Авиациялык транспорттук жабдуулар үчүн өтө маанилүү болгон жеңил эритме катары алюминий эритмесинин макроскопиялык механикалык касиеттери анын микроструктурасы менен тыгыз байланышта. Алюминий эритмесинин структурасында негизги эритүүчү элементтерди өзгөртүү менен алюминий эритмесинин микроструктурасын өзгөртүүгө болот, ал эми материалдын макроскопиялык механикалык касиеттерин жана башка касиеттерин (мисалы, коррозияга каршылык жана ширетүү көрсөткүчтөрү) бир топ жакшыртса болот. Ушул убакка чейин микроэритме алюминий эритмелеринин микроструктурасын оптималдаштыруу жана алюминий эритмелеринин материалдарынын комплекстүү касиеттерин жакшыртуу үчүн эң келечектүү технологиялык өнүгүү стратегиясы болуп калды.Скандий(Sc) алюминий эритмелери үчүн белгилүү болгон эң эффективдүү микроэритүүчү элементти күчөтүүчү. Алюминий матрицасында скандийдин эригичтиги 0,35 wt.% дан аз. Алюминий эритмелерине скандий элементинин изин кошуу алардын микроструктурасын натыйжалуу жакшыртат, алардын күчүн, катуулугун, пластикасын, жылуулук туруктуулугун жана коррозияга туруктуулугун ар тараптуу жакшыртат. Скандий алюминий эритмелеринде бир нече физикалык эффекттерге ээ, анын ичинде катуу эритмени бекемдөө, бөлүкчөлөрдү бекемдөө жана кайра кристаллдашууга бөгөт коюу. Бул макалада скандий камтыган алюминий эритмелеринин тарыхый өнүгүүсү, акыркы жетишкендиктери жана авиациялык жабдууларды өндүрүү тармагындагы потенциалдуу колдонулушу менен тааныштырат.
Алюминий скандий эритмесин изилдөө жана иштеп чыгуу
Скандийдин алюминий эритмелерине легирлөөчү элемент катары кошулушун 1960-жылдардан байкоого болот. Ошол кезде иштин көбү бинардык Al Sc жана үчтүк AlMg Sc эритме системаларында аткарылган. 1970-жылдары СССР илимдер академиясынын Байков атындагы металлургия жана материал таануу институту жана Бүткүл россиялык жеңил эритмелерди изилдөө институту алюминий эритмелериндеги скандийдин формасы жана механизми боюнча системалуу изилдөө жүргүзүшкөн. Кырк жылга жакын күч-аракеттен кийин алюминий скандий эритмелеринин 14 сорту үч негизги серияда (Al Mg Sc, Al Li Sc, Al Zn Mg Sc) иштелип чыккан. Алюминийдеги скандий атомдорунун эригичтиги төмөн жана тиешелүү жылуулук менен дарылоо процесстерин колдонуу менен жогорку тыгыздыктагы Al3Sc нано чөкмөлөрү чөктүрсө болот. Бул жаан фазасы кичинекей бөлүкчөлөрү жана дисперстүү бөлүштүрүү менен дээрлик тоголок болуп саналат жана алюминий эритмелеринин бөлмө температурасынын күчүн бир топ жакшыртуучу алюминий матрицасы менен жакшы ырааттуу мамилеге ээ. Мындан тышкары, Al3Sc нано чөкмөлөрү жогорку температурада (400 ℃ ичинде) жакшы термикалык туруктуулукка жана ириңдүү каршылыкка ээ, бул эритменин күчтүү ысыкка туруктуулугу үчүн абдан пайдалуу. Россияда жасалган алюминий скандий эритмелеринде, 1570 эритмеси эң жогорку күчкө жана кеңири колдонулушуна байланыштуу көпчүлүктүн көңүлүн бурду. Бул эритме -196 ℃ден 70 ℃ге чейинки иштөө температурасынын диапазонунда эң сонун көрсөткүчтөрдү көрсөтөт жана табигый супер пластикалык касиетке ээ, ал орусиялык LF6 алюминий эритмесин (негизинен алюминийден, магнийден, жезден, марганецтен жана кремнийден турган алюминий магний эритмесин) алмаштыра алат. Мындан тышкары, Россия, ошондой эле 500MPa ашуун материалдык күчү менен, 1970 тарабынан берилген алюминий цинк магний скандий эритмелери, иштелип чыккан.
