אַנטוויקלונג און אַפּליקאַציע פון ​​אַלומינום סקאַנדיום צומיש מאַטעריאַלס

אלס א לייכטע צומיש וואס איז קריטיש פאר אוויאציע טראנספארטאציע עקוויפמענט, די מאקראסקאפישע מעכאנישע אייגנשאפטן פון אלומיניום צומיש זענען ענג פארבונדן מיט זיין מיקראסטרוקטור. דורך ענדערן די הויפט צומיש עלעמענטן אין דער אלומיניום צומיש סטרוקטור, קען די מיקראסטרוקטור פון דער אלומיניום צומיש ווערן געענדערט, און די מאקראסקאפישע מעכאנישע אייגנשאפטן און אנדערע אייגנשאפטן (ווי קאראזיע קעגנשטאנד און וועַלדינג פאָרשטעלונג) פון דעם מאַטעריאַל קענען ווערן באדייטנד פארבעסערט. ביז איצט, איז מיקראצומישונג געווארן די מערסט פארשפרעכנדיקע טעכנאלאגישע אנטוויקלונג סטראַטעגיע פארן אפטימיזירן די מיקראסטרוקטור פון אלומיניום צומישן און פארבעסערן די פולשטענדיקע אייגנשאפטן פון אלומיניום צומיש מאַטעריאַלן.סקאַנדיום(Sc) איז דער עפעקטיווסטער מיקראָאַלויינג עלעמענט פֿאַרשטאַרקער באַקאַנט פֿאַר אַלומינום אַלויז. די סאָלוביליטי פון סקאַנדיום אין אַלומינום מאַטריץ איז ווייניקער ווי 0.35 wt.%, צולייגן שפּור אַמאַונץ פון סקאַנדיום עלעמענט צו אַלומינום אַלויז קען עפעקטיוו פֿאַרבעסערן זייער מיקראָסטרוקטור, קאָמפּרעהענסיוולי פֿאַרבעסערן זייער שטאַרקייט, כאַרדנאַס, פּלאַסטיסיטי, טערמאַל פעסטקייַט, און קעראָוזשאַן קעגנשטעל. סקאַנדיום האט קייפל גשמיות יפעקס אין אַלומינום אַלויז, אַרייַנגערעכנט האַרט לייזונג פֿאַרשטאַרקונג, פּאַרטיקל פֿאַרשטאַרקונג, און ינכיבישאַן פון ריקריסטאַליזאַטיאָן. דער אַרטיקל וועט באַקענען די היסטאָרישע אַנטוויקלונג, לעצטע פּראָגרעס, און פּאָטענציעל אַפּלאַקיישאַנז פון סקאַנדיום-כּולל אַלומינום אַלויז אין די פעלד פון אַוויאַציע ויסריכט מאַנופאַקטורינג.

פאָרשונג און אַנטוויקלונג פון אַלומינום סקאַנדיום צומיש

דאס צולייגן סקאנדיום אלס אן צומיש-עלעמענט צו אלומיניום צומישן קען מען צוריקפירן צו די 1960ער יארן. אין יענער צייט איז רוב פון דער ארבעט דורכגעפירט געווארן אין בינארישע AlSc און טערנערישע AlMgSc צומיש סיסטעמען. אין די 1970ער יארן האט דער בייקאו אינסטיטוט פון מעטאלורגיע און מאטעריאל וויסנשאפט פון דער סאוועטישער אקאדעמיע פון ​​וויסנשאפטן און דער אל-רוסישער אינסטיטוט פון ליכט צומיש פארשונג דורכגעפירט א סיסטעמאטישע שטודיע איבער דער פארעם און מעכאניזם פון סקאנדיום אין אלומיניום צומישן. נאך כמעט פערציג יאר פון מי, זענען 14 גראדן פון אלומיניום סקאנדיום צומישן