Bilang isang light alloy na mahalaga para sa kagamitan sa transportasyon ng aviation, ang macroscopic mechanical properties ng aluminyo alloy ay malapit na nauugnay sa microstructure nito. Sa pamamagitan ng pagbabago ng pangunahing mga elemento ng alloying sa istraktura ng haluang metal na aluminyo, ang microstructure ng aluminyo haluang metal ay maaaring mabago, at ang macroscopic mechanical properties at iba pang mga pag -aari (tulad ng paglaban sa kaagnasan at pagganap ng hinang) ng materyal ay maaaring makabuluhang mapabuti. Hanggang ngayon, ang microalloying ay naging pinaka -promising na diskarte sa pag -unlad ng teknolohikal para sa pag -optimize ng microstructure ng mga haluang metal na aluminyo at pagpapabuti ng komprehensibong mga katangian ng mga materyales na haluang metal na aluminyo.Scandium(SC) ay ang pinaka -epektibong microalloying element enhancer na kilala para sa mga haluang metal na aluminyo. Ang solubility ng scandium sa aluminyo matrix ay mas mababa sa 0.35 wt.%, Ang pagdaragdag ng mga halaga ng bakas ng elemento ng scandium sa mga haluang metal na aluminyo ay maaaring epektibong mapabuti ang kanilang microstructure, komprehensibong mapahusay ang kanilang lakas, katigasan, plasticity, thermal stabil, at corrosion resistance. Ang Scandium ay may maraming mga pisikal na epekto sa mga haluang metal na aluminyo, kabilang ang solidong pagpapalakas ng solusyon, pagpapalakas ng butil, at pagsugpo sa recrystallization. Ang artikulong ito ay magpapakilala sa makasaysayang pag -unlad, pinakabagong pag -unlad, at mga potensyal na aplikasyon ng Scandium na naglalaman ng mga haluang metal na aluminyo sa larangan ng paggawa ng kagamitan sa aviation.
Pananaliksik at pag -unlad ng aluminyo scandium alloy
Ang pagdaragdag ng Scandium bilang isang elemento ng alloying sa mga haluang metal na aluminyo ay maaaring masubaybayan pabalik sa 1960. Sa oras na iyon, ang karamihan sa trabaho ay isinasagawa sa binary al sc at ternary ALMG SC alloy system. Noong 1970s, ang Baykov Institute of Metallurgy and Materials Science ng Soviet Academy of Sciences at ang All Russian Institute of Light Alloy Research ay nagsagawa ng isang sistematikong pag -aaral sa form at mekanismo ng Scandium sa aluminyo alloys. Matapos ang halos apatnapung taon ng pagsisikap, 14 na mga marka ng aluminyo scandium alloys ay binuo sa tatlong pangunahing serye (AL MG SC, AL LI SC, AL ZN MG SC). Ang solubility ng mga scandium atoms sa aluminyo ay mababa, at sa pamamagitan ng paggamit ng naaangkop na mga proseso ng paggamot sa init, ang mga high-density na AL3SC nano precipitates ay maaaring mapahamak. Ang yugto ng pag -ulan na ito ay halos spherical, na may maliit na mga partikulo at nagkalat na pamamahagi, at may isang mahusay na magkakaugnay na relasyon sa aluminyo matrix, na maaaring mapabuti ang lakas ng temperatura ng silid ng mga haluang metal na aluminyo. Bilang karagdagan, ang Al3SC nano precipitates ay may mahusay na katatagan ng thermal at coarsening resistance sa mataas na temperatura (sa loob ng 400 ℃), na kung saan ay lubos na kapaki -pakinabang para sa malakas na paglaban ng init ng haluang metal. Sa Russian na ginawa aluminyo scandium alloys, 1570 haluang metal ay nakakaakit ng maraming pansin dahil sa pinakamataas na lakas at pinakamalawak na aplikasyon. Ang haluang metal na ito ay nagpapakita ng mahusay na pagganap sa saklaw ng temperatura ng pagtatrabaho ng -196 ℃ hanggang 70 ℃ at may natural na superplasticity, na maaaring palitan ang Russian na ginawa ng LF6 aluminyo haluang metal (isang aluminyo magnesium alloy na pangunahing binubuo ng aluminyo, magnesium, tanso, mangganese medium, at silicon) para sa pag -load -bearing welding na mga istruktura sa likidong oxygen medium, na may makabuluhang pagbutihin. Bilang karagdagan, ang Russia ay nakabuo din ng aluminyo zinc magnesium scandium alloys, na kinakatawan ng 1970, na may materyal na lakas na higit sa 500MPa.
