Som en lett legering som er avgjørende for luftfartstransportutstyr, er de makroskopiske mekaniske egenskapene til aluminiumslegering nært knyttet til mikrostrukturen. Ved å endre de viktigste legeringselementene i aluminiumslegeringsstrukturen, kan mikrostrukturen til aluminiumslegeringen endres, og de makroskopiske mekaniske egenskapene og andre egenskaper (for eksempel korrosjonsmotstand og sveiseytelse) av materialet kan forbedres betydelig. Til nå har mikroalloying blitt den mest lovende teknologiske utviklingsstrategien for å optimalisere mikrostrukturen av aluminiumslegeringer og forbedre de omfattende egenskapene til aluminiumlegeringsmaterialer.Scandium(SC) er det mest effektive mikroalloyingelementforsterkeren kjent for aluminiumslegeringer. Løseligheten av skandium i aluminiumsmatrise er mindre enn 0,35 vekt%, og tilsetter spormengder av skandiumelement til aluminiumslegeringer kan effektivt forbedre mikrostrukturen deres, styrke deres styrke, hardhet, plastitet, termisk stabilitet og korrosjonsmotstand. Scandium har flere fysiske effekter i aluminiumslegeringer, inkludert styrking av fast løsning, styrking av partikkel og hemming av rekrystallisering. Denne artikkelen vil introdusere den historiske utviklingen, siste fremgangen og potensielle anvendelsene av skandium som inneholder aluminiumslegeringer innen luftfartsutstyrsindustrien.
Forskning og utvikling av aluminiumsskandiumlegering
Tilsetning av skandium som et legeringselement til aluminiumslegeringer kan spores tilbake til 1960 -tallet. På den tiden ble det meste av arbeidet utført i Binary Al SC og Ternary Almg SC -legeringssystemer. På 1970 -tallet utførte Baykov Institute of Metallurgy and Materials Science of the Soviet Academy of Sciences og All Russian Institute of Light Alloy Research en systematisk studie om skandiumsform og mekanisme i aluminiumslegeringer. Etter nesten førti års innsats er det utviklet 14 karakterer med aluminiumskandiumlegeringer i tre hovedserier (Al Mg SC, Al Li SC, Al Zn Mg SC). Løseligheten av skandiumatomer i aluminium er lav, og ved å bruke passende varmebehandlingsprosesser, kan AL3SC nano-nano med høy tetthet bli utfelt. Denne nedbørfasen er nesten sfærisk, med små partikler og spredt fordeling, og har et godt sammenhengende forhold til aluminiumsmatrisen, som i stor grad kan forbedre romtemperaturstyrken til aluminiumslegeringer. I tillegg har AL3SC nano -utfellinger god termisk stabilitet og grovmotstand ved høye temperaturer (innen 400 ℃), noe som er ekstremt gunstig for den sterke varmemotstanden til legeringen. I russisk laget aluminiumsskandiumlegeringer, har 1570 -legeringen vekket mye oppmerksomhet på grunn av sin høyeste styrke og bredeste anvendelse. Denne legeringen viser utmerket ytelse i arbeidstemperaturområdet -196 ℃ til 70 ℃ og har naturlig superplastisitet, som kan erstatte den russiske Made LF6 aluminiumlegering (et aluminiumsmagnesiumlegering hovedsakelig sammensatt av aluminium, magnesium, kobber, mangan og silikon) for å belaste sveising i strukturert strukturer i strukt i strukt i strukt i væske i væske. I tillegg har Russland også utviklet aluminiumsinkmagnesiumskandiumlegeringer, representert innen 1970, med en materiell styrke på over 500MPa.
