Sebagai paduan cahaya yang sangat penting untuk peralatan transportasi penerbangan, sifat mekanik makroskopis paduan aluminium terkait erat dengan struktur mikro. Dengan mengubah elemen paduan utama dalam struktur paduan aluminium, struktur mikro paduan aluminium dapat diubah, dan sifat mekanik makroskopik dan sifat lainnya (seperti resistensi korosi dan kinerja pengelasan) dari bahan dapat secara signifikan ditingkatkan. Hingga saat ini, mikroalloying telah menjadi strategi pengembangan teknologi yang paling menjanjikan untuk mengoptimalkan struktur mikro paduan aluminium dan meningkatkan sifat komprehensif bahan paduan aluminium.Skandium(SC) adalah penambah elemen mikro yang paling efektif yang dikenal untuk paduan aluminium. Kelarutan skandium dalam matriks aluminium kurang dari 0,35%berat, menambah sejumlah elemen skandium ke paduan aluminium dapat secara efektif meningkatkan struktur mikro mereka, secara komprehensif meningkatkan kekuatan, kekerasan, plastisitas, stabilitas termal, dan ketahanan korosi secara komprehensif. Skandium memiliki banyak efek fisik dalam paduan aluminium, termasuk penguatan solusi padat, penguatan partikel, dan penghambatan rekristalisasi. Artikel ini akan memperkenalkan pengembangan historis, kemajuan terbaru, dan aplikasi potensial dari skandium yang mengandung paduan aluminium di bidang manufaktur peralatan penerbangan.
Penelitian dan pengembangan paduan skandium aluminium
Penambahan skandium sebagai elemen paduan paduan aluminium dapat ditelusuri kembali ke tahun 1960 -an. Pada waktu itu, sebagian besar pekerjaan dilakukan dalam sistem paduan alm dan ternary almg sc. Pada tahun 1970 -an, Baykov Institute of Metalurgi dan Ilmu Material dari Akademi Ilmu Pengetahuan Soviet dan penelitian All Rusia Institute of Light Alloy melakukan studi sistematis tentang bentuk dan mekanisme skandium dalam paduan aluminium. Setelah hampir empat puluh tahun upaya, 14 kelas paduan aluminium skandium telah dikembangkan dalam tiga seri utama (Al MG SC, Al Li SC, Al Zn MG SC). Kelarutan atom skandium dalam aluminium rendah, dan dengan menggunakan proses perlakuan panas yang tepat, endapan Nano AL3SC dengan kepadatan tinggi dapat diendapkan. Fase presipitasi ini hampir bulat, dengan partikel kecil dan distribusi terdispersi, dan memiliki hubungan yang koheren yang baik dengan matriks aluminium, yang dapat sangat meningkatkan kekuatan suhu kamar dari paduan aluminium. Selain itu, endapan Nano AL3SC memiliki stabilitas termal yang baik dan resistensi kasar pada suhu tinggi (dalam 400 ℃), yang sangat bermanfaat untuk ketahanan panas yang kuat dari paduan. Dalam paduan skandium aluminium buatan Rusia, paduan 1570 telah menarik banyak perhatian karena kekuatan tertinggi dan aplikasi terluas. Paduan ini menunjukkan kinerja yang sangat baik dalam kisaran suhu kerja -196 ℃ hingga 70 ℃ dan memiliki superplastisitas alami, yang dapat menggantikan paduan aluminium LF6 Rusia (paduan magnesium aluminium. Paduan aluminium. Dengan cairan, magnesium, cairan, dan silikon, dengan cairan, dan silikon, dengan cairan, dan silikon, dengan magnesium, dengan magnesium, dan silikon, dengan cairan, dan silikon, dengan cairan, dan silikon, dengan cairan, dengan magnesium, dengan magnesium, dan silikon, dengan magnesium, dengan magnesium, dengan magnesium, dengan magnesium, dengan magnesium, dengan magnesium, dan silikon, dengan magnesium, dan silikon, dengan magnesium, dan silikon, dengan magnesium. Selain itu, Rusia juga telah mengembangkan aluminium zinc magnesium skandium paduan, diwakili pada tahun 1970, dengan kekuatan material lebih dari 500MPA.