Ang katayuan sa industriyalisasyon ngAluminyo scandium haluang metal
Noong 2015, pinakawalan ng European Union ang "European Metallurgical Roadmap: Mga Prospect para sa Mga Tagagawa at Mga Gumagamit ng Katapusan", na nagmumungkahi na pag -aralan ang weldability ng aluminyoMagnesium Scandium Alloys. Noong Setyembre 2020, naglabas ang European Union ng isang listahan ng 29 pangunahing mga mapagkukunan ng mineral, kabilang ang Scandium. Ang 5024h116 aluminyo magnesium scandium alloy na binuo ng ale aluminyo sa Alemanya ay may daluyan hanggang sa mataas na lakas at mataas na pinsala sa pagpapaubaya, na ginagawa itong isang napaka -promising na materyal para sa balat ng fuselage. Maaari itong magamit upang palitan ang tradisyonal na 2xxx series aluminyo alloys at isinama sa Airbus 'AIMS03-01-055 materyal na pagkuha ng libro. Ang 5028 ay isang pinahusay na grado ng 5024, na angkop para sa laser welding at friction stir welding. Makakamit nito ang proseso ng pagbuo ng kilabot ng hyperbolic integral na mga panel ng dingding, na kung saan ay lumalaban sa kaagnasan at hindi nangangailangan ng patong ng aluminyo. Kung ikukumpara sa 2524 haluang metal, ang pangkalahatang istraktura ng panel ng pader ng fuselage ay maaaring makamit ang isang 5% na pagbawas ng timbang na istruktura. Ang AA5024-H116 aluminyo scandium alloy sheet na ginawa ng Aili Aluminum Company ay ginamit upang gumawa ng mga sasakyang panghimpapawid na fuselage at spacecraft na mga sangkap na istruktura. Ang karaniwang kapal ng AA5024-H116 alloy sheet ay 1.6mm hanggang 8.0mm, at dahil sa mababang density nito, katamtaman na mga katangian ng mekanikal, mataas na kaagnasan na paglaban, at mahigpit na dimensional na paglihis, maaari itong palitan ang 2524 haluang metal bilang materyal na fuselage. Sa kasalukuyan, ang AA5024-H116 alloy sheet ay napatunayan ng Airbus AIMS03-04-055. Noong Disyembre 2018, pinakawalan ng Ministry of Industry and Information Technology ng China ang "gabay na katalogo para sa unang batch ng pangalawang aplikasyon ng mga demonstrasyon ng mga pangunahing bagong materyales (2018 edition)", na kasama ang "High-Purity Scandium Oxide" sa pag-unlad na katalogo ng bagong industriya ng materyales. Noong 2019, pinakawalan ng Ministry of Industry and Information Technology ng China ang "gabay na katalogo para sa unang batch ng mga aplikasyon ng demonstrasyon ng mga pangunahing bagong materyales (2019 edition)", na kasama ang "SC na naglalaman ng aluminyo na mga materyales sa pagproseso ng haluang metal at al Si sc welding wires" sa pag -unlad ng katalog ng mga bagong materyales. Ang China Aluminum Group Northeast Light Alloy ay nakabuo ng isang Al MG SC ZR Series 5B70 haluang metal na naglalaman ng scandium at zirconium. Kung ikukumpara sa tradisyunal na serye ng Al MG 5083 na haluang metal na walang scandium at zirconium, ang ani at makunat na lakas nito ay nadagdagan ng higit sa 30%. Bukod dito, ang al MG SC ZR alloy ay maaaring mapanatili ang maihahambing na pagtutol ng kaagnasan sa 5083 haluang metal. Sa kasalukuyan, ang pangunahing mga domestic na negosyo na may pang -industriya na gradoaluminyo scandium haluang metalAng kapasidad ng produksiyon ay Northeast Light Alloy Company at Southwest Aluminum Industry. Ang malaking laki ng 5B70 aluminyo scandium alloy sheet na binuo ng Northeast Light Alloy Co, Ltd ay maaaring magbigay ng malaking aluminyo haluang metal na makapal na mga plato na may maximum na kapal ng 70mm at isang maximum na lapad ng 3500mm; Ang mga manipis na