אנטוויקלט געווארן אין דריי הויפט סעריעס (AlMgSc, AlLiSc, AlZnMgSc). די לייזלעכקייט פון סקאנדיום אטאמען אין אלומיניום איז נידעריג, און דורך ניצן צוגעפאסטע היץ באהאנדלונג פראצעסן, קענען הויך-דענסיטי Al3Sc נאנא אויסזעצונגען אויסזעצונגען. די אויסזעצונג פאזע איז כמעט ספעריש, מיט קליינע פארטיקלען און פארשפרייטע פארשפרייטונג, און האט א גוטע קאכערענטע באציאונג מיט דער אלומיניום מאטריץ, וואס קען שטארק פארבעסערן די צימער טעמפעראטור שטארקייט פון אלומיניום צומישן. דערצו, Al3Sc נאַנאָ פּרעסיפּיטאַטן האָבן גוטע טערמישע פעסטקייט און קעגנשטעל צו גראָבקייט ביי הויכע טעמפּעראַטורן (אין 400 ℃), וואָס איז גאָר נוצלעך פֿאַר די שטאַרקע היץ קעגנשטעל פון דער צומיש. אין רוסיש געמאַכטע אַלומינום סקאַנדיום צומישן, האט די 1570 צומיש געצויגן פיל אויפמערקזאַמקייט צוליב איר העכסטער שטאַרקייט און ברייטסטער אַפּליקאַציע. די צומיש ווייזט אויסגעצייכנטע פאָרשטעלונג אין די אַרבעט טעמפּעראַטור קייט פון -196 ℃ ביז 70 ℃ און האט נאַטירלעכע סופּערפּלאַסטיסיטי, וואָס קען פאַרבייַטן די רוסיש געמאַכטע LF6 אַלומינום צומיש (אַן אַלומינום מאַגנעזיום צומיש דער הויפּט צוזאַמענגעשטעלט פון אַלומינום, מאַגנעזיום, קופּער, מאַנגאַן און סיליקאָן) פֿאַר לאַסט-טראָגנדיקע וועַלדינג סטרוקטורן אין פליסיק זויערשטאָף מיטל, מיט באַדייטנד פֿאַרבעסערטע פאָרשטעלונג. דערצו, האט רוסלאַנד אויך דעוועלאָפּעד אַלומינום צינק מאַגנעזיום סקאַנדיום צומישן, רעפּרעזענטירט דורך 1970, מיט אַ מאַטעריאַל שטאַרקייט פון איבער 500MPa.

דער אינדוסטריאַליזאַציע סטאַטוס פוןאַלומינום סקאַנדיום צומיש

אין 2015, האט די אייראפעישע יוניאן ארויסגעגעבן די "אייראפעישע מעטאלורגישע וועג-מאפע: אויסזיכטן פאר פאבריקאנטן און ענד-יוזערס", פארשלאגנדיג צו שטודירן די שווייס-פעאיקייט פון אלומיניום.מאַגנעזיום סקאַנדיום אַלויזאין סעפטעמבער 2020, האט די אייראפעישע יוניאן ארויסגעגעבן א ליסטע פון ​​29 וויכטיגע מינעראלע רעסורסן, אריינגערעכנט סקאנדיום. די 5024H116 אלומיניום מאגנעזיום סקאנדיום צומיש אנטוויקלט דורך Ale Aluminum אין דייטשלאנד האט מיטלערע ביז הויכע שטארקייט און הויכע שאדן טאלעראנץ, מאכנדיג עס א זייער פארשפרעכנדיק מאטעריאל פאר פיוזאלאג הויט. עס קען גענוצט ווערן צו פארטרעטן טראדיציאנעלע 2xxx סעריע אלומיניום צומישן און איז אריינגערעכנט געווארן אין Airbus' AIMS03-01-055 מאטעריאל באשאפונג בוך. 5028 איז א פארבעסערטע גראד