Si një aliazh i lehtë që është thelbësor për pajisjet e transportit ajror, vetitë mekanike makroskopike të aliazhit të aluminit janë të lidhura ngushtë me mikrostrukturën e tij. Duke ndryshuar elementët kryesorë të aliazhit në strukturën e aliazhit të aluminit, mikrostruktura e aliazhit të aluminit mund të ndryshohet, dhe vetitë mekanike makroskopike dhe vetitë e tjera (si rezistenca ndaj korrozionit dhe performanca e saldimit) të materialit mund të përmirësohen ndjeshëm. Deri më tani, mikroaliazhimi është bërë strategjia më premtuese e zhvillimit teknologjik për optimizimin e mikrostrukturës së aliazheve të aluminit dhe përmirësimin e vetive gjithëpërfshirëse të materialeve të aliazhit të aluminit.Skandium(Sc) është përforcuesi më efektiv i elementit mikroaliazhues i njohur për lidhjet e aluminit. Tretshmëria e skandiumit në matricën e aluminit është më pak se 0.35% në peshë. Shtimi i sasive të vogla të elementit skandium në lidhjet e aluminit mund të përmirësojë në mënyrë efektive mikrostrukturën e tyre, të rrisë në mënyrë gjithëpërfshirëse forcën, fortësinë, plasticitetin, stabilitetin termik dhe rezistencën e tyre ndaj korrozionit. Skandiumi ka efekte të shumta fizike në lidhjet e aluminit, duke përfshirë forcimin në tretësirë të ngurtë, forcimin e grimcave dhe frenimin e rikristalizimit. Ky artikull do të prezantojë zhvillimin historik, progresin më të fundit dhe zbatimet e mundshme të lidhjeve të aluminit që përmbajnë skandium në fushën e prodhimit të pajisjeve të aviacionit.
Hulumtimi dhe Zhvillimi i Aliazhit të Skandiumit të Alumini
Shtimi i skandiumit si element lidhës në lidhjet e aluminit mund të gjurmohet që nga vitet 1960. Në atë kohë, pjesa më e madhe e punës kryhej në sisteme binare AlSc dhe ternare të lidhjeve AlMgSc. Në vitet 1970, Instituti Baykov i Metalurgjisë dhe Shkencës së Materialeve i Akademisë Sovjetike të Shkencave dhe Instituti Gjithë-Rus i Kërkimit të Lidhjeve të Lehta kryen një studim sistematik mbi formën dhe mekanizmin e skandiumit në lidhjet e aluminit. Pas gati dyzet vjetësh përpjekjesh, janë zhvilluar 14 klasa të lidhjeve të aluminit dhe skandiumit në tre seri kryesore (AlMgSc, AlLiSc, AlZnMgSc). Tretshmëria e atomeve të skandiumit në alumin është e ulët, dhe duke përdorur procese të përshtatshme të trajtimit të nxehtësisë, mund të precipitohen nanoprecipitate Al3Sc me dendësi të lartë. Kjo fazë reshjeje është pothuajse sferike, me grimca të vogla dhe shpërndarje të shpërndarë, dhe ka një marrëdhënie të mirë koherente me matricën e aluminit, gjë që mund të përmirësojë shumë rezistencën e lidhjeve të aluminit në temperaturën e dhomës. Përveç kësaj, nanoprecipitatet Al3Sc kanë stabilitet të mirë termik dhe rezistencë ndaj mpiksjes në temperatura të larta (brenda 400 ℃), gjë që është jashtëzakonisht e dobishme për rezistencën e fortë ndaj nxehtësisë së lidhjes. Në lidhjet e aluminit-skandiumit të prodhuara në Rusi, lidhja 1570 ka tërhequr shumë vëmendje për shkak të rezistencës së saj më të lartë dhe aplikimit më të gjerë. Kjo lidhje shfaq performancë të shkëlqyer në diapazonin e temperaturës së punës nga -196 ℃ deri në 70 ℃ dhe ka superplasticitet natyror, i cili mund të zëvendësojë lidhjen e aluminit LF6 të prodhuar në Rusi (një lidhje alumini-magnezi e përbërë kryesisht nga alumini, magnezi, bakri, mangani dhe silici) për strukturat e saldimit që mbajnë ngarkesë në një mjedis të lëngshëm oksigjeni, me performancë të përmirësuar ndjeshëm. Përveç kësaj, Rusia ka zhvilluar gjithashtu lidhje alumini-zinku-magnezi-skandiumi, të përfaqësuara nga viti 1970, me një rezistencë materiale mbi 500MPa.