produkto ng sheet at mga produkto ng profile ay maaaring ipasadya para sa paggawa, na may isang saklaw ng kapal ng 2mm hanggang 6mm at isang maximum na lapad ng 1500mm. Ang Southwest aluminyo ay nakapag -iisa na nakabuo ng materyal na 5K40 at gumawa ng makabuluhang pag -unlad sa pagbuo ng mga manipis na plato. Si Al Zn MG Alloy ay isang oras na hardening alloy na may mataas na lakas, mahusay na pagganap sa pagproseso, at mahusay na pagganap ng hinang. Ito ay isang kailangang -kailangan at mahalagang materyal na istruktura sa kasalukuyang mga sasakyan ng transportasyon tulad ng mga eroplano. Sa batayan ng daluyan ng lakas na weldable alzn mg, ang pagdaragdag ng mga elemento ng haluang metal na scandium at zirconium ay maaaring mabuo ang maliit at nakakalat na AL3 (SC, ZR) nanoparticle sa microstructure, makabuluhang pagpapabuti ng mga mekanikal na katangian at paglaban ng kaagnasan ng stress ng haluang metal. Ang Langley Research Center ng NASA ay nakabuo ng isang ternary aluminyo scandium alloy na may grade C557, na handa nang mailapat sa mga modelo ng misyon. Ang static na lakas, pagpapalaganap ng crack, at katigasan ng bali ng haluang metal na ito sa mababang temperatura (-200 ℃), temperatura ng silid, at mataas na temperatura (107 ℃) ay pantay na pantay o mas mahusay kaysa sa mga 2524 haluang metal. Ang Northwestern University sa Estados Unidos ay nakabuo ng Alzn MG SC Alloy 7000 Series Ultra-High Lakas Aluminum Alloy, na may makunat na lakas ng hanggang sa 680MPA. Ang isang pattern ng magkasanib na pag-unlad sa pagitan ng daluyan ng mataas na lakas ng aluminyo scandium alloy at ultra-high lakas al zn mg sc ay nabuo. Ang Al Zn Mg Cu SC Alloy ay isang haluang metal na aluminyo na may mataas na lakas na may tensile na lakas na higit sa 800 MPa. Sa kasalukuyan, ang nominal na komposisyon at pangunahing mga parameter ng pagganap ng pangunahing mga marka ngaluminyo scandium haluang metalay buod tulad ng mga sumusunod, tulad ng ipinapakita sa Tables 1 at 2.
Talahanayan 1 | Nominal na komposisyon ng aluminyo scandium alloy
Talahanayan 2 | Microstructure at makunat na mga katangian ng aluminyo scandium haluang metal
Mga prospect ng aplikasyon ng aluminyo scandium haluang metal
Ang mataas na lakas al zn mg cu sc at al culi sc alloys ay inilapat sa mga sangkap na istruktura na may dalang pag-load, kabilang ang mga Russian MiG-21 at MiG-29 fighter jet. Ang dashboard ng Russian spacecraft "Mars-1 ″ ay gawa sa 1570 aluminyo scandium alloy, na may kabuuang pagbawas ng timbang na 20%. Ang mga sangkap na nagdadala ng pag-load ng module ng instrumento ng Mars-96 spacecraft ay ginawa ng 1970 aluminyo haluang metal na naglalaman ng scandium, binabawasan ang bigat ng module ng instrumento ng 10%. Sa programang "Clean Sky" at ang proyekto ng "2050 Flight Ruta" ng EU, isinasagawa ng Airbus ang integrated na disenyo ng kargamento ng kargamento, pananaliksik at pag-unlad, paggawa, at pag-install ng mga flight ng pagsubok para sa sasakyang panghimpapawid ng A321 batay sa kahalili ng grade AA5028-H116 aluminyo scandium alloy ng 5024 aluminyo scandium alloy. Ang mga haluang metal na aluminyo ng aluminyo na kinakatawan ng AA5028 ay nagpakita ng mahusay na pagproseso at pagganap ng hinang. Ang paggamit ng mga advanced na pamamaraan ng hinang tulad ng friction stir welding at laser welding upang makamit ang maaasahang koneksyon ng scandium na naglalaman ng mga materyales na haluang metal na aluminyo. Ang unti-unting pagpapatupad ng "welding sa halip na riveting" sa sasakyang