פון 5024, פאסיג פאר לייזער וועַלדינג און פריקציע סטיר וועַלדינג. עס קען דערגרייכן דעם קריפּ פארמינג פראצעס פון היפּערבאָלישע אינטעגראלע וואנט פאנעלן, וואס איז קעראָוזשאַן-קעגנשטעליק און פארלאנגט נישט קיין אלומיניום באַדעקונג. אין פארגלייך מיט 2524 צומיש, קען די אלגעמיינע וואנט פאנעל סטרוקטור פון די פיוזאלאג דערגרייכן א 5% סטרוקטורעלע וואָג רעדוקציע. די AA5024-H116 אלומיניום סקאנדיום צומיש בויגן פראדוצירט דורך Aili Aluminum Company איז גענוצט געווארן צו פאבריצירן עראפלאן פיוזאלאג און ספעיסקאפע סטרוקטורעלע קאמפאנענטן. די טיפּישע גרעב פון די AA5024-H116 צומיש בויגן איז 1.6 מם ביז 8.0 מם, און צוליב איר נידעריקע געדיכטקייט, מיטלמעסיגע מעכאנישע אייגנשאפטן, הויכע קעראָוזשאַן קעגנשטעל, און שטרענגע דימענסיאָנעלע אָפּנייגונג, קען עס פאַרבייטן 2524 צומיש ווי די פיוזאַלאַזש הויט מאַטעריאַל. איצט, די AA5024-H116 צומיש בויגן איז סערטיפיצירט דורך Airbus AIMS03-04-055. אין דעצעמבער 2018, האט די מיניסטעריום פון אינדוסטריע און אינפֿאָרמאַציע טעכנאָלאָגיע פון ​​כינע ארויסגעגעבן דעם "גיידינג קאַטאַלאָג פֿאַר די ערשטע באַטש פון סעקאַנדערי אַפּלאַקיישאַן דעמאַנסטריישאַנז פון שליסל נייַע מאַטעריאַלס (2018 אַדישאַן)", וואָס האט אַרייַנגערעכנט "הויך-ריינקייט סקאַנדיום אָקסייד" אין די אַנטוויקלונג קאַטאַלאָג פון די נייַע מאַטעריאַלס אינדוסטריע. אין 2019, האט די מיניסטעריום פון אינדוסטריע און אינפֿאָרמאַציע טעכנאָלאָגיע פון ​​כינע ארויסגעגעבן דעם "גיידינג קאַטאַלאָג פֿאַר די ערשטע באַטש פון דעמאַנסטריישאַן אַפּלאַקיישאַנז פון שליסל נייַע מאַטעריאַלס (2019 אַדישאַן)", וואָס האט אַרייַנגערעכנט "Sc קאַנטיינינג אַלומינום צומיש פּראַסעסינג מאַטעריאַלס און Al Si Sc וועַלדינג דראָטן" אין די אַנטוויקלונג קאַטאַלאָג פון די נייַע מאַטעריאַלס אינדוסטריע. כינע אַלומינום גרופע נאָרטהעאַסט לייט אַללוי האט דעוועלאָפּעד אַן אַל מג סק זר סעריע 5ב70 אַללוי וואָס כּולל סקאַנדיום און צירקאָניום. קאַמפּערד מיט די טראַדיציאָנעלע אַל מג סעריע 5083 אַללוי אָן סקאַנדיום און צירקאָניום, זיין ייעלד און טענסאַל שטאַרקייט האָבן געוואקסן מיט מער ווי 30%. דערצו, די אַל מג סק זר אַללוי קען האַלטן פאַרגלייַכלעך קעראָוזשאַן קעגנשטעל צו די 5083 אַללוי. אין דער איצטיקער צייט, די הויפּט היגע ענטערפּרייזיז מיט אינדוסטריעל גראַדאַלומינום סקאַנדיום צומישפּראָדוקציע קאַפּאַציטעט