid waard it measte wurk útfierd yn binêre AlSc- en ternaire AlMgSc-legeringsystemen. Yn 'e jierren 1970 fierden it Baykov Ynstitút foar Metallurgy en Materiaalkunde fan 'e Sovjet-Akademy fan Wittenskippen en it Al-Russyske Ynstitút foar Lichte Legeringenûndersyk in systematyske stúdzje út nei de foarm en it meganisme fan scandium yn aluminiumlegeringen. Nei hast fjirtich jier ynspanning binne 14 kwaliteiten fan aluminium scandiumlegeringen ûntwikkele yn trije grutte searjes (AlMgSc, AlLiSc, AlZnMgSc). De oplosberens fan scandiumatomen yn aluminium is leech, en troch it brûken fan passende waarmtebehannelingsprosessen kinne hege-tichtens Al3Sc-nano-presipitaten wurde delset. Dizze delslachfaze is hast sferysk, mei lytse dieltsjes en fersprate ferdieling, en hat in goede koherinte relaasje mei de aluminiummatrix, wat de keamertemperatuersterkte fan aluminiumlegeringen sterk kin ferbetterje. Derneist hawwe Al3Sc-nano-presipitaten in goede termyske stabiliteit en fergruttingsresistinsje by hege temperatueren (binnen 400 ℃), wat ekstreem foardielich is foar de sterke waarmtebestriding fan 'e legearing. Yn Russysk makke aluminium-scandiumlegeringen hat de 1570-legering in soad oandacht lutsen fanwegen syn heechste sterkte en breedste tapassing. Dizze legearing toant poerbêste prestaasjes yn it wurktemperatuerberik fan -196 ℃ oant 70 ℃ en hat natuerlike superplastisiteit, dy't de Russysk makke LF6-aluminiumlegering (in aluminium-magnesiumlegering dy't benammen bestiet út aluminium, magnesium, koper, mangaan en silisium) kin ferfange foar draachbere lasstrukturen yn floeibere soerstof, mei signifikant ferbettere prestaasjes. Derneist hat Ruslân ek aluminium-sink-magnesium-scandiumlegeringen ûntwikkele, fertsjintwurdige troch 1970, mei in materiaalsterkte fan mear as 500 MPa.
De yndustrialisaasjestatus fanAluminium Scandium-legering
Yn 2015 publisearre de Jeropeeske Uny de "European Metallurgical Roadmap: Perspectives for Manufacturers and End Users", mei it foarstel om de lasberens fan aluminium te bestudearjen.magnesium scandium legeringenYn septimber 2020 hat de Jeropeeske Uny in list publisearre mei 29 wichtige minerale boarnen, ynklusyf scandium. De 5024H116 aluminiummagnesiumscandiumlegering ûntwikkele troch Ale Aluminum yn Dútslân hat in middelgrutte oant hege sterkte en hege skeatolerânsje, wêrtroch it in heul belofte materiaal is foar romphûd. It kin brûkt wurde om tradisjonele 2xxx-searje aluminiumlegeringen te ferfangen en is opnommen yn it AIMS03-01-055 materiaaloanbestegingsboek fan Airbus. 5028 is in ferbettere klasse fan 5024, geskikt foar laserlassen en wriuwingsroerlassen. It kin it krûpfoarmingsproses fan hyperbolyske yntegraal muorrepanielen berikke, dat korrosjebestindich is en gjin aluminiumcoating fereasket. Yn ferliking mei 2524-legering kin de totale muorrepanielstruktuer fan 'e romp in strukturele gewichtsreduksje fan 5% berikke. De AA5024-H116 aluminiumscandiumlegeringplaat produsearre troch Aili Aluminum Company is brûkt om strukturele komponinten fan fleantúchrompen en romtefarderskippen te produsearjen. De typyske dikte fan 'e AA5024-H116-legearingsplaat is 1,6 mm oant 8,0 mm, en fanwegen syn lege tichtheid, matige meganyske eigenskippen, hege korrosjebestriding en strange dimensjonele ôfwiking kin it 2524-legearings ferfange as it