Авиациялық көлік техникасы үшін шешуші маңызы бар жеңіл қорытпа ретінде алюминий қорытпасының макроскопиялық механикалық қасиеттері оның микроқұрылымымен тығыз байланысты. Алюминий қорытпасының құрылымындағы негізгі легирлеуші элементтерді өзгерту арқылы алюминий қорытпасының микроқұрылымын өзгертуге болады, ал материалдың макроскопиялық механикалық қасиеттерін және басқа қасиеттерін (мысалы, коррозияға төзімділігі және дәнекерлеу өнімділігі) айтарлықтай жақсартуға болады. Осы уақытқа дейін микроқорытпа алюминий қорытпаларының микроқұрылымын оңтайландыру және алюминий қорытпасы материалдарының жан-жақты қасиеттерін жақсарту үшін ең перспективалы технологиялық даму стратегиясына айналды.Скандий(Sc) алюминий қорытпалары үшін белгілі микроқорытпа элементтердің ең тиімді күшейткіші болып табылады. Алюминий матрицасында скандийдің ерігіштігі 0,35 масс.%-дан аз, алюминий қорытпаларына скандий элементінің микроқұрылымын тиімді түрде қосу олардың беріктігін, қаттылығын, пластикасын, термиялық тұрақтылығын және коррозияға төзімділігін жан-жақты жақсартуға мүмкіндік береді. Скандий алюминий қорытпаларында қатты ерітіндіні нығайтуды, бөлшектерді күшейтуді және қайта кристалдануды тежеуді қоса алғанда, көптеген физикалық әсерлерге ие. Бұл мақалада скандий бар алюминий қорытпаларының тарихи дамуы, соңғы жетістіктері және авиациялық техниканы өндіру саласындағы әлеуетті қолданылуы таныстырылады.
Алюминий скандий қорытпасын зерттеу және әзірлеу
Скандийдің алюминий қорытпаларына легірлеуші элемент ретінде қосылуын 1960 жылдардан байқауға болады. Ол кезде жұмыстың көп бөлігі екілік Al Sc және үштік AlMg Sc қорытпа жүйелерінде жүргізілді. 1970 жылдары КСРО Ғылым академиясының Байков атындағы Металлургия және материалтану институты мен Бүкілресейлік жеңіл қорытпалар ғылыми-зерттеу институты алюминий қорытпаларындағы скандийдің формасы мен механизміне жүйелі зерттеу жүргізді. Қырық жылға жуық күш-жігерден кейін үш негізгі серияда (Al Mg Sc, Al Li Sc, Al Zn Mg Sc) алюминий скандий қорытпаларының 14 сорты әзірленді. Алюминийдегі скандий атомдарының ерігіштігі төмен және сәйкес термиялық өңдеу процестерін қолдану арқылы тығыздығы жоғары Al3Sc нано тұнбаларды тұндыруға болады. Бұл жауын-шашын фазасы сфералық дерлік, ұсақ бөлшектері және дисперсті таралуы және алюминий матрицасымен жақсы когерентті байланысы бар, бұл алюминий қорытпаларының бөлме температурасының беріктігін айтарлықтай жақсарта алады. Сонымен қатар, Al3Sc нано тұнбалары жоғары температурада (400 ℃ шегінде) жақсы термиялық тұрақтылыққа және іріленуге төзімділікке ие, бұл қорытпаның күшті ыстыққа төзімділігі үшін өте пайдалы. Ресейде жасалған алюминий скандий қорытпаларында 1570 қорытпасы ең жоғары беріктігі мен кең қолданылуына байланысты көп назар аударды. Бұл қорытпа жұмыс температурасының -196 ℃-ден 70 ℃ аралығындағы диапазонында тамаша өнімділікті көрсетеді және табиғи суперпластикаға ие, ол ресейлік LF6 алюминий қорытпасын (негізінен алюминий, магний, мыс, марганец және кремнийден тұратын алюминий магний қорытпасы) алмастыра алады, жүк көтергіш дәнекерлеу құрылымдары үшін сұйық ортада айтарлықтай жақсартады. Сонымен қатар, Ресей сонымен қатар 1970 жылы ұсынылған, 500 МПа-дан асатын материалдың беріктігі бар алюминий мырыш магний скандий қорытпаларын әзірледі.
