Kiel malpeza alojo esenca por aviada transporta ekipaĵo, la makroskopaj mekanikaj ecoj de aluminia alojo estas proksime rilataj al ĝia mikrostrukturo. Ŝanĝante la ĉefajn alojajn elementojn en la strukturo de la aluminia alojo, oni povas ŝanĝi la mikrostrukturon de la aluminia alojo, kaj la makroskopaj mekanikaj ecoj kaj aliaj ecoj (kiel korodrezisto kaj velda efikeco) de la materialo povas esti signife plibonigitaj. Ĝis nun, mikroalojado fariĝis la plej esperiga teknologia disvolva strategio por optimumigi la mikrostrukturon de aluminiaj alojoj kaj plibonigi la ampleksajn ecojn de aluminiaj alojmaterialoj.Skandio(Sc) estas la plej efika mikroalojiga elemento-plibonigilo konata por aluminiaj alojoj. La solvebleco de skandio en aluminia matrico estas malpli ol 0.35 pez.%. Aldonante spurojn de skandia elemento al aluminiaj alojoj, oni povas efike plibonigi ilian mikrostrukturon, amplekse plifortigi ilian forton, malmolecon, plastikecon, termikan stabilecon kaj korodreziston. Skandio havas multajn fizikajn efikojn en aluminiaj alojoj, inkluzive de fortigo per solida solvaĵo, fortigo de partikloj kaj inhibicio de rekristaliĝo. Ĉi tiu artikolo prezentos la historian disvolviĝon, plej novajn progresojn kaj eblajn aplikojn de skandio-entenantaj aluminiaj alojoj en la kampo de fabrikado de aviada ekipaĵo.
Esplorado kaj Disvolviĝo de Aluminia Skandia Alojo
La aldono de skandio kiel aloja elemento al aluminiaj alojoj povas esti spurita reen al la 1960-aj jaroj. Tiutempe, plejparto de la laboro estis farita en binaraj Al-Sc kaj ternaraj AlMg-Sc alojsistemoj. En la 1970-aj jaroj, la Bajkov-Instituto pri Metalurgio kaj Materialscienco de la Sovetia Akademio de Sciencoj kaj la Tutrusia Instituto pri Esploro de Malpezaj Alojoj faris sisteman studon pri la formo kaj mekanismo de skandio en aluminiaj alojoj. Post preskaŭ kvardek jaroj da penado, 14 gradoj de aluminiaj skandialojoj estis evoluigitaj en tri ĉefaj serioj (Al-Mg-Sc, Al-Li-Sc, Al-Zn-Mg-Sc). La solvebleco de skandiatomoj en aluminio estas malalta, kaj per uzado de taŭgaj varmotraktadaj procezoj, altdensecaj Al3Sc-nanoprecipitaĵoj povas esti precipitigitaj. Ĉi tiu precipitaĵa fazo estas preskaŭ sfera, kun malgrandaj partikloj kaj disigita distribuo, kaj havas bonan koheran rilaton kun la aluminia matrico, kio povas multe plibonigi la ĉambratemperaturan forton de aluminiaj alojoj. Krome, Al3Sc-nanoprecipitaĵoj havas bonan termikan stabilecon kaj krudiĝreziston je altaj temperaturoj (ene de 400 ℃), kio estas ekstreme utila por la forta varmorezisto de la alojo. Inter ruse fabrikataj aluminiaj-skandiaj alojoj, la alojo 1570 altiris multan atenton pro sia plej alta forto kaj plej vasta apliko. Ĉi tiu alojo montras bonegan rendimenton en la funkciaj temperaturintervalo de -196 ℃ ĝis 70 ℃ kaj havas naturan superplastikecon, kiu povas anstataŭigi la ruse fabrikatan LF6-aluminian alojon (aluminia-magnezia alojo ĉefe konsistanta el aluminio, magnezio, kupro, mangano kaj silicio) por ŝarĝoportantaj veldaj strukturoj en likva oksigena medio, kun signife plibonigita rendimento. Krome, Rusio ankaŭ evoluigis aluminiajn zinkajn magneziajn skandiajn alojojn, reprezentitajn de 1970, kun materiala forto de pli ol 500 MPa.
