Bħala liga ħafifa li hija kruċjali għat-tagħmir tat-trasport tal-avjazzjoni, il-proprjetajiet mekkaniċi makroskopiċi tal-liga tal-aluminju huma relatati mill-qrib mal-mikrostruttura tagħha. Billi jinbidlu l-elementi ewlenin tal-liga fl-istruttura tal-liga tal-aluminju, il-mikrostruttura tal-liga tal-aluminju tista' tinbidel, u l-proprjetajiet mekkaniċi makroskopiċi u proprjetajiet oħra (bħar-reżistenza għall-korrużjoni u l-prestazzjoni tal-iwweldjar) tal-materjal jistgħu jittejbu b'mod sinifikanti. S'issa, il-mikroliga saret l-aktar strateġija promettenti ta' żvilupp teknoloġiku għall-ottimizzazzjoni tal-mikrostruttura tal-ligi tal-aluminju u t-titjib tal-proprjetajiet komprensivi tal-materjali tal-liga tal-aluminju.Skandju(Sc) huwa l-aktar element effettiv li jsaħħaħ il-mikroliga magħruf għal-ligi tal-aluminju. Is-solubilità tal-iskandju fil-matriċi tal-aluminju hija inqas minn 0.35% bil-piż. Iż-żieda ta' ammonti żgħar ta' element skandju mal-ligi tal-aluminju tista' ttejjeb b'mod effettiv il-mikrostruttura tagħhom, u ssaħħaħ b'mod komprensiv is-saħħa, l-ebusija, il-plastiċità, l-istabbiltà termali u r-reżistenza għall-korrużjoni tagħhom. L-iskandju għandu diversi effetti fiżiċi fil-ligi tal-aluminju, inkluż it-tisħiħ tas-soluzzjoni solida, it-tisħiħ tal-partiċelli u l-inibizzjoni tar-rikristallizzazzjoni. Dan l-artikolu se jintroduċi l-iżvilupp storiku, l-aħħar progress u l-applikazzjonijiet potenzjali tal-ligi tal-aluminju li fihom l-iskandju fil-qasam tal-manifattura tat-tagħmir tal-avjazzjoni.
Riċerka u Żvilupp ta' Liga tal-Aluminju Skandju
Iż-żieda tal-iskandju bħala element ta' liga mal-ligi tal-aluminju tista' tiġi rintraċċata lura għas-snin sittin. Dak iż-żmien, il-biċċa l-kbira tax-xogħol kien isir f'sistemi ta' liga binarji ta' AlSc u ternarji ta' AlMgSc. Fis-snin sebgħin, l-Istitut Baykov tal-Metallurġija u x-Xjenza tal-Materjali tal-Akkademja Sovjetika tax-Xjenzi u l-Istitut Russu Kollha għar-Riċerka dwar Liga Ħfief wettqu studju sistematiku dwar il-forma u l-mekkaniżmu tal-iskandju fil-ligi tal-aluminju. Wara kważi erbgħin sena ta' sforz, ġew żviluppati 14-il grad ta' ligi tal-aluminju-iskandju fi tliet serje ewlenin (AlMgSc, AlLiSc, AlZnMgSc). Is-solubilità tal-atomi tal-iskandju fl-aluminju hija baxxa, u bl-użu ta' proċessi xierqa ta' trattament bis-sħana, jistgħu jiġu preċipitati nano Al3Sc ta' densità għolja. Din il-fażi ta' preċipitazzjoni hija kważi sferika, b'partiċelli żgħar u distribuzzjoni mxerrda, u għandha relazzjoni koerenti tajba mal-matriċi tal-aluminju, li tista' ttejjeb ħafna s-saħħa tat-temperatura tal-kamra tal-ligi tal-aluminju. Barra minn hekk, in-nano preċipitati tal-Al3Sc għandhom stabbiltà termali tajba u reżistenza għat-tħaxxin f'temperaturi għoljin (fi żmien 400 ℃), li huwa estremament ta' benefiċċju għar-reżistenza qawwija għas-sħana tal-liga. Fil-ligi tal-aluminju-iskandju magħmula fir-Russja, il-liga 1570 ġibdet ħafna attenzjoni minħabba l-ogħla saħħa tagħha u l-aktar applikazzjoni wiesgħa. Din il-liga turi prestazzjoni eċċellenti fil-medda tat-temperatura tax-xogħol ta' -196 ℃ sa 70 ℃ u għandha superplastiċità naturali, li tista' tissostitwixxi l-liga tal-aluminju LF6 magħmula fir-Russja (liga tal-aluminju-manjeżju magħmula prinċipalment minn aluminju, manjeżju, ram, manganiż, u silikon) għal strutturi tal-iwweldjar li jġorru tagħbija f'mezz ta' ossiġnu likwidu, bi prestazzjoni mtejba b'mod sinifikanti. Barra minn hekk, ir-Russja żviluppat ukoll ligi tal-aluminju-żingu-manjeżju-skandju, rappreżentati mill-1970, b'saħħa tal-materjal ta' aktar minn 500MPa.