Statusi i Industrializimit tëAliazh alumini skandiumi
Në vitin 2015, Bashkimi Evropian publikoi "Udhërrëfyesin Metalurgjik Evropian: Perspektivat për Prodhuesit dhe Përdoruesit Fundorë", duke propozuar të studiohet saldueshmëria e aluminit.lidhjet e magnezit dhe skandiumitNë shtator 2020, Bashkimi Evropian publikoi një listë me 29 burime kryesore minerale, përfshirë skandiumin. Lidhja e aluminit, magnezit dhe skandiumit 5024H116 e zhvilluar nga Ale Aluminum në Gjermani ka rezistencë mesatare deri të lartë dhe tolerancë të lartë ndaj dëmtimeve, duke e bërë atë një material shumë premtues për lëkurën e trupit të avionit. Mund të përdoret për të zëvendësuar lidhjet tradicionale të aluminit të serisë 2xxx dhe është përfshirë në librin e prokurimit të materialeve AIMS03-01-055 të Airbus. 5028 është një gradë e përmirësuar e 5024, e përshtatshme për saldim me lazer dhe saldim me fërkim të përzier. Mund të arrijë procesin e formimit me zvarritje të paneleve integrale të murit hiperbolik, i cili është rezistent ndaj korrozionit dhe nuk kërkon veshje alumini. Krahasuar me lidhjen 2524, struktura e përgjithshme e panelit të murit të trupit të avionit mund të arrijë një ulje të peshës strukturore prej 5%. Fleta e lidhjes së aluminit, skandiumit AA5024-H116 e prodhuar nga Aili Aluminum Company është përdorur për të prodhuar përbërës strukturorë të trupit të avionëve dhe anijeve kozmike. Trashësia tipike e fletës së aliazhit AA5024-H116 është 1.6 mm deri në 8.0 mm, dhe për shkak të dendësisë së ulët, vetive mekanike të moderuara, rezistencës së lartë ndaj korrozionit dhe devijimit të rreptë dimensional, ajo mund të zëvendësojë aliazhin 2524 si material të lëkurës së trupit të avionit. Aktualisht, fleta e aliazhit AA5024-H116 është certifikuar nga Airbus AIMS03-04-055. Në dhjetor 2018, Ministria e Industrisë dhe Teknologjisë së Informacionit e Kinës publikoi "Katalogun Udhëzues për Serinë e Parë të Demonstrimeve të Aplikimeve Dytësore të Materialeve të Reja Kyçe (Botimi 2018)", i cili përfshinte "oksidin e skandiumit me pastërti të lartë" në katalogun e zhvillimit të industrisë së materialeve të reja. Në vitin 2019, Ministria e Industrisë dhe Teknologjisë së Informacionit e Kinës publikoi "Katalogun Udhëzues për Serinë e Parë të Aplikimeve Demonstruese të Materialeve të Reja Kyçe (Botimi 2019)", i cili përfshinte "materiale përpunimi të aliazhit të aluminit që përmbajnë Sc dhe tela saldimi AlSi Sc" në katalogun e zhvillimit të industrisë së materialeve të reja. Grupi i aluminit China Aluminum Northeast Light Alloy ka zhvilluar një aliazh Al Mg Sc Zr të serisë 5B70 që përmban skandium dhe zirkonium. Krahasuar me aliazhin tradicional Al Mg të serisë 5083 pa skandium dhe zirkonium, rendimenti dhe rezistenca e tij në tërheqje janë rritur me më shumë se 30%. Për më tepër, aliazh Al Mg Sc Zr mund të ruajë rezistencë të krahasueshme ndaj korrozionit me aliazhin 5083. Aktualisht, ndërmarrjet kryesore vendase me gradë industriale...aliazh alumini skandiumiKapaciteti i prodhimit janë Northeast Light Alloy Company dhe Southwest Aluminum Industry. Fleta e madhe e aliazhit të aluminit 5B70 e zhvilluar nga Northeast Light Alloy Co., Ltd. mund të furnizojë pllaka të mëdha të trasha të aliazhit të aluminit me një trashësi maksimale prej 70 mm dhe një gjerësi maksimale