La Industriiga Stato deAluminia Skandia Alojo
En 2015, la Eŭropa Unio publikigis la "Eŭropan Metalurgian Vojmapon: Perspektivoj por Fabrikistoj kaj Finuzantoj", proponante studi la veldeblon de aluminio.magnezio-skandiaj alojojEn septembro 2020, la Eŭropa Unio publikigis liston de 29 ŝlosilaj mineralaj rimedoj, inkluzive de skandio. La aluminia magnezia skandia alojo 5024H116, evoluigita de Ale Aluminum en Germanio, havas mezan ĝis altan forton kaj altan damaĝeltenemon, igante ĝin tre promesplena materialo por fuzelaĝa haŭto. Ĝi povas esti uzata por anstataŭigi tradiciajn 2xxx-seriajn aluminiajn alojojn kaj estis inkludita en la materiala aĉetlibro AIMS03-01-055 de Airbus. 5028 estas plibonigita grado de 5024, taŭga por lasera veldado kaj frikcia kirlada veldado. Ĝi povas atingi la rampan formadprocezon de hiperbolaj integraj murpaneloj, kiu estas korodorezista kaj ne postulas aluminian tegaĵon. Kompare kun la alojo 2524, la ĝenerala murpanela strukturo de la fuzelaĝo povas atingi 5% strukturan pezredukton. La aluminia skandia alojfolio AA5024-H116 produktita de Aili Aluminum Company estis uzata por fabriki aviadilajn fuzelaĝojn kaj kosmoŝipajn strukturajn komponantojn. La tipa dikeco de la aloja plato AA5024-H116 estas 1,6 mm ĝis 8,0 mm, kaj pro ĝia malalta denseco, moderaj mekanikaj ecoj, alta korodrezisto kaj strikta dimensia devio, ĝi povas anstataŭigi la alojon 2524 kiel la fuzelaĝan ŝelmaterialon. Nuntempe, la aloja plato AA5024-H116 estas atestita de Airbus AIMS03-04-055. En decembro 2018, la Ministerio pri Industrio kaj Informa Teknologio de Ĉinio publikigis la "Gvidan Katalogon por la Unua Aro de Sekundaraj Aplikaj Demonstraĵoj de Ŝlosilaj Novaj Materialoj (Eldono de 2018)", kiu inkluzivis "altpurecan skandian oksidon" en la evoluiga katalogo de la novmateriala industrio. En 2019, la Ministerio pri Industrio kaj Informa Teknologio de Ĉinio publikigis la "Gvidan Katalogon por la Unua Aro de Demonstraj Aplikoj de Ŝlosilaj Novaj Materialoj (Eldono de 2019)", kiu inkluzivis "Sc-entenantajn aluminiajn alojajn prilaborajn materialojn kaj Al-Si-Sc-veldajn dratojn" en la evoluiga katalogo de la novmateriala industrio. La kompanio China Aluminum Group Northeast Light Alloy disvolvis alojon AlMgScZr serio 5B70 enhavanta skandion kaj zirkonion. Kompare kun la tradicia alojo AlMg serio 5083 sen skandio kaj zirkonio, ĝia streĉo kaj streĉo-rezisto pliiĝis je pli ol 30%. Krome, la alojo AlMgScZr povas konservi kompareblan korodreziston al la alojo 5083. Nuntempe, la ĉefaj hejmaj entreprenoj kun industriaj...aluminio-skandia alojoLa produktadkapacito estas Northeast Light Alloy Company kaj Southwest Aluminum Industry. La grand-granda 5B70 aluminia skandia alojfolio evoluigita de Northeast Light Alloy Co., Ltd. povas liveri grandajn dikajn platojn el aluminio kun maksimuma dikeco de 70mm kaj maksimuma larĝo de 3500mm; Maldikaj foliaj produktoj kaj profilaj produktoj povas esti adaptitaj por produktado, kun dikeco de 2mm ĝis 6mm kaj maksimuma larĝo de 1500mm. Southwest Aluminum sendepende evoluigis 5K40-materialon kaj faris signifan progreson en la evoluigo de maldikaj platoj. AlZnMg-alojo estas tempo-malmoliĝanta alojo kun alta forto, bona prilabora efikeco kaj bonega velda efikeco. Ĝi estas nemalhavebla kaj grava struktura materialo en nunaj transportveturiloj kiel aviadiloj. Surbaze de mezfortaj veldeblaj AlZnMg, aldonante skandiajn kaj zirkoniajn alojelementojn, oni povas formi malgrandajn kaj disigitajn Al3 (Sc, Zr) nanopartiklojn en la mikrostrukturo, signife plibonigante la mekanikajn ecojn kaj streskorodan reziston de la alojo. La Langley Esplorcentro de NASA evoluigis ternaran aluminian skandian alojon kun la grado C557, kiu estas preta por apliko en modelmisioj. La statika forto, fendetodisvastiĝo kaj frakturrezisto de ĉi tiu alojo je malalta temperaturo (-200 ℃), ĉambra temperaturo kaj alta temperaturo (107 ℃) estas ĉiuj egalaj aŭ pli bonaj ol tiuj de la alojo 2524. Northwestern University en Usono evoluigis la AlZnMgSc-alojon 7000-serian ultra-alt-fortan aluminian alojon, kun streĉrezisto ĝis 680 MPa. Formiĝis ŝablono de kuna disvolviĝo inter mez-alt-forta aluminia skandia alojo kaj ultra-alt-forta AlZnMgSc. La alojo AlZnMgCuSc estas alt-forta aluminia alojo kun streĉrezisto superanta 800 MPa. Nuntempe, la nominala konsisto kaj bazaj funkciaj parametroj de la ĉefaj gradoj de...aluminio-skandia alojoestas resumitaj jene, kiel montrite en Tabeloj 1 kaj 2.
