Fel aloi ysgafn sy'n hanfodol ar gyfer offer cludo awyrennau, mae priodweddau mecanyddol macrosgopig aloi alwminiwm yn gysylltiedig yn agos â'i ficrostrwythur. Trwy newid y prif elfennau aloi yn strwythur yr aloi alwminiwm, gellir newid microstrwythur yr aloi alwminiwm, a gellir gwella'r priodweddau mecanyddol macrosgopig a phriodweddau eraill (megis ymwrthedd i gyrydiad a pherfformiad weldio) o'r deunydd yn sylweddol. Hyd yn hyn, microaloi yw'r strategaeth datblygu technolegol fwyaf addawol ar gyfer optimeiddio microstrwythur aloion alwminiwm a gwella priodweddau cynhwysfawr deunyddiau aloi alwminiwm.Scandiwm(Sc) yw'r gwellaydd elfen microaloi mwyaf effeithiol sy'n hysbys ar gyfer aloion alwminiwm. Mae hydoddedd scandiwm mewn matrics alwminiwm yn llai na 0.35% pwysau. Gall ychwanegu symiau hybrin o elfen scandiwm at aloion alwminiwm wella eu microstrwythur yn effeithiol, gwella eu cryfder, eu caledwch, eu plastigedd, eu sefydlogrwydd thermol, a'u gwrthwynebiad i gyrydiad yn gynhwysfawr. Mae gan scandiwm nifer o effeithiau ffisegol mewn aloion alwminiwm, gan gynnwys cryfhau toddiant solet, cryfhau gronynnau, ac atal ailgrisialu. Bydd yr erthygl hon yn cyflwyno datblygiad hanesyddol, cynnydd diweddaraf, a chymwysiadau posibl aloion alwminiwm sy'n cynnwys scandiwm ym maes gweithgynhyrchu offer awyrennau.
Ymchwil a Datblygu Aloi Alwminiwm Scandiwm
Gellir olrhain ychwanegu scandiwm fel elfen aloi i aloion alwminiwm yn ôl i'r 1960au. Bryd hynny, gwnaed y rhan fwyaf o'r gwaith mewn systemau aloi deuaidd AlSc ac AlMgSc teiran. Yn y 1970au, cynhaliodd Sefydliad Meteleg a Gwyddor Deunyddiau Baykov o Academi Gwyddorau Sofietaidd a Sefydliad Ymchwil Aloi Ysgafn Holl-Rwsiaidd astudiaeth systematig ar ffurf a mecanwaith scandiwm mewn aloion alwminiwm. Ar ôl bron i ddeugain mlynedd o ymdrech, datblygwyd 14 gradd o aloion scandiwm alwminiwm mewn tair prif gyfres (AlMgSc, AlLiSc, AlZnMgSc). Mae hydoddedd atomau scandiwm mewn alwminiwm yn isel, a thrwy ddefnyddio prosesau trin gwres priodol, gellir gwaddodi nano-waddodion Al3Sc dwysedd uchel. Mae'r cyfnod gwaddodiad hwn bron yn sfferig, gyda gronynnau bach a dosbarthiad gwasgaredig, ac mae ganddo berthynas gydlynol dda â'r matrics alwminiwm, a all wella cryfder tymheredd ystafell aloion alwminiwm yn fawr. Yn ogystal, mae gan waddodion nano Al3Sc sefydlogrwydd thermol da a gwrthiant brashau ar dymheredd uchel (o fewn 400 ℃), sy'n hynod fuddiol ar gyfer gwrthiant gwres cryf yr aloi. Mewn aloion alwminiwm scandiwm a wnaed yn Rwsia, mae aloi 1570 wedi denu llawer o sylw oherwydd ei gryfder uchaf a'i gymhwysiad ehangaf. Mae'r aloi hwn yn arddangos perfformiad rhagorol yn yr ystod tymheredd gweithio o -196 ℃ i 70 ℃ ac mae ganddo uwchblastigedd naturiol, a all ddisodli'r aloi alwminiwm LF6 a wnaed yn Rwsia (aloi alwminiwm magnesiwm sy'n cynnwys alwminiwm, magnesiwm, copr, manganîs, a silicon yn bennaf) ar gyfer strwythurau weldio sy'n dwyn llwyth mewn cyfrwng ocsigen hylif, gyda pherfformiad wedi'i wella'n sylweddol. Yn ogystal, mae Rwsia hefyd wedi datblygu aloion alwminiwm sinc magnesiwm scandiwm, a gynrychiolir gan 1970, gyda chryfder deunydd o dros 500MPa.