Industrialiseringsstatusen tilAluminiumsskandiumlegering
I 2015 ga EU ut det "europeiske metallurgiske veikartet: utsikter for produsenter og sluttbrukere", og foreslo å studere sveisbarheten til aluminiumMagnesiumskandiumlegeringer. I september 2020 ga EU ut en liste med 29 viktige mineralressurser, inkludert Scandium. 5024H116 aluminium magnesiumskandiumlegering utviklet av ale aluminium i Tyskland har middels til høy styrke og høy skadetoleranse, noe som gjør det til et veldig lovende materiale for flykroppshud. Den kan brukes til å erstatte tradisjonelle aluminiumslegeringer med 2xxx-serien og har blitt inkludert i Airbus 'AIMS03-01-055 Material Procurement Book. 5028 er en forbedret karakter på 5024, egnet for lasersveising og friksjonsrør sveising. Det kan oppnå krypformingsprosessen med hyperbolske integrerte veggpaneler, som er korrosjonsbestandig og ikke krever aluminiumbelegg. Sammenlignet med 2524 -legering, kan den totale veggpanelstrukturen til flykroppen oppnå en reduksjon på 5% strukturell vekt. AA5024-H116 Aluminium Scandium Alloy-arket produsert av AILI Aluminium Company har blitt brukt til å produsere flykropp og romfartøystrukturkomponenter. Den typiske tykkelsen på AA5024-H116-legeringsarket er 1,6 mm til 8,0 mm, og på grunn av dens lave tetthet, moderate mekaniske egenskaper, høy korrosjonsmotstand og streng dimensjonsavvik, kan den erstatte 2524 legering som flykroppen. For øyeblikket er AA5024-H116-legeringsarket blitt sertifisert av Airbus AIMS03-04-055. I desember 2018 ga Ministry of Industry and Information Technology of China ut “Guiding Catalog for the First Batch of Secondary Application Demonstrations of Key New Materials (2018 Edition)”, som inkluderte “High-Purven Scandium Oxide” i utviklingskatalogen til den nye materialindustrien. I 2019 ga Ministry of Industry and Information Technology of China ut “Guiding Catalog for the First Batch of Demonstration Applications of Key New Materials (2019 Edition)”, som inkluderte “SC som inneholder aluminiumslegering av prosesseringsmaterialer og Al Si SC -sveisekabler” i utviklingskatalogen til den nye materialindustrien. Kina aluminiumgruppe Northeast Light Alloy har utviklet en Al Mg SC ZR -serie 5B70 -legering som inneholder skandium og zirkonium. Sammenlignet med den tradisjonelle AL MG -serien 5083 -legeringen uten skandium og zirkonium, har dens utbytte og strekkfasthet økt med mer enn 30%. Dessuten kan AL Mg SC ZR -legeringen opprettholde sammenlignbar korrosjonsmotstand mot 5083 -legeringen. For tiden er de viktigste innenlandske virksomhetene med industriell karakterAluminiumsskandiumlegeringProduksjonskapasiteten er Northeast Light Alloy Company og Southwest Aluminium Industry. Det storstore 5B70 aluminiumsskandiumlegeringsarket utviklet av Northeast Light Alloy Co., Ltd. kan levere store aluminiumslegerings tykke plater med en maksimal tykkelse på 70 mm og en maksimal bredde på 3500 mm; Tynne arkprodukter og profilprodukter kan tilpasses for produksjon, med et tykkelsesområde på 2mm til 6mm og en maksimal bredde på 1500mm. Sørvest -aluminium har uavhengig utviklet 5K40 -materiale og gjort betydelige fremskritt i utviklingen av tynne plater. Al Zn Mg -legering er en tidsherdende legering med høy styrke, god prosesseringsytelse og utmerket sveiseytelse. Det er et uunnværlig og viktig strukturelt materiale i nåværende transportbiler som fly. På grunnlag av sveisbar Alzn Mg med middels styrke, kan tilsetning av skandium- og zirkoniumlegeringselementer danne små og spredte AL3 (SC, ZR) nanopartikler i mikrostrukturen, noe som forbedrer legeringens mekaniske egenskaper og stresskorrosjonsmotstand betydelig. Langley Research Center of NASA har utviklet en ternær aluminiumsskandiumlegering med grad C557, som er klar til å brukes i modelloppdrag. Den statiske styrken, sprekkforplantningen og bruddets seighet for denne legeringen ved lav temperatur (-200 ℃), romtemperatur og høy temperatur (107 ℃) er alle lik eller bedre enn de på 2524 legering. Northwestern University i USA har utviklet Alzn MG SC-legering 7000-serien ultrahøyt styrke aluminiumslegering, med en strekkfasthet på opptil 680MPa. Et mønster av leddutvikling mellom middels høy styrke aluminiumsskandiumlegering og ultrahøy styrke Al Zn Mg SC er blitt dannet. Al Zn Mg Cu SC-legering er en aluminiumslegering med høy styrke med en strekkfasthet som overstiger 800 MPa. For tiden er den nominelle sammensetningen og grunnleggende ytelsesparametrene til hovedkarakterene tilAluminiumsskandiumlegeringer oppsummert som følger, som vist i tabell 1 og 2.