Индустрияландыру жағдайыАлюминий скандий қорытпасы
2015 жылы Еуропалық Одақ алюминийдің дәнекерлеу қабілетін зерттеуді ұсынатын «Еуропалық металлургиялық жол картасы: өндірушілер мен түпкі тұтынушылардың болашағы» шығарды.магний скандий қорытпалары. 2020 жылдың қыркүйегінде Еуропалық Одақ 29 негізгі минералдық ресурстардың, соның ішінде скандийдің тізімін шығарды. Германияда Ale Aluminium жасаған 5024H116 алюминий магний скандий қорытпасы орташа және жоғары беріктікке және жоғары зақымға төзімділікке ие, бұл оны фюзеляж терісі үшін өте перспективалы материал етеді. Оны дәстүрлі 2xxx сериялы алюминий қорытпаларын ауыстыру үшін пайдалануға болады және Airbus компаниясының AIMS03-01-055 материалды сатып алу кітабына енгізілген. 5028 лазерлік дәнекерлеу және үйкеліс араластырғыш дәнекерлеу үшін жарамды 5024 жақсартылған сорты. Ол коррозияға төзімді және алюминий жабындысын қажет етпейтін гиперболалық интегралды қабырғалық панельдердің сусымалы қалыптасу процесіне қол жеткізе алады. 2524 қорытпасымен салыстырғанда, фюзеляждың жалпы қабырғалық панель құрылымы құрылымдық салмақты 5% төмендетуге қол жеткізе алады. Aili Aluminium Company шығарған AA5024-H116 алюминий скандий қорытпасы ұшақтың фюзеляжын және ғарыш аппаратының құрылымдық компоненттерін өндіру үшін пайдаланылды. AA5024-H116 қорытпасының әдеттегі қалыңдығы 1,6 мм-ден 8,0 мм-ге дейін және оның төмен тығыздығына, орташа механикалық қасиеттеріне, жоғары коррозияға төзімділігіне және қатаң өлшемдік ауытқуына байланысты фюзеляж тері материалы ретінде 2524 қорытпасын алмастыра алады. Қазіргі уақытта AA5024-H116 қорытпасының парағы Airbus AIMS03-04-055 арқылы сертификатталған. 2018 жылдың желтоқсанында Қытайдың Индустрия және ақпараттық технологиялар министрлігі жаңа материалдар өнеркәсібінің даму каталогына «жоғары таза скандий оксиді» енгізілген «Негізгі жаңа материалдардың екінші реттік қолданбалы демонстрацияларының бірінші партиясын (2018 жылғы шығарылым)» жетекші каталогын» шығарды. 2019 жылы Қытайдың Индустрия және ақпараттық технологиялар министрлігі жаңа материалдар өнеркәсібінің даму каталогында «Құрамында алюминий қорытпасын өңдеу материалдары және Al Si Sc дәнекерлеу сымдары бар Sc» енгізілген «Негізгі жаңа материалдардың демонстрациялық қосымшаларының бірінші партиясы үшін нұсқаулық каталогын» шығарды (2019 жылғы басылым). Қытай алюминий тобы солтүстік-шығыс жеңіл қорытпасы құрамында скандий мен цирконий бар Al Mg Sc Zr сериялы 5B70 қорытпасын жасады. Скандий мен цирконийсіз дәстүрлі Al Mg сериялы 5083 қорытпасымен салыстырғанда оның шығымдылығы мен созылу беріктігі 30%-дан астамға артты. Сонымен қатар, Al Mg Sc Zr қорытпасы 5083 қорытпасымен салыстырмалы коррозияға төзімділікті сақтай алады. Қазіргі уақытта өнеркәсіптік класы бар негізгі отандық кәсіпорындаралюминий скандий қорытпасыөндірістік қуаттылығы Солтүстік-Шығыс жеңіл қорытпасы компаниясы және Оңтүстік-Батыс алюминий өнеркәсібі. Northeast Light Alloy Co., Ltd әзірлеген үлкен өлшемді 5B70 алюминий скандий қорытпасы қалыңдығы 70 мм және ең үлкен ені 3500 мм болатын үлкен алюминий қорытпасының қалың пластиналарын жеткізе алады; Жұқа қаңылтыр бұйымдары мен профильді бұйымдар өндіріске бейімделуі мүмкін, қалыңдығы 2 мм-ден 6 мм-ге дейін және ең үлкен ені 1500 мм. Southwest Aluminium 5K40 материалын өз бетінше әзірледі және жұқа тақталарды әзірлеуде айтарлықтай жетістіктерге жетті. Al Zn Mg қорытпасы жоғары беріктігі, жақсы өңдеу өнімділігі және тамаша дәнекерлеу өнімділігі бар уақытты қатайтатын қорытпа болып табылады. Бұл ұшақтар сияқты қазіргі көлік құралдарында таптырмас және маңызды құрылымдық материал. Орташа беріктікте дәнекерленген AlZn Mg негізінде скандий және цирконий қорытпасының элементтерін қосу микроқұрылымда шағын және дисперсті Al3 (Sc, Zr) нанобөлшектерін құра алады, бұл қорытпаның механикалық қасиеттері мен кернеулі коррозияға төзімділігін айтарлықтай жақсартады. NASA-ның Лангли зерттеу орталығы C557 маркалы үштік алюминий скандий қорытпасын жасады, ол модельдік миссияларда қолдануға дайын. Төмен температурада (-200 ℃), бөлме температурасында және жоғары температурада (107 ℃) бұл қорытпаның статикалық беріктігі, жарықшақтардың таралуы және сынуға төзімділігі 2524 қорытпасына тең немесе одан жақсырақ. Америка Құрама Штаттарындағы Солтүстік-Батыс университеті 680 МПа-ға дейінгі созылу беріктігі бар AlZn Mg Sc 7000 сериялы өте жоғары берік алюминий қорытпасын жасады. Орташа жоғары беріктігі бар алюминий скандий қорытпасы мен өте жоғары берік Al Zn Mg Sc арасындағы бірлескен даму үлгісі қалыптасты. Al Zn Mg Cu Sc қорытпасы – созылу беріктігі 800 МПа асатын жоғары берік алюминий қорытпасы. Қазіргі уақытта негізгі сорттардың номиналды құрамы мен негізгі өнімділік параметрлеріалюминий скандий қорытпасы1 және 2-кестелерде көрсетілгендей төмендегідей жинақталған.