Statws DiwydiannuAloi Alwminiwm Scandiwm
Yn 2015, cyhoeddodd yr Undeb Ewropeaidd y “Map Ffordd Metelegol Ewropeaidd: Rhagolygon ar gyfer Gweithgynhyrchwyr a Defnyddwyr Terfynol”, gan gynnig astudio weldadwyedd alwminiwm.aloion sgandiwm magnesiwmYm mis Medi 2020, cyhoeddodd yr Undeb Ewropeaidd restr o 29 o adnoddau mwynau allweddol, gan gynnwys scandiwm. Mae gan yr aloi alwminiwm magnesiwm scandiwm 5024H116 a ddatblygwyd gan Ale Aluminum yn yr Almaen gryfder canolig i uchel a goddefgarwch difrod uchel, gan ei wneud yn ddeunydd addawol iawn ar gyfer croen ffiwslawdd. Gellir ei ddefnyddio i ddisodli aloion alwminiwm cyfres 2xxx traddodiadol ac mae wedi'i gynnwys yn llyfr caffael deunyddiau AIMS03-01-055 Airbus. Mae 5028 yn radd well o 5024, sy'n addas ar gyfer weldio laser a weldio troi ffrithiant. Gall gyflawni'r broses ffurfio cropian o baneli wal integredig hyperbolig, sy'n gwrthsefyll cyrydiad ac nad oes angen cotio alwminiwm arno. O'i gymharu ag aloi 2524, gall strwythur panel wal cyffredinol y ffiwslawdd gyflawni gostyngiad pwysau strwythurol o 5%. Defnyddiwyd y ddalen aloi alwminiwm scandiwm AA5024-H116 a gynhyrchwyd gan Aili Aluminum Company i gynhyrchu cydrannau strwythurol ffiwslawdd awyrennau a llongau gofod. Trwch nodweddiadol y ddalen aloi AA5024-H116 yw 1.6mm i 8.0mm, ac oherwydd ei dwysedd isel, ei phriodweddau mecanyddol cymedrol, ei gwrthiant cyrydiad uchel, a'i gwyriad dimensiynol llym, gall ddisodli aloi 2524 fel deunydd croen y ffiwslawdd. Ar hyn o bryd, mae'r ddalen aloi AA5024-H116 wedi'i hardystio gan Airbus AIMS03-04-055. Ym mis Rhagfyr 2018, rhyddhaodd Weinyddiaeth Diwydiant a Thechnoleg Gwybodaeth Tsieina'r "Catalog Arweiniol ar gyfer y Swp Cyntaf o Arddangosiadau Cymwysiadau Eilaidd o Ddeunyddiau Newydd Allweddol (Rhifyn 2018)", a oedd yn cynnwys "ocsid scandiwm purdeb uchel" yng nghatalog datblygu'r diwydiant deunyddiau newydd. Yn 2019, rhyddhaodd Weinyddiaeth Diwydiant a Thechnoleg Gwybodaeth Tsieina'r "Catalog Arweiniol ar gyfer y Swp Cyntaf o Gymwysiadau Arddangos o Ddeunyddiau Newydd Allweddol (Rhifyn 2019)", a oedd yn cynnwys "deunyddiau prosesu aloi alwminiwm sy'n cynnwys Sc a gwifrau weldio Al Si Sc" yng nghatalog datblygu'r diwydiant deunyddiau newydd. Mae China Aluminum Group Northeast Light Alloy wedi datblygu aloi cyfres Al Mg Sc Zr 5B70 sy'n cynnwys scandiwm a sirconiwm. O'i gymharu â'r aloi cyfres Al Mg 5083 traddodiadol heb scandiwm a sirconiwm, mae ei gynnyrch a'i gryfder tynnol wedi cynyddu mwy na 30%. Ar ben hynny, gall yr aloi Al Mg Sc Zr gynnal ymwrthedd cyrydiad cymharol â'r aloi 5083. Ar hyn o bryd, y prif fentrau domestig â gradd ddiwydiannolaloi alwminiwm scandiwmcapasiti cynhyrchu yw Northeast Light Alloy Company a Southwest Aluminum Industry. Gall y ddalen aloi alwminiwm scandiwm 5B70 maint mawr a ddatblygwyd gan Northeast Light Alloy Co., Ltd. gyflenwi platiau