Индустриализациянын абалыАлюминий Скандий эритмеси
2015-жылы Европа Биримдиги алюминийдин ширетүү жөндөмдүүлүгүн изилдөөнү сунуш кылган “Европалык металлургиялык жол картасы: өндүрүүчүлөр жана акыркы колдонуучулар үчүн перспективалар” чыгарды.магний скандий эритмелери. 2020-жылдын сентябрында Европа Биримдиги 29 негизги минералдык ресурстардын, анын ичинде скандийдин тизмесин жарыялаган. Германияда Ale Aluminium тарабынан иштелип чыккан 5024H116 алюминий магний скандий эритмесинин фюзеляждын териси үчүн абдан келечектүү материал кылып, орто жана жогорку күчкө жана жогорку зыянга чыдамкайлыкка ээ. Ал салттуу 2xxx сериясындагы алюминий эритмелерин алмаштыруу үчүн колдонулушу мүмкүн жана Airbus компаниясынын AIMS03-01-055 материалды сатып алуу китебине киргизилген. 5028 5024 жакшыртылган сорту, лазер менен ширетүүгө жана сүрүлмө аралаштыргыч ширетүүгө ылайыктуу. Ал дат басууга туруктуу жана алюминий каптоону талап кылбаган гиперболикалык интегралдык дубал панелдеринин сойлоп түзүүчү процессине жетише алат. 2524 эритмеси менен салыштырганда, фюзеляждын жалпы дубал панелинин структурасы 5% структуралык салмагын азайтууга жетише алат. Aili Aluminium Company тарабынан өндүрүлгөн AA5024-H116 алюминий скандий эритмеси баракты учактын фюзеляжын жана космос кемесинин структуралык компоненттерин өндүрүү үчүн колдонулган. AA5024-H116 эритме барагынын типтүү калыңдыгы 1,6 ммден 8,0 ммге чейин жана анын тыгыздыгы төмөн, орточо механикалык касиеттери, коррозияга каршы туруктуулугу жана катуу өлчөмдүү четтөөсүнөн улам, фюзеляждын терисинин материалы катары 2524 эритмесин алмаштыра алат. Учурда AA5024-H116 эритме барагы Airbus AIMS03-04-055 тарабынан тастыкталган. 2018-жылдын декабрь айында Кытайдын Өнөр жай жана маалыматтык технологиялар министрлиги жаңы материалдар өнөр жайын өнүктүрүү каталогуна “жогорку тазалыктагы скандий кычкылын” камтыган “Негизги жаңы материалдардын экинчилик колдонмо көрсөтүүлөрүнүн биринчи партиясы үчүн жетектөөчү каталогун” чыгарды (2018-ж.). 2019-жылы Кытайдын Өнөр жай жана маалыматтык технологиялар министрлиги “Негизги жаңы материалдардын демонстрациялык колдонмолорунун биринчи партиясы үчүн жетектөөчү каталогун” чыгарды (2019-ж. чыгарылыш) ага “Алюминий эритмесин иштетүүчү материалдарды жана Al Si Sc ширетүүчү зымдарды камтыган” жаңы материалдар өнөр жайын өнүктүрүү каталогунда. China Aluminium Group Northeast Light Alloy компаниясы скандий жана цирконий камтыган