romphûdmateriaal. Op it stuit is de AA5024-H116-legearingsplaat sertifisearre troch Airbus AIMS03-04-055. Yn desimber 2018 hat it Ministearje fan Yndustry en Ynformaasjetechnology fan Sina de "Guiding Catalogue for the First Batch of Secondary Application Demonstrations of Key New Materials (2018 Edition)" útbrocht, dy't "high-purity scandium oxide" opnaam yn 'e ûntwikkelingskatalogus fan' e nije materiaalsektor. Yn 2019 hat it Ministearje fan Yndustry en Ynformaasjetechnology fan Sina de "Guiding Catalogue for the First Batch of Demonstration Applications of Key New Materials (2019 Edition)" útbrocht, dy't "Sc-befettende aluminiumlegearingsferwurkingsmaterialen en Al Si Sc-lasdraden" opnaam yn 'e ûntwikkelingskatalogus fan' e nije materiaalsektor. China Aluminum Group Northeast Light Alloy hat in Al Mg Sc Zr-searje 5B70-legearing ûntwikkele dy't scandium en sirkonium befettet. Yn ferliking mei de tradisjonele Al Mg-searje 5083-legearing sûnder scandium en sirkonium binne de opbringst en treksterkte mei mear as 30% tanommen. Boppedat kin de Al Mg Sc Zr-legearing in fergelykbere korrosjebestriding behâlde as de 5083-legearing. Op it stuit binne de wichtichste ynlânske bedriuwen mei yndustriële kwaliteit...aluminium scandium legearingproduksjekapasiteit binne Northeast Light Alloy Company en Southwest Aluminum Industry. De grutte 5B70 aluminium scandium legearing plaat ûntwikkele troch Northeast Light Alloy Co., Ltd. kin grutte dikke platen fan aluminium legearing leverje mei in maksimale dikte fan 70 mm en in maksimale breedte fan 3500 mm; Tinne plaatprodukten en profylprodukten kinne oanpast wurde foar produksje, mei in dikteberik fan 2 mm oant 6 mm en in maksimale breedte fan 1500 mm. Southwest Aluminum hat ûnôfhinklik 5K40 materiaal ûntwikkele en wichtige foarútgong makke yn 'e ûntwikkeling fan tinne platen. Al Zn Mg legearing is in tiidferhurdingslegering mei hege sterkte, goede ferwurkingsprestaasjes en poerbêste lasprestaasjes. It is in ûnmisber en wichtich struktureel materiaal yn hjoeddeistige ferfiermiddels lykas fleantugen. Op basis fan middelsterkte lasbere AlZn Mg kin it tafoegjen fan scandium- en sirkoniumlegeringseleminten lytse en fersprate Al3 (Sc, Zr) nanopartikels foarmje yn 'e mikrostruktuer, wêrtroch't de meganyske eigenskippen en spanningskorrosjebestriding fan 'e legearing signifikant ferbettere wurde. It Langley Research Center fan NASA hat in ternaire aluminium scandiumlegering ûntwikkele mei de klasse C557, dy't klear is om tapast te wurden yn modelmissys. De statyske sterkte, barstfersprieding en brektaaiens fan dizze legearing by lege temperatuer (-200 ℃), keamertemperatuer en hege temperatuer (107 ℃) binne allegear gelyk oan of better as dy fan 2524-legering. Northwestern University yn 'e Feriene Steaten hat de AlZn Mg Sc-legering 7000-searje ultra-hege sterkte aluminiumlegering ûntwikkele, mei in treksterkte oant 680 MPa. In patroan fan mienskiplike ûntwikkeling tusken middelhege sterkte aluminium scandiumlegering en ultra-hege sterkte Al Zn Mg Sc is foarme. Al Zn Mg Cu Sc-legering is in hege sterkte aluminiumlegering mei in treksterkte fan mear as 800 MPa. Op it stuit binne de nominale gearstalling en basisprestaasjeparameters fan 'e wichtichste klassen fanaluminium scandium legearingbinne as folget gearfette, lykas werjûn yn tabellen 1 en 2.
