วัสดุอลูมิเนียมอัลลอยด์ที่มีความแข็งแรงสูงและทนต่อการกัดกร่อนสำหรับการบินและอวกาศ

ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องอุตสาหกรรมการบินและอวกาศสมัยใหม่ อุตสาหกรรมนิวเคลียร์ และอุตสาหกรรมการขนส่ง มีความต้องการที่สูงขึ้นสำหรับประสิทธิภาพที่ครอบคลุมของชิ้นส่วนโครงสร้าง และโลหะผสมอลูมิเนียมความแข็งแรงสูงพิเศษรุ่นใหม่ที่มีน้ำหนักเบา ความแข็งแรงสูง ความเหนียวสูง ความเหนียวแตกหักและความเค้นสูง ความต้านทานการกัดกร่อนเป็นตัวเลือกแรกอย่างไม่ต้องสงสัย

อลูมิเนียมอัลลอยด์ที่มีความแข็งแรงสูงเป็นพิเศษโดยทั่วไปหมายถึงอลูมิเนียมอัลลอยด์ที่มีความแข็งแรงครากมากกว่า 500MPa และที่พบมากที่สุดคืออลูมิเนียมซุปเปอร์ฮาร์ดของซีรีส์ 7 อลูมิเนียมอัลลอยด์ซีรีส์นี้ได้รับการพัฒนาครั้งแรกในบริบทของการใช้งานด้านการบินและอวกาศ และปัจจุบันได้พัฒนาเป็นวัสดุโครงสร้างหลักสำหรับเครื่องบินทหารและพลเรือนในโลก คิดเป็น 70-80% ของสัดส่วนของชิ้นส่วนโครงสร้างเครื่องบิน และ ในหลายสาขาแทนที่จะเป็นโลหะผสมไทเทเนียมที่มีราคาแพง กลายเป็นวัสดุโครงสร้างน้ำหนักเบาที่สำคัญที่ขาดไม่ได้

** ความเป็นมาของการพัฒนาโลหะผสมอลูมิเนียมการบินและอวกาศและสถานการณ์ปัจจุบัน **

อลูมิเนียมอัลลอยด์เป็นวัสดุโลหะผสมที่มีความแข็งแรงสูงน้ำหนักเบาที่ค่อนข้างโตเต็มที่ ถูกนำมาใช้ในการบินและอวกาศ โดยทั่วไปแล้ววัสดุโลหะผสมอลูมิเนียมจะใช้เป็นวัสดุโครงสร้าง และมีความแข็งแรงจำเพาะสูงกว่าและคุณสมบัติการประมวลผลที่ดีกว่าเหล็ก

สาขาการบินและอวกาศส่วนใหญ่พัฒนาวัสดุโลหะผสมอลูมิเนียมที่มีความแข็งแรงสูง ความเหนียวสูงและทนต่อการกัดกร่อนเพื่อตอบสนองสภาวะที่รุนแรงของการใช้การบินและอวกาศ การใช้งานคืออลูมิเนียมอัลลอยด์ซีรีส์ 2000 และ 7000 มากขึ้น บนพื้นฐานของการปรับปรุงกระบวนการโลหะผสมอลูมิเนียมความแข็งแรงสูง และการปรับปรุงสูตรวัสดุ ด้วยกระบวนการผลิตที่เป็นนวัตกรรม เช่น ผงโลหะและการขึ้นรูปแบบเจ็ท ทำให้วัสดุโลหะผสมอลูมิเนียมน้ำหนักเบาที่มีประสิทธิภาพดีขึ้นได้รับการพัฒนา และดำเนินการวิจัยที่เกี่ยวข้องกับวัสดุคอมโพสิตอลูมิเนียมเมทริกซ์และวัสดุโลหะผสมอลูมิเนียมซุปเปอร์พลาสติก

ในกระบวนการพัฒนาและการใช้งานของโลหะผสมอลูมิเนียมที่มีความแข็งแรงสูงน้ำหนักเบา ปัญหาการกัดกร่อนของความเค้นเป็นปัญหาหลักในประวัติศาสตร์การใช้งานทั้งหมดของโลหะผสมอลูมิเนียม วิธีการลดหรือชะลอปัญหาการกัดกร่อนของความเค้นในการใช้โลหะผสมอลูมิเนียมที่มีความแข็งแรงสูงได้กลายเป็น ปัญหาหลักในกระบวนการประยุกต์อลูมิเนียมอัลลอยด์