trwchus aloi alwminiwm mawr gyda thrwch mwyaf o 70mm a lled mwyaf o 3500mm; Gellir addasu cynhyrchion dalen denau a chynhyrchion proffil ar gyfer cynhyrchu, gydag ystod trwch o 2mm i 6mm a lled mwyaf o 1500mm. Mae Southwest Aluminum wedi datblygu deunydd 5K40 yn annibynnol ac wedi gwneud cynnydd sylweddol wrth ddatblygu platiau tenau. Mae aloi Al Zn Mg yn aloi caledu amser gyda chryfder uchel, perfformiad prosesu da, a pherfformiad weldio rhagorol. Mae'n ddeunydd strwythurol anhepgor a phwysig mewn cerbydau trafnidiaeth cyfredol fel awyrennau. Ar sail AlZn Mg weldiadwy cryfder canolig, gall ychwanegu elfennau aloi scandiwm a sirconiwm ffurfio nanoronynnau Al3 (Sc, Zr) bach a gwasgaredig yn y microstrwythur, gan wella'n sylweddol y priodweddau mecanyddol a'r ymwrthedd i gyrydiad straen yr aloi. Mae Canolfan Ymchwil Langley NASA wedi datblygu aloi alwminiwm scandiwm teiran gyda'r gradd C557, sy'n barod i'w gymhwyso mewn teithiau model. Mae cryfder statig, lledaeniad crac, a chaledwch torri'r aloi hwn ar dymheredd isel (-200 ℃), tymheredd ystafell, a thymheredd uchel (107 ℃) i gyd yn hafal i neu'n well na rhai aloi 2524. Mae Prifysgol Northwestern yn yr Unol Daleithiau wedi datblygu'r aloi alwminiwm cryfder uwch-uchel cyfres 7000 aloi AlZn Mg Sc, gyda chryfder tynnol hyd at 680MPa. Mae patrwm o ddatblygiad ar y cyd rhwng aloi alwminiwm scandiwm cryfder canolig uchel ac Al Zn Mg Sc cryfder uwch-uchel wedi'i ffurfio. Mae aloi Al Zn Mg Cu Sc yn aloi alwminiwm cryfder uchel gyda chryfder tynnol sy'n fwy nag 800 MPa. Ar hyn o bryd, mae cyfansoddiad enwol a pharamedrau perfformiad sylfaenol y prif raddau oaloi alwminiwm scandiwmwedi'u crynhoi fel a ganlyn, fel y dangosir yn Nhablau 1 a 2.
Tabl 1 | Cyfansoddiad Enwol Aloi Alwminiwm Scandiwm
Tabl 2 | Microstrwythur a Phriodweddau Tynnol Aloi Alwminiwm Scandiwm
Rhagolygon cymhwyso aloi alwminiwm scandiwm
Mae aloion Al Zn Mg Cu Sc ac Al CuLi Sc cryfder uchel wedi cael eu defnyddio ar gydrannau strwythurol sy'n dwyn llwyth, gan gynnwys jetiau ymladd Rwsiaidd MiG-21 a MiG-29. Mae dangosfwrdd y llong ofod Rwsiaidd “Mars-1″ wedi'i wneud o aloi alwminiwm sgandiwm 1570, gyda gostyngiad pwysau cyfan o 20%. Mae cydrannau dwyn llwyth modiwl offeryn y llong ofod Mars-96 wedi'u gwneud o aloi alwminiwm 1970 sy'n cynnwys sgandiwm, gan leihau pwysau'r modiwl offeryn 10%. Yn rhaglen “Clean Sky” a phrosiect “2050 Flight Route” yr UE, cynhaliodd Airbus ddylunio drysau dal cargo integredig, ymchwil a datblygu, gweithgynhyrchu, a hediadau prawf gosod ar gyfer awyrennau A321 yn seiliedig ar yr aloi sgandiwm alwminiwm gradd olynydd AA5028-H116 o aloi sgandiwm alwminiwm 5024. Dangosodd aloion sgandiwm alwminiwm a gynrychiolir gan AA5028 berfformiad prosesu a weldio rhagorol. Gan ddefnyddio technegau weldio uwch fel weldio troi ffrithiant a weldio laser i sicrhau cysylltiad dibynadwy o ddeunyddiau