זענען נאָרטהעאַסט לייט אַללוי קאָמפּאַני און סאַוטוועסט אַלומינום אינדוסטריע. די גרויס-גרייס 5B70 אַלומינום סקאַנדיום אַללוי בויגן דעוועלאָפּעד דורך נאָרטהעאַסט לייט אַללוי קאָו., לטד. קענען צושטעלן גרויס אַלומינום אַללוי דיקע פּלאַטעס מיט אַ מאַקסימום גרעב פון 70 מם און אַ מאַקסימום ברייט פון 3500 מם; דין בויגן פּראָדוקטן און פּראָפיל פּראָדוקטן קענען זיין קאַסטאַמייזד פֿאַר פּראָדוקציע, מיט אַ גרעב קייט פון 2 מם צו 6 מם און אַ מאַקסימום ברייט פון 1500 מם. סאַוטוועסט אַלומינום האט ינדיפּענדאַנטלי דעוועלאָפּעד 5K40 מאַטעריאַל און געמאכט באַטייטיק פּראָגרעס אין דער אַנטוויקלונג פון דין פּלאַטעס. אַל זן מג אַללוי איז אַ צייט כאַרדאַנינג אַללוי מיט הויך שטאַרקייט, גוט פּראַסעסינג פאָרשטעלונג, און ויסגעצייכנט וועַלדינג פאָרשטעלונג. עס איז אַ ינדיספּענסאַבאַל און וויכטיק סטראַקטשעראַל מאַטעריאַל אין קראַנט טראַנספּאָרטאַטיאָן וועהיקלעס אַזאַ ווי עראָפּלאַנען. אויף דער באַזע פון ​​מיטל שטאַרקייט וועַלדיאַבאַל אַלזן מג, אַדינג סקאַנדיום און זירקאָניום אַללוי עלעמענטן קענען פאָרעם קליין און דיספּערסט אַל3 (Sc, Zr) נאַנאָפּאַרטיקלעס אין די מיקראָסטרוקטור, באַטייטיק ימפּרוווינג די מעטשאַניקאַל פּראָפּערטיעס און דרוק קעראָוזשאַן קעגנשטעל פון די אַללוי. דער לאַנגלי ריסערטש צענטער פון נאַסאַ האָט אַנטוויקלט אַ טערנערי אַלומינום סקאַנדיום צומיש מיטן גראַד C557, וואָס איז גרייט צו ווערן גענוצט אין מאָדעל מיסיעס. די סטאַטישע שטאַרקייט, ריס פאַרשפּרייטונג, און בראָך טאַפנאַס פון דעם צומיש ביי נידעריק טעמפּעראַטור (-200 ℃), צימער טעמפּעראַטור, און הויך טעמפּעראַטור (107 ℃) זענען אַלע גלייך צו אָדער בעסער ווי די פון 2524 צומיש. נאָרטוועסטערן אוניווערסיטעט אין די פאַרייניקטע שטאַטן האָט אַנטוויקלט די AlZn Mg Sc צומיש 7000 סעריע אולטראַ-הויך שטאַרקייט אַלומינום צומיש, מיט אַ טענסיל שטאַרקייט פון ביז 680MPa. אַ מוסטער פון דזשוינט אַנטוויקלונג צווישן מיטל הויך שטאַרקייט אַלומינום סקאַנדיום צומיש און אולטראַ-הויך שטאַרקייט Al Zn Mg Sc איז געשאפן געוואָרן. Al Zn Mg Cu Sc צומיש איז אַ הויך-שטאַרקייט אַלומינום צומיש מיט אַ טענסיל שטאַרקייט יקסידינג 800 MPa. איצט, די נאָמינאַל קאַמפּאַזישאַן און גרונט פאָרשטעלונג פּאַראַמעטערס פון די הויפּט גראַדעס פוןאַלומינום סקאַנדיום צומישווערן צוזאַמענגעפאַסט ווי פאלגנד, ווי געוויזן אין טאַבעלעס 1 און 2.