Al Mg Sc Zr сериясындагы 5B70 эритмесин иштеп чыкты. Скандий жана цирконий жок салттуу Al Mg сериясы 5083 эритмеси менен салыштырганда, анын түшүмдүүлүгү жана тартылуу күчү 30% га жогорулаган. Мындан тышкары, Al Mg Sc Zr эритмеси 5083 эритмеси менен салыштырылган коррозияга туруктуулугун сактай алат. Азыркы учурда енер жайлык класстагы негизги ата мекендик ишканаларалюминий скандий эритмесиөндүрүштүк кубаттуулугу Түндүк-Чыгыш Light Alloy компаниясы жана Түштүк-Батыш алюминий өнөр жайы болуп саналат. Northeast Light Alloy Co., Ltd тарабынан иштелип чыккан ири өлчөмдөгү 5B70 алюминий скандий эритмесин барак 70 мм максималдуу жоондугу жана 3500 мм максималдуу туурасы менен чоң алюминий эритмесин коюу плиталарды камсыз кыла алат; Жука барак азыктары жана профилдик буюмдар өндүрүш үчүн ылайыкташтырылышы мүмкүн, калыңдыгы 2ммден 6ммге чейин жана эң жогорку туурасы 1500мм. Southwest Aluminium өз алдынча 5K40 материалды иштеп чыкты жана жука плиталарды иштеп чыгууда олуттуу ийгиликтерге жетишти. Al Zn Mg эритмеси - бул жогорку күчкө, жакшы иштетүү көрсөткүчүнө жана ширетүүдөгү эң сонун көрсөткүчкө ээ убакытты катуулатуучу эритме. Бул учактар сыяктуу учурдагы транспорт каражаттарында алмаштырылгыс жана маанилүү структуралык материал. Орто күчтүү ширетүүчү AlZn Mg негизинде, скандий жана цирконий эритмеси элементтерин кошуу микроструктурада майда жана дисперстүү Al3 (Sc, Zr) нанобөлүкчөлөрүн пайда кылып, эритменин механикалык касиеттерин жана стресстин коррозияга туруктуулугун бир топ жакшыртат. НАСАнын Лангли изилдөө борбору C557 классындагы үчтүк алюминий скандий эритмесин иштеп чыкты, ал моделдик миссияларда колдонууга даяр. Төмөн температурада (-200 ℃), бөлмө температурасында жана жогорку температурада (107 ℃) бул эритменин статикалык күчү, жаракалардын таралышы жана сынууга бышыктыгы 2524 эритмесиндикине барабар же андан жакшыраак. Америка Кошмо Штаттарынын Түндүк-Батыш университети AlZn Mg Sc эритмеси 7000 сериясындагы ультра жогорку бекем алюминий эритмесин иштеп чыкты, ал 680 МПа чейин созулууга жөндөмдүү. Орточо күчтүү алюминий скандий эритмеси менен ультра жогорку кубаттуулуктагы Al Zn Mg Sc ортосунда биргелешкен өнүгүүнүн үлгүсү түзүлдү. Al Zn Mg Cu Sc эритмеси 800 МПа ашкан чыңалуудагы бекем алюминий эритмеси. Азыркы учурда негизги сорттордун номиналдык курамы жана негизги көрсөткүчтөрүалюминий скандий эритмеси1 жана 2-таблицаларда көрсөтүлгөндөй, төмөндөгүдөй жалпыланган.