Tabell 1 | Nominell sammensetning av aluminiumsskandiumlegering
Tabell 2 | Mikrostruktur og strekkegenskaper ved aluminiumsskandiumlegering
Søknadsutsikter for aluminiumsskandiumlegering
Høy styrke Al Zn Mg Cu SC og Al Culi SC-legeringer er blitt brukt på bærende konstruksjonskomponenter, inkludert den russiske MiG-21 og MiG-29 jagerfly. Dashbordet til det russiske romfartøyet “MARS-1 ″ er laget av 1570 aluminiumsskandiumlegering, med en total vektreduksjon på 20%. De bærende komponentene i instrumentmodulen til Mars-96-romfartøyet er laget av 1970 aluminiumslegering som inneholder skandium, noe som reduserer vekten på instrumentmodulen med 10%. I "Clean Sky" -programmet og EUs "2050 Flight Route" -prosjekt, gjennomførte Airbus integrert lastdørdesign, forskning og utvikling, produksjon og installasjonstestfly for A321-fly basert på etterfølgerklassen AA5028-H116 aluminiumsskandiumlegering på 5024 aluminumskandium alloy. Aluminiumsskandiumlegeringer representert av AA5028 demonstrerte utmerket prosessering og sveiseytelse. Bruke avanserte sveiseteknikker som friksjonsrøring og lasersveising for å oppnå pålitelig tilkobling av skandium som inneholder aluminiumlegeringsmaterialer. Den gradvise implementeringen av "sveising i stedet for å nagle" i flyforsterkede tynne platestrukturer opprettholder ikke bare konsistensen av flymaterialer og strukturell integritet, og oppnår effektiv og rimelig produksjon, men har også vektreduksjon og tetningseffekter. Bruksforskningen av aluminiumsskandium 5B70 -legering av China Aerospace Special Materials Research Institute har brutt gjennom teknologiene for sterk spinning av variabel veggtykkelsekomponenter, kontroll av korrosjonsmotstand og styrke til matching, og kontroll av sveising av restspenning. Den har fremstilt aluminiumsskandiumlegerings adaptiv sveisetråd, og skjøtestyrkets friksjonskoeffisient omrøring for tykke plater i legeringen kan nå 0,92. China Academy of Space Technology, Central South University og andre har utført omfattende mekaniske ytelsestesting og prosesseksperimenter på 5B70 -materialet, oppgradert og iterert det strukturelle materialvalgskjemaet for 5A06, og har begynt å bruke 5B70 aluminiumslegering og returstruktur. Det generelle veggpanelet i platestrukturen som er trykksatt på trykk, er designet med en kombinasjon av hud- og forsterkningsribber, og oppnår høyere strukturell integrasjon og vektoptimalisering. Mens du forbedrer generell stivhet og styrke, reduserer det antallet og kompleksiteten ved å koble til komponenter, og reduserer dermed vekten ytterligere mens du opprettholder høy ytelse. Med markedsføring av anvendelse av 5B70 materialteknikk, vil bruken av 5B70 -materiale gradvis øke og overstige minimumsforsyningsterskelen, noe som vil bidra til å sikre kontinuerlig produksjon og stabil kvalitet på råvarer, og redusere råstoffprisene betydelig. Som nevnt tidligere, selv om mange egenskaper ved aluminiumslegeringer har blitt forbedret gjennom skandiummikroalloying, begrenser den høye prisen og knappheten på skandium påføringsområdet for aluminiumsskandiumlegeringer. Sammenlignet med aluminiumslegeringsmaterialer som Al Cu, Al Zn, Al ZnMg, har skandium som inneholder aluminiumlegeringsmaterialer gode omfattende mekaniske egenskaper, korrosjonsmotstand og utmerkede prosesseringsegenskaper, som får dem til å ha brede applikasjonsutsikter i produksjonen av hovedstrukturelle komponenter på industrielle felt som et seriomsted. Med kontinuerlig utdyping av forskning på skandiummikroegeringsteknologi og forbedring av forsyningskjeden og industriell kjede-matching, vil pris- og kostnadsfaktorene som begrenser den store industrielle anvendelsen av skandiumaluminiumslegeringer gradvis forbedre seg. De gode omfattende mekaniske egenskapene, korrosjonsmotstanden og utmerkede prosesseringsegenskaper ved aluminiumsskandiumlegeringer gjør at de har klare fordeler med strukturell vektreduksjon og bredt anvendelsespotensial innen produksjon av luftfartsutstyr.
Post Time: Oct-29-2024