Status industrialisasiPaduan Aluminium Skandium
Pada 2015, Uni Eropa merilis "peta jalan metalurgi Eropa: Prospek untuk Produsen dan Pengguna Akhir", mengusulkan untuk mempelajari las aluminiumPaduan magnesium skandium. Pada bulan September 2020, Uni Eropa merilis daftar 29 sumber daya mineral utama, termasuk Skandium. Paduan skandium aluminium magnesium 5024H116 yang dikembangkan oleh ale aluminium di Jerman memiliki kekuatan sedang hingga tinggi dan toleransi kerusakan tinggi, menjadikannya bahan yang sangat menjanjikan untuk kulit badan pesawat. Ini dapat digunakan untuk menggantikan paduan aluminium seri 2xxx tradisional dan telah dimasukkan dalam buku pengadaan materi AIMS03-01-055 Airbus. 5028 adalah nilai 5024 yang lebih baik, cocok untuk pengelasan laser dan pengelasan gesekan. Ini dapat mencapai proses pembentukan creep panel dinding integral hiperbolik, yang tahan korosi dan tidak memerlukan lapisan aluminium. Dibandingkan dengan 2524 paduan, struktur panel dinding keseluruhan dari badan pesawat dapat mencapai pengurangan berat struktural 5%. Lembar paduan aluminium skandium AA5024-H116 yang diproduksi oleh Aili Aluminium Company telah digunakan untuk memproduksi komponen pesawat pesawat terbang dan pesawat ruang angkasa. Ketebalan khas lembaran paduan AA5024-H116 adalah 1,6mm hingga 8.0mm, dan karena kepadatannya yang rendah, sifat mekanik sedang, resistansi korosi tinggi, dan deviasi dimensi yang ketat, ia dapat menggantikan 2524 paduan sebagai bahan kulit fuselage. Saat ini, lembar paduan AA5024-H116 telah disertifikasi oleh Airbus AIMS03-04-055. Pada bulan Desember 2018, Kementerian Industri dan Teknologi Informasi Tiongkok merilis "Katalog Panduan untuk Batch Pertama Demonstrasi Aplikasi Sekunder dari Bahan-Bahan Baru Utama (Edisi 2018)", yang termasuk "Skandium Oksida Kemurnian Tinggi" dalam katalog pengembangan industri bahan baru. Pada tahun 2019, Kementerian Industri dan Teknologi Informasi Tiongkok merilis "Katalog Panduan untuk Batch Pertama Aplikasi Demonstrasi Bahan -Bahan Baru Kunci (Edisi 2019)", yang termasuk "SC yang mengandung bahan pemrosesan paduan aluminium dan kabel pengelasan Al SI" dalam katalog pengembangan industri bahan baru. China Aluminium Group Northeast Light Alloy telah mengembangkan Al Mg SC ZR Series 5B70 paduan yang mengandung skandium dan zirkonium. Dibandingkan dengan paduan Al -Mg Seri 5083 tradisional tanpa skandium dan zirkonium, hasil dan kekuatan tariknya meningkat lebih dari 30%. Selain itu, paduan Al Mg SC ZR dapat mempertahankan resistensi korosi yang sebanding dengan paduan 5083. Saat ini, perusahaan domestik utama dengan nilai industriPaduan Aluminium SkandiumKapasitas produksi adalah Northeast Light Alloy Company dan industri aluminium barat daya. Lembar paduan skandium aluminium 5B70 berukuran besar yang dikembangkan oleh Northeast Light Alloy Co., Ltd. dapat memasok pelat tebal paduan aluminium besar dengan ketebalan maksimum 70mm dan lebar maksimum 3500mm; Produk lembaran tipis dan produk profil dapat disesuaikan untuk produksi, dengan kisaran ketebalan 2mm hingga 6mm dan lebar maksimum 1500mm. Aluminium barat daya telah secara independen mengembangkan bahan 5k40 dan membuat kemajuan yang signifikan dalam pengembangan pelat tipis. Paduan Al Zn Mg adalah paduan pengerasan waktu dengan kekuatan tinggi, kinerja pemrosesan yang baik, dan kinerja pengelasan yang sangat baik. Ini adalah bahan struktural yang sangat diperlukan dan penting dalam kendaraan transportasi saat ini seperti pesawat terbang. Atas dasar Alzn Mg yang dapat dilas oleh kekuatan sedang, menambahkan skandium dan elemen paduan zirkonium dapat membentuk nanopartikel Al3 (SC, SC, ZR) yang kecil dan tersebar di mikrostruktur, secara signifikan meningkatkan sifat mekanik dan resistensi korosi stres dari paduan. Langley Research Center of NASA telah mengembangkan paduan skandium aluminium ternary dengan kelas C557, yang siap diterapkan dalam misi model. Kekuatan statis, perambatan retak, dan ketangguhan patah dari paduan ini pada suhu rendah (-200 ℃), suhu kamar, dan suhu tinggi (107 ℃) semuanya sama atau lebih baik daripada paduan 2524. Universitas Northwestern di Amerika Serikat telah mengembangkan paduan aluminium Alzn MG SC Alloy 7000 Series Ultra-High Strength Aluminium, dengan kekuatan tarik hingga 680MPA. Pola perkembangan sendi antara paduan skandium aluminium kekuatan tinggi sedang dan kekuatan ultra-tinggi al zn mg sc telah terbentuk. Al zn mg cu sc alloy adalah paduan aluminium berkekuatan tinggi dengan kekuatan tarik melebihi 800 MPa. Saat ini, komposisi nominal dan parameter kinerja dasar dari nilai utamaPaduan Aluminium Skandiumdirangkum sebagai berikut, seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1 dan 2.