L-Istatus tal-Industrijalizzazzjoni ta'Liga tal-Aluminju Skandju
Fl-2015, l-Unjoni Ewropea ħarġet il-“Pjan Direzzjonali Metallurgiku Ewropew: Prospetti għall-Manifatturi u l-Utenti Finali”, li ppropona li jiġi studjat il-weldjabbiltà tal-aluminjuligi tal-manjeżju skandjuF'Settembru 2020, l-Unjoni Ewropea ħarġet lista ta' 29 riżors minerali ewlieni, inkluż l-iskandju. Il-liga tal-aluminju-manjeżju-skandju 5024H116 żviluppata minn Ale Aluminum fil-Ġermanja għandha saħħa medja sa għolja u tolleranza għolja għall-ħsara, li tagħmilha materjal promettenti ħafna għall-ġilda tal-fuselage. Tista' tintuża biex tissostitwixxi l-ligi tradizzjonali tal-aluminju tas-serje 2xxx u ġiet inkluża fil-ktieb tal-akkwist tal-materjal AIMS03-01-055 tal-Airbus. 5028 huwa grad imtejjeb ta' 5024, adattat għall-iwweldjar bil-lejżer u l-iwweldjar bit-taħwid tal-frizzjoni. Jista' jikseb il-proċess ta' formazzjoni ta' creep ta' pannelli tal-ħitan integrali iperboliċi, li huwa reżistenti għall-korrużjoni u ma jeħtieġx kisi tal-aluminju. Meta mqabbel mal-liga 2524, l-istruttura ġenerali tal-pannell tal-ħitan tal-fuselage tista' tikseb tnaqqis ta' 5% fil-piż strutturali. Il-folja tal-liga tal-aluminju-skandju AA5024-H116 prodotta minn Aili Aluminum Company intużat biex timmanifattura komponenti strutturali ta' fuselage tal-inġenji tal-ajru u vetturi spazjali. Il-ħxuna tipika tal-folja tal-liga AA5024-H116 hija minn 1.6mm sa 8.0mm, u minħabba d-densità baxxa tagħha, il-proprjetajiet mekkaniċi moderati, ir-reżistenza għolja għall-korrużjoni, u d-devjazzjoni dimensjonali stretta, tista' tissostitwixxi l-liga 2524 bħala l-materjal tal-ġilda tal-fuselage. Bħalissa, il-folja tal-liga AA5024-H116 ġiet iċċertifikata minn Airbus AIMS03-04-055. F'Diċembru 2018, il-Ministeru tal-Industrija u t-Teknoloġija tal-Informazzjoni taċ-Ċina ħareġ il-"Katalgu Gwida għall-Ewwel Lott ta' Dimostrazzjonijiet ta' Applikazzjonijiet Sekondarji ta' Materjali Ġodda Ewlenin (Edizzjoni tal-2018)", li inkluda "ossidu tal-iskandju ta' purità għolja" fil-katalgu tal-iżvilupp tal-industrija tal-materjali l-ġodda. Fl-2019, il-Ministeru tal-Industrija u t-Teknoloġija tal-Informazzjoni taċ-Ċina ħareġ il-"Katalgu Gwida għall-Ewwel Lott ta' Applikazzjonijiet ta' Dimostrazzjoni ta' Materjali Ġodda Ewlenin (Edizzjoni tal-2019)", li inkluda "materjali tal-ipproċessar tal-liga tal-aluminju li fihom Sc u wajers tal-iwweldjar Al Si Sc" fil-katalgu tal-iżvilupp tal-industrija tal-materjali l-ġodda. Il-Grupp tal-Aluminju taċ-Ċina Northeast Light Alloy