aloi alwminiwm sy'n cynnwys sgandiwm. Mae gweithredu “weldio yn lle rhybedu” yn raddol mewn strwythurau platiau tenau wedi'u hatgyfnerthu ag awyrennau nid yn unig yn cynnal cysondeb deunyddiau awyrennau a chyfanrwydd strwythurol, gan sicrhau gweithgynhyrchu effeithlon a chost isel, ond mae hefyd yn cael effeithiau lleihau pwysau a selio. Mae ymchwil cymhwyso aloi alwminiwm scandiwm 5B70 gan Sefydliad Ymchwil Deunyddiau Arbennig Awyrofod Tsieina wedi torri trwy dechnolegau nyddu cryf cydrannau trwch wal amrywiol, rheoli ymwrthedd cyrydiad a chyfateb cryfder, a rheoli straen gweddilliol weldio. Mae wedi paratoi gwifren weldio addasol aloi alwminiwm scandiwm, a gall cyfernod cryfder cymal weldio troi ffrithiant ar gyfer platiau trwchus yn yr aloi gyrraedd 0.92. Mae Academi Technoleg Gofod Tsieina, Prifysgol Canol De, ac eraill wedi cynnal profion perfformiad mecanyddol helaeth ac arbrofion proses ar y deunydd 5B70, wedi uwchraddio ac ailadrodd y cynllun dewis deunydd strwythurol ar gyfer 5A06, ac wedi dechrau cymhwyso'r aloi alwminiwm 5B70 i brif strwythur paneli wal atgyfnerthiedig cyffredinol caban wedi'i selio a chaban dychwelyd yr orsaf ofod. Mae panel wal cyffredinol y caban dan bwysau strwythur plât wedi'i gynllunio gyda chyfuniad o asennau croen ac atgyfnerthu, gan gyflawni integreiddio strwythurol uwch ac optimeiddio pwysau. Wrth wella anhyblygedd a chryfder cyffredinol, mae'n lleihau nifer a chymhlethdod cydrannau cysylltu, a thrwy hynny leihau pwysau ymhellach wrth gynnal perfformiad uchel. Gyda hyrwyddo cymhwyso peirianneg deunydd 5B70, bydd defnyddio deunydd 5B70 yn... cynyddu a rhagori'n raddol ar y trothwy cyflenwi lleiaf, a fydd yn helpu i sicrhau cynhyrchu parhaus ac ansawdd sefydlog deunyddiau crai, a lleihau prisiau deunyddiau crai yn sylweddol. Fel y soniwyd yn gynharach, er bod llawer o briodweddau aloion alwminiwm wedi'u gwella trwy ficroaloi scandiwm, mae pris uchel a phrinder scandiwm yn cyfyngu ar ystod cymhwysiad aloion alwminiwm scandiwm. O'i gymharu â deunyddiau aloi alwminiwm fel Al Cu, Al Zn, Al ZnMg, mae gan ddeunyddiau aloi alwminiwm sy'n cynnwys scandiwm briodweddau mecanyddol cynhwysfawr da, ymwrthedd cyrydiad, a nodweddion prosesu rhagorol, sy'n eu gwneud â rhagolygon cymhwysiad eang wrth weithgynhyrchu prif gydrannau strwythurol mewn meysydd diwydiannol fel awyrofod. Gyda dyfnhau parhaus ymchwil ar dechnoleg microaloi scandiwm a gwella'r gadwyn gyflenwi a'r paru cadwyn ddiwydiannol, bydd y ffactorau pris a chost sy'n cyfyngu ar gymhwysiad diwydiannol ar raddfa fawr aloion alwminiwm scandiwm yn gwella'n raddol. Mae'r priodweddau mecanyddol cynhwysfawr da, ymwrthedd cyrydiad, a nodweddion prosesu rhagorol aloion alwminiwm scandiwm yn eu gwneud â manteision lleihau pwysau strwythurol clir a photensial cymhwysiad eang ym maes gweithgynhyrchu offer awyrennau.
Amser postio: Hydref-29-2024