Tabel 1 | Nominale gearstalling fan aluminium scandiumlegering
Tabel 2 | Mikrostruktuer en treksterkte-eigenskippen fan aluminium scandiumlegering
Tapassingsperspektiven fan aluminium scandiumlegering
Hege sterkte Al Zn Mg Cu Sc en Al CuLi Sc legeringen binne tapast op draachbere strukturele komponinten, ynklusyf de Russyske MiG-21 en MiG-29 jachtfleantugen. It dashboard fan it Russyske romteskip "Mars-1" is makke fan 1570 aluminium scandiumlegering, mei in totale gewichtsreduksje fan 20%. De draachbere komponinten fan 'e ynstrumintmodule fan it Mars-96 romteskip binne makke fan 1970 aluminiumlegering mei scandium, wêrtroch it gewicht fan 'e ynstrumintmodule mei 10% fermindere wurdt. Yn it "Clean Sky"-programma en it "2050 Flight Route"-projekt fan 'e EU hat Airbus yntegreare testflechten útfierd foar it ûntwerpen, ûndersyk en ûntwikkeling fan frachtromdoarren, produksje en ynstallaasje foar A321-fleantugen basearre op 'e opfolgerklasse AA5028-H116 aluminium scandiumlegering fan 5024 aluminium scandiumlegering. Aluminium scandiumlegeringen fertsjintwurdige troch AA5028 demonstrearren poerbêste ferwurkings- en lasprestaasjes. Mei help fan avansearre lastechniken lykas friksje-roerlassen en laserlassen om betroubere ferbining fan scandium-hâldende aluminiumlegeringsmaterialen te berikken. De stadige ymplemintaasje fan "lassen ynstee fan klinken" yn fleantúchfersterke tinne plaatstrukturen hâldt net allinich de konsistinsje fan fleantúchmaterialen en strukturele yntegriteit yn stân, wêrtroch effisjinte en goedkeape produksje berikt wurdt, mar hat ek gewichtsreduksje- en sealingeffekten. It tapassingsûndersyk fan aluminium scandium 5B70-legering troch it China Aerospace Special Materials Research Institute hat de technologyen fan sterk spinnen fan komponinten mei fariabele wanddikte, kontrôle fan korrosjebestriding en sterkte-oanpassing, en kontrôle fan lasrestspanning trochbrutsen. It hat adaptive lasdraad fan aluminium scandium-legering taret, en de koëffisjint fan wriuwingroerlassen foar dikke platen yn 'e legearing kin 0,92 berikke. China Academy of Space Technology, Central South University, en oaren hawwe wiidweidige meganyske prestaasjetests en proseseksperiminten útfierd op it 5B70-materiaal, it seleksjeskema foar strukturele materialen foar 5A06 opwurdearre en iterearre, en binne begûn mei it tapassen fan 'e 5B70-aluminiumlegering op' e haadstruktuer fan 'e algemiene fersterke muorrepanielen fan' e fersegele kabine en weromkabine fan it romtestasjon. It algemiene muorrepaniel fan 'e drukkabine fan' e plaatstruktuer is ûntworpen mei in kombinaasje fan hûd- en fersterkingsribben, wêrtroch't hegere strukturele yntegraasje en gewichtsoptimalisaasje berikt wurdt. Wylst de algemiene styfheid en sterkte ferbettere wurde, ferminderet it it oantal en de kompleksiteit fan ferbinende komponinten, wêrtroch it gewicht fierder ferminderet, wylst hege prestaasjes behâlden wurde. Mei de promoasje fan 'e tapassing fan 5B70-materiaaltechnyk sil it gebrûk fan 5B70-materiaal ... stadichoan ferheegje en de minimale oanfierdrompel oerskriuwe, wat sil helpe om de trochgeande produksje en stabile kwaliteit fan grûnstoffen te garandearjen, en de grûnstofprizen signifikant te ferminderjen. Lykas earder neamd, hoewol in protte eigenskippen fan aluminiumlegeringen binne ferbettere troch scandium-mikrolegering, beheine de hege priis en krapte fan scandium it tapassingsberik fan aluminium scandiumlegeringen. Yn ferliking mei aluminiumlegeringsmaterialen lykas Al Cu, Al Zn, Al ZnMg, hawwe scandium-befette aluminiumlegeringsmaterialen goede wiidweidige meganyske eigenskippen, korrosjebestriding en poerbêste ferwurkingseigenskippen, wêrtroch't se brede tapassingsperspektiven hawwe yn 'e fabrikaazje fan wichtichste strukturele komponinten yn yndustriële fjilden lykas loftfeart. Mei de trochgeande ferdjipping fan ûndersyk nei scandium-mikrolegeringstechnology en de ferbettering fan supply chain en yndustriële ketenmatching, sille de priis- en kostenfaktoaren dy't de grutskalige yndustriële tapassing fan scandium-aluminiumlegeringen beheine stadichoan ferbetterje. De goede wiidweidige meganyske eigenskippen, korrosjebestriding en poerbêste ferwurkingseigenskippen fan aluminium scandiumlegeringen meitsje se dúdlike strukturele gewichtsreduksjefoardielen en breed tapassingspotinsjeel op it mêd fan loftfeartapparatuerproduksje.
Pleatsingstiid: 29 oktober 2024