prej 3500 mm; Produktet e fletëve të holla dhe produktet e profileve mund të personalizohen për prodhim, me një gamë trashësie prej 2 mm deri në 6 mm dhe një gjerësi maksimale prej 1500 mm. Southwest Aluminum ka zhvilluar në mënyrë të pavarur materialin 5K40 dhe ka bërë përparim të konsiderueshëm në zhvillimin e pllakave të holla. Aliazh AlZnMg është një aliazh që forcohet në kohë me rezistencë të lartë, performancë të mirë përpunimi dhe performancë të shkëlqyer saldimi. Është një material strukturor i domosdoshëm dhe i rëndësishëm në mjetet aktuale të transportit si aeroplanët. Në bazë të AlZnMg të saldueshëm me rezistencë të mesme, shtimi i elementëve të aliazhit të skandiumit dhe zirkonit mund të formojë nanopjesëza të vogla dhe të shpërndara Al3 (Sc, Zr) në mikrostrukturë, duke përmirësuar ndjeshëm vetitë mekanike dhe rezistencën ndaj korrozionit të stresit të aliazhit. Qendra Kërkimore Langley e NASA-s ka zhvilluar një aliazh ternar alumini skandiumi me gradën C557, i cili është gati për t'u aplikuar në misionet model. Rezistenca statike, përhapja e çarjeve dhe rezistenca ndaj thyerjes së këtij aliazh në temperaturë të ulët (-200 ℃), temperaturë ambienti dhe temperaturë të lartë (107 ℃) janë të gjitha të barabarta ose më të mira se ato të aliazhit 2524. Universiteti Northwestern në Shtetet e Bashkuara ka zhvilluar aliazhin e aluminit me rezistencë ultra të lartë të serisë 7000 të aliazhit AlZnMgSc, me një rezistencë në tërheqje deri në 680MPa. Është formuar një model zhvillimi i nyjeve midis aliazhit të aluminit skandium me rezistencë të mesme të lartë dhe aliazhit ultra të lartë AlZnMgSc. Aliazhit AlZnMgCuSc është një aliazh alumini me rezistencë të lartë me një rezistencë në tërheqje që tejkalon 800 MPa. Aktualisht, përbërja nominale dhe parametrat bazë të performancës së gradave kryesore tëaliazh alumini skandiumijanë përmbledhur si më poshtë, siç tregohet në Tabelat 1 dhe 2.
Tabela 1 | Përbërja nominale e lidhjes së aluminit dhe skandiumit
Tabela 2 | Mikrostruktura dhe vetitë e tërheqjes së lidhjes së aluminit dhe skandiumit
Perspektivat e aplikimit të lidhjes së aluminit të skandiumit
Aliazhet Al, Zn, Mg, Cu, Sc dhe Al CuLi Sc me rezistencë të lartë janë aplikuar në komponentët strukturorë që mbajnë ngarkesë, duke përfshirë avionët luftarakë rusë MiG-21 dhe MiG-29. Paneli i kontrollit të anijes kozmike ruse "Mars-1" është bërë nga aliazh alumini skandiumi 1570, me një ulje totale të peshës prej 20%. Komponentët mbajtës të ngarkesës së modulit të instrumenteve të anijes kozmike Mars-96 janë bërë nga aliazh alumini 1970 që përmban skandium, duke ulur peshën e modulit të instrumenteve me 10%. Në programin "Clean Sky" dhe projektin "2050 Flight Route" të BE-së, Airbus kreu fluturime provë të projektimit, kërkimit dhe zhvillimit, prodhimit dhe instalimit të dyerve të integruara të ngarkesës për aeroplanët A321 bazuar në aliazhin pasardhës të aluminit skandium AA5028-H116 të aliazhit të aluminit skandium 5024. Aliazhet e aluminit skandium të përfaqësuara nga AA5028 demonstruan performancë të shkëlqyer të përpunimit dhe saldimit. Duke përdorur teknika të përparuara saldimi si saldimi me fërkim dhe përzierje dhe saldimi me lazer, për të arritur lidhje të besueshme të materialeve të aliazhit të aluminit që përmbajnë skandium. Zbatimi