טאַבעלע 1 | נאָמינאַלע צוזאַמענשטעל פון אַלומינום סקאַנדיום צומיש

טאַבעלע 2 | מיקראָסטרוקטור און ציענדיקע אייגנשאַפטן פון אַלומינום סקאַנדיום צומיש

אַפּליקאַציע פּראַספּעקס פון אַלומינום סקאַנדיום צומיש

הויך שטאַרקייט אַל-זן, מג קופּער סק און אַל-קולי סק אַלויז זענען געווענדט געוואָרן צו לאַסט-טראָגנדיקע סטרוקטורעלע קאָמפּאָנענטן, אַרייַנגערעכנט די רוסישע מיג-21 און מיג-29 קעמפער דזשעטס. די דעשבאָרד פון דער רוסישער ראַקעטע "מאַרס-1" איז געמאַכט פון 1570 אַלומינום סקאַנדיום צומיש, מיט אַ גאַנץ וואָג רעדוקציע פון ​​20%. די לאַסט-טראָגנדיקע קאָמפּאָנענטן פון דעם אינסטרומענט מאָדול פון דער מאַרס-96 ראַקעטע זענען געמאַכט פון 1970 אַלומינום צומיש מיט סקאַנדיום, וואָס רעדוצירט דאָס וואָג פון דעם אינסטרומענט מאָדול מיט 10%. אין דעם "קלין סקיי" פּראָגראַם און די אי.יו.'ס "2050 פלייט רוט" פּראָיעקט, האָט עירבאַס דורכגעפירט אינטעגרירטע לאַסט-האַלדער טיר פּלאַן, פאָרשונג און אַנטוויקלונג, מאַנופאַקטורינג, און ינסטאַלירונג טעסט פלייטס פֿאַר A321 ערקראַפט באַזירט אויף דעם סאַקסעסער גראַד AA5028-H116 אַלומינום סקאַנדיום צומיש פון 5024 אַלומינום סקאַנדיום צומיש. אַלומינום סקאַנדיום צומישן רעפּרעזענטירט דורך AA5028 האָבן דעמאָנסטרירט ויסגעצייכנט פּראַסעסינג און וועַלדינג פאָרשטעלונג. ניצן אַוואַנסירטע וועַלדינג טעקניקס אַזאַ ווי רייַבונג סטיר וועַלדינג און לאַזער וועַלדינג צו דערגרייכן אַ פאַרלאָזלעך פֿאַרבינדונג פון סקאַנדיום-מיט אַלומינום צומיש מאַטעריאַלן. די גראַדואַל ימפּלאַמענטיישאַן פון "וועַלדינג אַנשטאָט ריוועטינג" אין ערקראַפט ריינפאָרסט דין פּלאַטע סטרוקטורן ניט בלויז מיינטיינז די קאָנסיסטענסי פון ערקראַפט מאַטעריאַלן און סטרוקטוראַל אָרנטלעכקייט, דערגרייכן עפעקטיוו און נידעריק-קאָסט מאַנופאַקטורינג, אָבער אויך האט וואָג רעדוקציע און סילינג יפעקץ. די אַפּליקאַציע פאָרשונג פון אַלומינום סקאַנדיום 5B70 צומיש דורך טשיינאַ אַעראָספּייס ספּעציעלע מאַטעריאַלס פאָרשונג אינסטיטוט האט דורכגעבראָכן די טעקנאַלאַדזשיז פון שטאַרק ספּינינג פון וועריאַבאַל וואַנט גרעב קאַמפּאָונאַנץ, קאָנטראָל פון קעראָוזשאַן קעגנשטעל און שטאַרקייט מאַטשינג, און קאָנטראָל פון וועַלדינג רעזידועל דרוק. עס האט צוגעגרייט אַלומינום סקאַנדיום צומיש אַדאַפּטיוו וועַלדינג דראָט, און די דזשוינט שטאַרקייט קאָואַפישאַנט פון רייַבונג סטיר וועַלדינג פֿאַר דיק פּלאַטעס אין די צומיש קענען דערגרייכן 0.92. טשיינאַ אַקאַדעמי פון ספּייס טעכנאָלאָגיע, סענטראַל דרום אוניווערסיטעט, און אנדערע האָבן דורכגעפירט ברייט