Tabelo 1 | Nominala Konsisto de Aluminio-Skandio-Alojo
Tabelo 2 | Mikrostrukturo kaj Tirrezistaj Ecoj de Aluminio-Skandia Alojo
Aplikaj perspektivoj de aluminio-skandia alojo
Alt-fortaj alojoj Al Zn Mg Cu Sc kaj Al CuLi Sc estis aplikitaj al portantaj strukturaj komponentoj, inkluzive de la rusaj ĉasaviadiloj MiG-21 kaj MiG-29. La instrumentpanelo de la rusa kosmoŝipo "Mars-1" estas farita el skandia aluminio 1570, kun totala pezoredukto de 20%. La ŝarĝoportantaj komponantoj de la instrumentmodulo de la kosmoŝipo Mars-96 estas faritaj el skandia aluminio 1970, reduktante la pezon de la instrumentmodulo je 10%. En la programo "Pura Ĉielo" kaj la projekto "Flugvojo 2050" de EU, Airbus faris integrajn testflugojn pri la dezajno, esplorado kaj disvolvado, fabrikado kaj instalado de kargopordoj por aviadiloj A321 bazitaj sur la posteula skandia aluminio 5024 de grado AA5028-H116. La skandiaj aluminio-alojoj reprezentitaj de AA5028 montris bonegan prilaboran kaj veldan rendimenton. Uzante progresintajn veldajn teknikojn kiel frikcia kirlada veldado kaj lasera veldado, oni atingis fidindan konekton de skandio-entenantaj aluminio-alojaj materialoj. La laŭgrada efektivigo de "veldado anstataŭ nitado" en aviadil-plifortikigitaj maldikaj plataj strukturoj ne nur konservas la konsistencon de aviadilmaterialoj kaj strukturan integrecon, atingante efikan kaj malaltkostan fabrikadon, sed ankaŭ havas pezreduktajn kaj sigelajn efikojn. La aplika esplorado pri aluminio-skandia alojo 5B70 fare de la Ĉina Aerospaca Speciala Materiala Esplorinstituto trarompis la teknologiojn de forta ŝpinado de variaj murdikecaj komponantoj, kontrolo de korodrezisto kaj forto-akordigo, kaj kontrolo de velda resta streĉo. Ĝi preparis adaptivan veldan draton el aluminio-skandia alojo, kaj la kuniga forto-koeficiento de frikcia kirlado por dikaj platoj en la alojo povas atingi 0.92. La Ĉina Akademio de Spaca Teknologio, la Centra Suda Universitato, kaj aliaj faris ampleksajn mekanikajn rendimentajn testojn kaj procezajn eksperimentojn pri la 5B70-materialo, ĝisdatigis kaj ripetis la strukturan materialan elektoskemon por 5A06, kaj komencis apliki la 5B70-aluminian alojon al la ĉefa strukturo de la ĝeneralaj plifortigitaj murpaneloj de la hermetika kabino kaj revenkabino de la kosmostacio. La ĝenerala murpanelo de la premkabino kun plata strukturo estas desegnita kun kombinaĵo de haŭto kaj plifortigaj ripoj, atingante pli altan strukturan integriĝon kaj pezoptimigon. Samtempe plibonigante la ĝeneralan rigidecon kaj forton, ĝi reduktas la nombron kaj kompleksecon de konektaj komponantoj, tiel plue reduktante pezon konservante altan rendimenton. Kun la antaŭenigo de la apliko de 5B70-materiala inĝenierado, la uzado de 5B70-materialo... iom post iom pligrandigi kaj superi la minimuman liverlimon, kio helpos certigi la kontinuan produktadon kaj stabilan kvaliton de krudmaterialoj, kaj signife redukti la prezojn de krudmaterialoj. Kiel menciite antaŭe, kvankam multaj ecoj de aluminiaj alojoj estis plibonigitaj per skandia mikroalojado, la alta prezo kaj malabundeco de skandio limigas la aplikan gamon de aluminiaj skandiaj alojoj. Kompare kun aluminiaj alojmaterialoj kiel AlCu, AlZn, AlZnMg, skandio-entenantaj aluminiaj alojmaterialoj havas bonajn ampleksajn mekanikajn ecojn, korodreziston kaj bonegajn prilaborajn karakterizaĵojn, kio donas al ili larĝajn aplikajn perspektivojn en la fabrikado de ĉefaj strukturaj komponantoj en industriaj kampoj kiel ekzemple aerspaca. Kun la kontinua profundigo de esplorado pri skandia mikroalojada teknologio kaj la plibonigo de la provizoĉena kaj industria ĉena kongruigo, la prezo- kaj kosto-faktoroj, kiuj limigas la grandskalan industrian aplikon de skandiaj aluminiaj alojoj, iom post iom pliboniĝos. La bonaj ampleksaj mekanikaj ecoj, korodrezisto kaj bonegaj prilaboraj karakterizaĵoj de aluminiaj skandiaj alojoj donas al ili klarajn avantaĝojn pri struktura pezredukto kaj larĝan aplikan potencialon en la kampo de aviada ekipaĵofabrikado.
Afiŝtempo: 29-a de oktobro 2024