panghimpapawid na pinatibay ng manipis na mga istraktura ng plato ay hindi lamang nagpapanatili ng pagkakapare-pareho ng mga materyales sa sasakyang panghimpapawid at integridad ng istruktura, pagkamit ng mahusay at mababang gastos sa pagmamanupaktura, ngunit mayroon ding pagbawas ng timbang at pagbubuklod. Ang application na pananaliksik ng aluminyo Scandium 5B70 haluang metal sa pamamagitan ng China Aerospace Special Materials Research Institute ay nasira sa pamamagitan ng mga teknolohiya ng malakas na pag -ikot ng variable na mga sangkap ng kapal ng dingding, kontrol ng paglaban ng kaagnasan at pagtutugma ng lakas, at kontrol ng welding residual stress. Inihanda nito ang aluminyo scandium alloy adaptive welding wire, at ang magkasanib na koepisyent ng lakas ng friction stir welding para sa makapal na mga plato sa haluang metal ay maaaring umabot sa 0.92. Ang China Academy of Space Technology, Central South University, at iba pa ay nagsagawa ng malawak na pagsubok sa pagganap ng mekanikal at proseso ng mga eksperimento sa 5B70 na materyal, na -upgrade at iterated ang scheme ng pagpili ng materyal para sa 5A06, at sinimulan na ilapat ang 5B70 aluminyo aluminyo sa pangunahing istraktura ng pangkalahatang pinalakas na mga panel ng pader ng sealed cabin ng Space Station at bumalik na cabin. Ang pangkalahatang panel ng dingding ng plate na istraktura na pressurized cabin ay idinisenyo gamit ang isang kumbinasyon ng mga buto -buto ng balat at pampalakas, nakamit ang mas mataas na istruktura ng pagsasama at pag -optimize ng timbang. Habang pinapabuti ang pangkalahatang katigasan at lakas, binabawasan nito ang bilang at pagiging kumplikado ng pagkonekta ng mga sangkap, sa gayon ay higit na binabawasan ang timbang habang pinapanatili ang mataas na pagganap. Sa pagsulong ng aplikasyon ng 5B70 materyal na engineering, ang paggamit ng 5B70 na materyal ay unti -unting madaragdagan at lalampas sa minimum na threshold ng supply, na makakatulong na matiyak ang patuloy na paggawa at matatag na kalidad ng mga hilaw na materyales, at makabuluhang bawasan ang mga presyo ng hilaw na materyal. Tulad ng nabanggit kanina, bagaman maraming mga pag -aari ng aluminyo alloys ay napabuti sa pamamagitan ng scandium microalloying, ang mataas na presyo at kakulangan ng scandium ay limitahan ang saklaw ng aplikasyon ng aluminyo scandium alloys. Kung ikukumpara sa mga materyales na haluang metal na aluminyo tulad ng Al Cu, Al Zn, Al ZNMG, Scandium na naglalaman ng mga materyales na haluang metal na aluminyo ay may mahusay na komprehensibong mga katangian ng mekanikal, paglaban ng kaagnasan, at mahusay na mga katangian ng pagproseso, na ginagawang malawak na mga prospect ng aplikasyon sa paggawa ng mga pangunahing sangkap na istruktura sa mga patlang na pang -industriya tulad ng aerospace. Sa patuloy na pagpapalalim ng pananaliksik sa teknolohiyang microalloying ng Scandium at ang pagpapabuti ng supply chain at pagtutugma ng pang-industriya na chain, ang mga kadahilanan ng presyo at gastos na naghihigpit sa malaking sukat na pang-industriya na aplikasyon ng mga haluang metal na aluminyo ng Scandium ay unti-unting mapapabuti. Ang mahusay na komprehensibong mga katangian ng mekanikal, paglaban ng kaagnasan, at mahusay na mga katangian ng pagproseso ng mga haluang metal na aluminyo na mga haluang metal na ito ay may malinaw na istruktura ng pagbawas ng timbang at malawak na potensyal na aplikasyon sa larangan ng paggawa ng kagamitan sa aviation.
Oras ng Mag-post: Oktubre-29-2024