Таблица 1 | Алюминий Скандий эритмесинин номиналдык курамы
Таблица 2 | Алюминий скандий эритмесинин микроструктурасы жана созуу касиеттери
Скандий алюминий эритмесин колдонуу келечеги
Жогорку кубаттуулуктагы Al Zn Mg Cu Sc жана Al CuLi Sc эритмелери жүк көтөрүүчү структуралык компоненттерге, анын ичинде россиялык МиГ-21 жана МиГ-29 согуштук учактарына колдонулган. "Марс-1" россиялык космос кораблинин башкаруу панели 1570 алюминий скандий эритмесинен жасалган, анын жалпы салмагы 20%га кыскарган.Марс-96 космос кораблинин инструменттик модулунун жүк көтөрүүчү компоненттери 1970-жылкы алюминий эритмесинен жасалган, скандий камтыган, прибор модулунун салмагын E'Us "10% менен азайткан." "2050 учуу маршруту" долбоору, Airbus 5024 алюминий скандиялык эритмесин AA5028-H116 үлгүсүндөгү алюминий скандий эритмесинин негизинде A321 учактары үчүн интегралдык жүк кармоочу эшикти долбоорлоону, изилдөөнү жана иштеп чыгууну жана монтаждоону ишке ашырды Алюминий эритмесин камтыган материалдарды ишенимдүү туташтыруу үчүн фрикциондук ширетүү жана лазердик ширетүү сыяктуу өнүккөн ширетүү ыкмалары Учак бекемделген жука пластина конструкцияларында "ширетүүнүн" акырындык менен ишке ашырылышы учак материалдарынын консистенциясын жана структуралык бүтүндүгүн сактап, ошондой эле эффективдүү жана аз салмактуулукту камсыз кылат. Алюминий скандий 5B70 эритмесин колдонуу боюнча Кытайдын Аэрокосмостук атайын материалдар изилдөө институту тарабынан жасалган изилдөөлөр дубалдын калыңдыгынын өзгөрүлмө компоненттерин күчтүү ийирүү, коррозияга каршылыкты жана бекемдиктин шайкештигин көзөмөлдөө жана ширетүүчү калдык стрессти контролдоо технологиясын сындырып алды. 0.92 Кытай Космостук технологиялар академиясы, Борбордук Түштүк университети жана башкалар 5B70 материалында кеңири механикалык иштөөнү жана процесстик эксперименттерди жүргүзүштү, 5A06 үчүн структуралык материалды тандоо схемасын жаңыртышты жана 5В70 алюминий эритмесин жалпы дубалдын дубалынын капталына колдоно башташты плиталардын конструкциясынын басымдуу кабинасы тери жана бекемдөөчү кабыргалардын айкалышы менен иштелип чыккан, бул жогорку структуралык интеграцияга жана салмакты оптималдаштырууга жетишүү менен бирге, бириктирүүчү компоненттердин санын жана татаалдыгын азайтат, ошону менен бирге жогорку өндүрүмдүүлүктү сактоо менен салмакты азайтат. чийки заттын үзгүлтүксүз өндүрүшүн жана туруктуу сапатын камсыз кылууга жардам берет жана чийки заттын баасын кыйла төмөндөтөт, ал эми алюминий эритмелеринин көптөгөн касиеттери скандий микроэлементтөө аркылуу жакшыртылса да, скандийдин жогорку баасы жана жетишсиздиги алюминий скандиялык эритмелерди колдонуу диапазонун чектейт. жакшы комплекстүү механикалык касиеттери, коррозияга туруктуулугу жана мыкты иштетүү мүнөздөмөлөрү, алар аэрокосмостук сыяктуу өнөр жай тармактарында негизги структуралык компоненттерди өндүрүүдө кеңири колдонууга мүмкүнчүлүк берет, ошондой эле скандий микроэлементтөө технологиясы боюнча изилдөөлөрдү үзгүлтүксүз тереңдетүү жана жеткирүү чынжырын жакшыртуу жана өнөр жай чынжырынын шайкештиги, алюминийдин бардык масштабдуу колдонулушун чектейт комплекстүү механикалык касиеттери, коррозияга туруктуулугу жана алюминий скандий эритмелеринин мыкты иштетүү мүнөздөмөлөрү аларды ачык структуралык салмагын азайтуу артыкчылыктарына жана авиациялык жабдууларды өндүрүү тармагында кеңири колдонуу потенциалына ээ кылат.
Посттун убактысы: 29-окт.2024