gradual i "saldimit në vend të gozhdimit" në strukturat e pllakave të holla të përforcuara të avionëve jo vetëm që ruan qëndrueshmërinë e materialeve të avionëve dhe integritetin strukturor, duke arritur prodhim efikas dhe me kosto të ulët, por gjithashtu ka... Ulja e peshës dhe efektet e vulosjes. Hulumtimi i aplikimit të lidhjes së aluminit skandium 5B70 nga Instituti i Kërkimeve të Materialeve Speciale Hapësinore të Kinës ka depërtuar në teknologjitë e tjerrjes së fortë të komponentëve me trashësi të ndryshueshme të murit, kontrollin e rezistencës ndaj korrozionit dhe përputhjes së forcës, si dhe kontrollin e stresit të mbetur të saldimit. Ka përgatitur tel saldimi adaptiv të lidhjes së aluminit skandium, dhe koeficienti i forcës së bashkimit të saldimit me fërkim të trazuar për pllaka të trasha në lidhje mund të arrijë 0.92. Akademia e Teknologjisë Hapësinore e Kinës, Universiteti Qendror Jugor dhe të tjerë kanë kryer testime të gjera të performancës mekanike dhe eksperimente procesi në materialin 5B70, kanë përmirësuar dhe përsëritur skemën e përzgjedhjes së materialit strukturor për 5A06, dhe kanë filluar të aplikojnë lidhjen e aluminit 5B70 në strukturën kryesore të paneleve të murit të përforcuar të kabinës së mbyllur të stacionit hapësinor dhe kabinës së kthimit. Paneli i përgjithshëm i murit të kabinës së presionuar me strukturë pllake është projektuar me një kombinim të lëkurës dhe brinjëve përforcuese, duke arritur integrim më të lartë strukturor dhe optimizim të peshës. Ndërsa përmirëson ngurtësinë dhe forcën e përgjithshme, zvogëlon numrin dhe kompleksitetin e komponentëve lidhës, duke ulur kështu më tej peshën duke ruajtur performancë të lartë. Me promovimin e aplikimit të inxhinierisë së materialeve 5B70, përdorimi e materialit 5B70 do të rritet gradualisht dhe do të tejkalojë pragun minimal të furnizimit, gjë që do të ndihmojë në sigurimin e prodhimit të vazhdueshëm dhe cilësisë së qëndrueshme të lëndëve të para, dhe do të ulë ndjeshëm çmimet e lëndëve të para. Siç u përmend më parë, megjithëse shumë veti të lidhjeve të aluminit janë përmirësuar përmes mikroaliazhit të skandiumit, çmimi i lartë dhe mungesa e skandiumit kufizojnë gamën e aplikimit të lidhjeve të aluminit të skandiumit. Krahasuar me materialet e lidhjeve të aluminit si Al Cu, Al Zn, Al ZnMg, materialet e lidhjeve të aluminit që përmbajnë skandium kanë veti të mira mekanike gjithëpërfshirëse, rezistencë ndaj korrozionit dhe karakteristika të shkëlqyera përpunimi, të cilat i bëjnë ato të kenë perspektiva të gjera aplikimi në prodhimin e komponentëve kryesorë strukturorë në fusha industriale si hapësira ajrore. Me thellimin e vazhdueshëm të kërkimit mbi teknologjinë e mikroaliazhit të skandiumit dhe përmirësimin e zinxhirit të furnizimit dhe përputhjes së zinxhirit industrial, faktorët e çmimit dhe kostos që kufizojnë aplikimin industrial në shkallë të gjerë të lidhjeve të aluminit të skandiumit do të përmirësohen gradualisht. Vetitë e mira mekanike gjithëpërfshirëse, rezistenca ndaj korrozionit dhe karakteristikat e shkëlqyera të përpunimit të lidhjeve të aluminit të skandiumit i bëjnë ato të kenë avantazhe të qarta strukturore të reduktimit të peshës dhe potencial të gjerë aplikimi në fushën e prodhimit të pajisjeve të aviacionit.
Koha e postimit: 29 tetor 2024