Tabel 1 | Komposisi nominal paduan skandium aluminium
Tabel 2 | Struktur mikro dan sifat tarik paduan aluminium skandium
Prospek aplikasi paduan aluminium skandium
Kekuatan tinggi al zn mg cu sc dan al culi sc paduan telah diterapkan pada komponen struktural yang mengandung beban, termasuk jet tempur MIG-21 dan MIG-29 Rusia. Dasbor pesawat ruang angkasa Rusia “Mars-1 ″ terbuat dari 1570 paduan skandium aluminium, dengan penurunan total berat 20%. Komponen penahan beban dari modul instrumen pesawat ruang angkasa MARS-96 terbuat dari skandium paduan aluminium tahun 1970 yang mengandung skandium, mengurangi berat modul instrumen sebesar 10%. Dalam program “Clean Sky” dan proyek “2050 Flight Route” UE, Airbus melakukan desain uji pintu penahan kargo terintegrasi, penelitian dan pengembangan, manufaktur, dan uji coba untuk pesawat A321 berdasarkan paduan aluminium skandium alloy AA5028-H116-H116. Paduan skandium aluminium yang diwakili oleh AA5028 menunjukkan kinerja pemrosesan dan pengelasan yang sangat baik. Memanfaatkan teknik pengelasan lanjutan seperti pengelasan gesekan dan pengelasan laser untuk mencapai koneksi yang andal dari skandium yang mengandung bahan paduan aluminium. Implementasi bertahap "pengelasan alih-alih memukau" dalam struktur pelat tipis yang diperkuat pesawat tidak hanya mempertahankan konsistensi bahan pesawat terbang dan integritas struktural, mencapai manufaktur yang efisien dan berbiaya rendah, tetapi juga memiliki pengurangan berat dan efek penyegelan. Penelitian aplikasi aluminium skandium 5b70 paduan oleh China Aerospace Special Material Research Institute telah menembus teknologi pemintalan yang kuat dari komponen ketebalan dinding variabel, kontrol ketahanan korosi dan pencocokan kekuatan, dan kontrol tegangan sisa pengelasan. Ini telah menyiapkan kawat pengelasan adaptif aluminium skandium, dan koefisien kekuatan sendi dari pengelasan gesekan gesekan untuk pelat tebal dalam paduan dapat mencapai 0,92. China Academy of Space Technology, Central South University, dan lainnya telah melakukan pengujian kinerja mekanik yang luas dan percobaan proses pada bahan 5B70, ditingkatkan dan diulangi skema pemilihan material struktural untuk 5A06, dan telah mulai menerapkan aluminium alloy 5B70 pada kabin yang disegel stasiun ruang angkasa. Panel dinding keseluruhan dari struktur pelat Kabin bertekanan dirancang dengan kombinasi iga kulit dan penguatan, mencapai integrasi struktural yang lebih tinggi dan optimasi berat. Sementara meningkatkan kekakuan dan kekuatan secara keseluruhan, ini mengurangi jumlah dan kompleksitas komponen penghubung, sehingga lebih lanjut mengurangi berat badan sambil mempertahankan kinerja tinggi. Dengan promosi penerapan rekayasa material 5B70, penggunaan bahan 5B70 secara bertahap akan meningkat dan melebihi ambang pasokan minimum, yang akan membantu memastikan produksi berkelanjutan dan kualitas stabil bahan baku, dan secara signifikan mengurangi harga bahan baku. Seperti yang disebutkan sebelumnya, meskipun banyak sifat paduan aluminium telah ditingkatkan melalui skandium microalloying, harga tinggi dan kelangkaan skandium membatasi kisaran aplikasi paduan skandium aluminium. Dibandingkan dengan bahan paduan aluminium seperti al cu, al zn, al znmg, skandium yang mengandung bahan paduan aluminium memiliki sifat mekanik komprehensif yang baik, resistensi korosi, dan karakteristik pemrosesan yang sangat baik, yang membuat mereka memiliki prospek aplikasi yang luas dalam pembuatan komponen struktural utama di bidang industri seperti aurospace. Dengan pendalaman penelitian yang terus-menerus tentang teknologi mikro skandium dan peningkatan rantai pasokan dan pencocokan rantai industri, faktor harga dan biaya yang membatasi aplikasi industri skala besar paduan aluminium skandium akan secara bertahap meningkat. Sifat mekanik komprehensif yang baik, resistensi korosi, dan karakteristik pemrosesan yang sangat baik dari paduan skandium aluminium membuatnya memiliki keunggulan pengurangan berat struktural yang jelas dan potensi aplikasi yang luas di bidang pembuatan peralatan penerbangan.
Waktu posting: Oktober-29-2024