ซีรีส์ปี 2000อลูมิเนียมอัลลอยด์ส่วนใหญ่เป็น Cu เป็นองค์ประกอบโลหะผสมหลัก วัสดุโลหะผสมอลูมิเนียมเพื่อเพิ่มปริมาณที่เหมาะสมขององค์ประกอบ Cu ที่เตรียมไว้ในความแข็งแรง ทนความร้อน ประสิทธิภาพการประมวลผลจะดีขึ้น แต่ความต้านทานการกัดกร่อนจะลดลง เนื่องจากการแนะนำองค์ประกอบ Cu จะ ทำให้ง่ายต่อการแสดงการกัดกร่อนระหว่างคริสตัลไลน์ภายในโลหะผสมอลูมิเนียม องค์ประกอบองค์ประกอบของวัสดุส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพของโลหะผสมอลูมิเนียม ดังนั้นโดยทั่วไปอลูมิเนียมอัลลอยด์ซีรีส์ 2000 จึงถูกเคลือบด้วยอลูมิเนียมบริสุทธิ์หรือโลหะผสมอลูมิเนียมซีรีส์ 6000 บนพื้นผิวเป็นฟิล์มป้องกันเคมีไฟฟ้าของโลหะผสมอลูมิเนียมหลักเพื่อปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อน ต่อมา นักวิชาการได้ทำการวิจัยมากมายเกี่ยวกับวิธีการปรับปรุงประสิทธิภาพการกัดกร่อนของความเค้นของโลหะผสมอลูมิเนียมเกรดต่างๆ ซึ่งทำให้ระดับการกัดกร่อนของความเค้นของโลหะผสมอลูมิเนียมล่าช้าไปในระดับหนึ่ง

ในสาขาการบินและอวกาศ องค์ประกอบหลักของโลหะผสมอลูมิเนียมซีรีส์ 2000 ส่วนใหญ่เป็นอลูมิเนียม (Al) ทองแดง (Cu) และแมกนีเซียม (Mg) และองค์ประกอบหลักของโลหะผสมอลูมิเนียมซีรีส์ 7000 คือ Al, สังกะสี (Zn), Mg และ Cu . นอกจากนี้ยังมีวัสดุโลหะผสมอลูมิเนียมประสิทธิภาพสูง (ความแข็งแรงสูง ความเหนียวสูง ทนต่อการกัดกร่อน) ที่ได้มาจากการเพิ่มองค์ประกอบพิเศษบางอย่าง ปัจจุบันวิธีการหลักในการรับวัสดุโลหะผสมอลูมิเนียมประสิทธิภาพสูงคือการเปลี่ยนเงื่อนไขการหลอมและการหล่อ

วัสดุโลหะผสมอลูมิเนียมเป็นวัสดุส่วนประกอบที่สำคัญเพื่อให้แน่ใจว่าเครื่องบินบินได้อย่างปลอดภัย การเลือกและการทำนายประสิทธิภาพของวัสดุโลหะผสมอลูมิเนียมในส่วนต่างๆ เกี่ยวข้องโดยตรงกับความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของเครื่องบิน การทำนายความล้มเหลวของวัสดุโลหะผสมอลูมิเนียมในการบินมีความสัมพันธ์โดยตรงกับความปลอดภัยในชีวิตและจำเป็นต้องให้ความสนใจอย่างกว้างขวาง