מעטשאַניקאַל פאָרשטעלונג טעסטינג און פּראָצעס עקספּערימענטן אויף די 5B70 מאַטעריאַל, אַפּגריידיד און יטערייטיד די סטראַקטשעראַל מאַטעריאַל סעלעקציע סכעמע פֿאַר 5A06, און האָבן אָנגעהויבן צו צולייגן די 5B70 אַלומינום צומיש צו די הויפּט סטרוקטור פון די קוילעלדיק ריינפאָרסט וואַנט פּאַנאַלז פון די ספּייס סטאַנציע ס געחתמעט קאַבין און צוריקקומען קאַבין. די קוילעלדיק וואַנט פּאַנעל פון די פּלאַטע סטרוקטור דרוק קאַבין איז דיזיינד מיט אַ קאָמבינאַציע פון ​​הויט און ריינפאָרסט ריבס, דערגרייכן העכער סטראַקטשעראַל ינטאַגריישאַן און וואָג אָפּטימיזאַטיאָן. בשעת ימפּרוווינג קוילעלדיק רידזשידאַטי און שטאַרקייט, עס ראַדוסאַז די נומער און קאָמפּלעקסיטי פון קאַנעקטינג קאַמפּאָונאַנץ, דערמיט ווייַטער רידוסינג וואָג בשעת מיינטיינינג הויך פאָרשטעלונג. מיט די העכערונג פון די אַפּלאַקיישאַן פון 5B70 מאַטעריאַל אינזשעניריע, די נוצן פון 5B70 מאַטעריאַל וועט ביסלעכווייַז פאַרגרעסערן און יקסיד די מינימום צושטעלן שוועל, וואָס וועט העלפֿן ענשור די קאַנטיניואַס פּראָדוקציע און סטאַביל קוואַליטעט פון רוי מאַטעריאַלס, און באַדייטנד רעדוצירן רוי מאַטעריאַל פּרייסיז. ווי דערמאנט פריער, כאָטש פילע פּראָפּערטיעס פון אַלומינום אַלויז זענען פֿאַרבעסערט געוואָרן דורך סקאַנדיום מיקראָאַללויינג, די הויך פּרייַז און מאַנגל פון סקאַנדיום באַגרענעצן די אַפּלאַקיישאַן קייט פון אַלומינום סקאַנדיום אַלויז. קאַמפּערד מיט אַלומינום אַלומינום מאַטעריאַלס אַזאַ ווי אַל קו, אַל זן, אַל זנמג, סקאַנדיום-האַלטנדיק אַלומינום אַלומינום מאַטעריאַלס האָבן גוטע קאָמפּרעהענסיוו מעטשאַניקאַל פּראָפּערטיעס, קעראָוזשאַן קעגנשטעל, און ויסגעצייכנט פּראַסעסינג קעראַקטעריסטיקס, וואָס מאַכן זיי האָבן ברייט אַפּלאַקיישאַן פּראַספּעקס אין די מאַנופאַקטורינג פון הויפּט סטראַקטשעראַל קאַמפּאָונאַנץ אין ינדאַסטריאַל פעלדער אַזאַ ווי אַעראָספּייס. מיט די קאַנטיניואַסלי טיפינג פון פאָרשונג אויף סקאַנדיום מיקראָאַללויינג טעכנאָלאָגיע און די פֿאַרבעסערונג פון צושטעלן קייט און ינדאַסטריאַל קייט מאַטשינג, די פּרייַז און קאָסטן סיבות וואָס באַגרענעצן די גרויס-וואָג ינדאַסטריאַל אַפּלאַקיישאַן פון סקאַנדיום אַלומינום אַלויז וועט ביסלעכווייַז פֿאַרבעסערן. די גוטע קאָמפּרעהענסיוו מעטשאַניקאַל פּראָפּערטיעס, קעראָוזשאַן קעגנשטעל, און ויסגעצייכנט פּראַסעסינג קעראַקטעריסטיקס פון אַלומינום סקאַנדיום אַלויז מאַכן זיי האָבן קלאָר סטראַקטשעראַל וואָג רעדוקציע אַדוואַנידזשיז און ברייט אַפּלאַקיישאַן פּאָטענציעל אין די פעלד פון אַוויאַציע ויסריכט מאַנופאַקטורינג.