Кесте 1 | Алюминий скандий қорытпасының номиналды құрамы
Кесте 2 | Алюминий скандий қорытпасының микроқұрылымы және созылу қасиеттері
Скандий алюминий қорытпасын қолдану перспективалары
Жоғары беріктіктегі Al Zn Mg Cu Sc және Al CuLi Sc қорытпалары жүк көтергіш құрылымдық компоненттерге, соның ішінде ресейлік МиГ-21 және МиГ-29 жойғыш ұшақтарына қолданылды. «Марс-1» ресейлік ғарыш кемесінің бақылау тақтасы жалпы салмағы 20% төмендетілген 1570 алюминий скандий қорытпасынан жасалған.Марс-96 ғарыш кемесі аспаптық модулінің жүк көтергіш құрамдас бөліктері құрамында скандий бар 1970 жылғы алюминий қорытпасынан жасалған, аспаптық модуль салмағын E10% төмендетеді. «2050 Flight Route» жобасы, Airbus AA5028-H116 алюминий скандий қорытпасының 5024 алюминий скандий қорытпасының ізбасары негізінде A321 ұшақтары үшін біріктірілген жүк қоймасының дизайнын, зерттеулерін және әзірлемелерін жасады Құрамында алюминий қорытпасы бар материалдардың сенімді қосылуына қол жеткізу үшін фрикционды араластырғыш дәнекерлеу және лазерлік дәнекерлеу сияқты жетілдірілген дәнекерлеу әдістері Ұшақ арматураланған жұқа пластина құрылымдарында «дәнекерлеуді» кезең-кезеңмен жүзеге асыру ұшақ материалдарының консистенциясы мен құрылымдық тұтастығын сақтап қана қоймайды, сонымен қатар өнімділік пен өнімділікті төмендетеді. Қытай аэроғарыштық арнайы материалдар ғылыми-зерттеу институты алюминий скандий 5B70 қорытпасын қолдануды зерттеу қабырғасының қалыңдығының құрамдас бөліктерін күшті иіру, коррозияға төзімділік пен беріктік сәйкестігін бақылау және дәнекерлеудің қалдық кернеуін бақылау технологиясын бұзды. 0.92. Қытай ғарыштық технологиялар академиясы, Орталық Оңтүстік университеті және басқалары 5B70 материалында ауқымды механикалық өнімділік сынағы мен технологиялық тәжірибелер жүргізді, 5A06 үшін құрылымдық материалды таңдау схемасын жаңартты және қайталады және 5В70 алюминий қорытпасын жалпы арматураланған кабинаның қабырғасының негізгі құрылымына қолдана бастады пластина құрылымының қысымды кабинасы жоғары құрылымдық интеграцияға және салмақты оңтайландыруға қол жеткізе отырып, қосылатын құрамдас бөліктердің саны мен күрделілігін төмендетеді, осылайша жоғары өнімділікті сақтай отырып, салмақты одан әрі азайтады. Шикізаттың үздіксіз өндірісін және тұрақты сапасын қамтамасыз етуге және шикізат бағасын айтарлықтай төмендетуге көмектесетін минималды жеткізу шегі, бұрын айтылғандай, алюминий қорытпаларының көптеген қасиеттері скандий микроқорытпалары арқылы жақсартылғанымен, скандийдің жоғары бағасы мен тапшылығы алюминий скандиялық қорытпаларының қолданылу аясын шектейді, мысалы, алюминий, алюминий, алюминий қорытпалары бар материалдармен салыстырғанда. жақсы жан-жақты механикалық қасиеттері, коррозияға төзімділігі және тамаша өңдеу сипаттамалары, олар аэроғарыш сияқты өнеркәсіптік салаларда негізгі құрылымдық компоненттерді өндіруде кең қолдану перспективаларына ие болады және жеткізу тізбегін және өнеркәсіптік тізбекті сәйкестендіруді жақсартумен бірге, алюминийдің кең ауқымды қолданылуын шектейді Алюминий скандий қорытпаларының жан-жақты механикалық қасиеттері, коррозияға төзімділігі және тамаша өңдеу сипаттамалары оларды құрылымдық салмақты азайтудың айқын артықшылықтарына және авиациялық техниканы өндіру саласында кең қолдану мүмкіндігіне ие етеді.
Хабарлама уақыты: 29 қазан 2024 ж