** การพัฒนาวัสดุโลหะผสมอลูมิเนียมการบินและอวกาศต่างประเทศ **

ในคริสต์ทศวรรษ 1960 สหรัฐอเมริกาได้ปรับปรุงโดยใช้อะลูมิเนียมอัลลอยด์ 7075 เป็นหลัก และพัฒนาโลหะผสม 7050 ที่แข็งแกร่งขึ้น แข็งแกร่งขึ้น และทนต่อการกัดกร่อนจากความเค้นได้มากขึ้น ซึ่งส่วนใหญ่ใช้ในชิ้นส่วนโครงสร้างการบีบอัด F-18 จากนั้นจึงพัฒนาโลหะผสม 7150 สำหรับ การผลิตเครื่องบินโบอิ้ง 757/767 และแอร์บัส A301 และโครงสร้างปีกบนของเครื่องบินพลเรือนขนาดใหญ่อื่นๆ ในทศวรรษ 1980 สหรัฐอเมริกาและประเทศอื่นๆ ประสบความสำเร็จในการพัฒนาโลหะผสม 7055 บนพื้นฐานของ 7150 ซึ่งมีความแข็งแกร่งสูงกว่า 7150 ประมาณ 10% และมีประสิทธิภาพสูงที่ครอบคลุม ซึ่งใช้สำหรับผิวหนังปีกด้านบนและส่วนปีกของเครื่องบินโบอิ้ง 777 .

** ช่องว่างระหว่างจีนกับระดับสูงระหว่างประเทศและทิศทางการพัฒนา **

ในประเทศจีน แม้ว่าวัสดุโลหะผสมอลูมิเนียมจะได้รับการพัฒนามาหลายปีแล้ว แต่ก็ยังมีช่องว่างขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับระดับสูงระหว่างประเทศ ประสิทธิภาพเฉพาะคือ: ประการแรก ผลิตภัณฑ์ส่วนใหญ่เป็นของเลียนแบบ ยังไม่มีวัสดุโลหะผสมอลูมิเนียมที่มีสิทธิในทรัพย์สินทางปัญญาอิสระที่ครอบคลุม และยังไม่มีการจัดตั้งระบบมาตรฐานสำหรับการผลิตวัสดุโลหะผสมอลูมิเนียม ประการที่สอง การวิจัยขั้นพื้นฐานยังอ่อนแอ เวลาในการพัฒนาสั้น และการสะสมข้อมูลไม่เพียงพอ ประการที่สาม อุปกรณ์การผลิตและการแปรรูปล้าหลัง และระบบควบคุมคุณภาพผลิตภัณฑ์ยังไม่สมบูรณ์แบบ

ด้วยเหตุนี้ ทิศทางการพัฒนาในอนาคตของวัสดุโลหะผสมอลูมิเนียมในประเทศจีนควรเป็น:

เปลี่ยนเนื้อหาและอัตราส่วนขององค์ประกอบส่วนประกอบ

พัฒนาสูตรวัสดุโลหะผสมอลูมิเนียมที่สอดคล้องกับความต้องการด้านประสิทธิภาพที่แตกต่างกัน ปรับปรุงประสิทธิภาพของโลหะผสมอลูมิเนียมโดยการเปลี่ยนเงื่อนไขของสนามการแข็งตัว ปรับปรุงปริมาณสารละลายของแข็งขององค์ประกอบโลหะผสม และปรับปรุงประสิทธิภาพของโลหะผสมอลูมิเนียมโดยการเพิ่มองค์ประกอบ เช่น เซอร์โคเนียม (Zr) สแกนเดียม (Sc), เออร์เบียม (Er) และวิธีการไมโครอัลลอยด์อื่นๆ

ทำให้โลหะผสมบริสุทธิ์ยิ่งขึ้น ลด Fe, Si และสิ่งสกปรกอื่น ๆ ควบคุมเนื้อหาของสิ่งสกปรก และผลิตวัสดุโลหะผสมอลูมิเนียมที่มีความเหนียวสูงและความแข็งแรงสูง

พัฒนาเทคโนโลยีการรักษาความร้อนใหม่สร้างการ์ดกระบวนการบำบัดความร้อนที่แตกต่างกันสำหรับโลหะผสมอลูมิเนียมที่มีข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพที่แตกต่างกัน และสร้างระบบข้อกำหนดมาตรฐานทางเทคนิคที่สอดคล้องกันเพื่อให้มั่นใจถึงความเสถียรของกระบวนการของโลหะผสมอลูมิเนียมเกรดต่างๆ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

JIYGO วัสดุทนไฟและสารขัดถู จำกัด