żviluppat liga Al Mg Sc Zr tas-serje 5B70 li fiha skandju u żirkonju. Meta mqabbla mal-liga tradizzjonali Al Mg tas-serje 5083 mingħajr skandju u żirkonju, ir-rendiment u s-saħħa tat-tensjoni tagħha żdiedu b'aktar minn 30%. Barra minn hekk, il-liga Al Mg Sc Zr tista' żżomm reżistenza għall-korrużjoni komparabbli mal-liga 5083. Fil-preżent, l-intrapriżi domestiċi ewlenin bi grad industrijali...liga tal-aluminju skandjuIl-kapaċità tal-produzzjoni hija Northeast Light Alloy Company u Southwest Aluminum Industry. Il-folja tal-liga tal-aluminju skandju 5B70 ta' daqs kbir żviluppata minn Northeast Light Alloy Co., Ltd. tista' tforni pjanċi ħoxnin tal-liga tal-aluminju kbar bi ħxuna massima ta' 70mm u wisa' massima ta' 3500mm; Prodotti tal-folji rqaq u prodotti tal-profil jistgħu jiġu personalizzati għall-produzzjoni, b'firxa ta' ħxuna ta' 2mm sa 6mm u wisa' massima ta' 1500mm. Southwest Aluminum żviluppat b'mod indipendenti materjal 5K40 u għamlet progress sinifikanti fl-iżvilupp ta' pjanċi rqaq. Il-liga Al Zn Mg hija liga li tibbies biż-żmien b'saħħa għolja, prestazzjoni tajba fl-ipproċessar, u prestazzjoni eċċellenti tal-iwweldjar. Huwa materjal strutturali indispensabbli u importanti fil-vetturi tat-trasport attwali bħall-ajruplani. Fuq il-bażi ta' AlZn Mg li jista' jiġi ssaldjat ta' saħħa medja, iż-żieda ta' elementi tal-liga tal-iskandju u taż-żirkonju tista' tifforma nanopartiċelli Al3 (Sc, Zr) żgħar u mxerrda fil-mikrostruttura, u ttejjeb b'mod sinifikanti l-proprjetajiet mekkaniċi u r-reżistenza għall-korrużjoni mill-istress tal-liga. Iċ-Ċentru ta' Riċerka Langley tan-NASA żviluppa liga ternarja tal-aluminju skandju bil-grad C557, li hija lesta biex tiġi applikata f'missjonijiet ta' mudelli. Is-saħħa statika, il-propagazzjoni tax-xquq, u r-reżistenza għall-ksur ta' din il-liga f'temperatura baxxa (-200 ℃), temperatura tal-kamra, u temperatura għolja (107 ℃) huma kollha ugwali għal jew aħjar minn dawk tal-liga 2524. L-Università Northwestern fl-Istati Uniti żviluppat il-liga AlZn Mg Sc tas-serje 7000 ta' liga tal-aluminju ta' saħħa ultra-għolja, b'saħħa tensili sa 680MPa. Ġie ffurmat mudell ta' żvilupp konġunt bejn liga tal-aluminju skandju ta' saħħa medja għolja u Al Zn Mg Sc ta' saħħa ultra-għolja. Il-liga Al Zn Mg Cu Sc hija liga tal-aluminju ta' saħħa għolja b'saħħa tensili li taqbeż it-800 MPa. Fil-preżent, il-kompożizzjoni nominali u l-parametri bażiċi tal-prestazzjoni tal-gradi ewlenin ta'liga tal-aluminju skandjuhuma miġbura fil-qosor kif ġej, kif muri fit-Tabelli 1 u 2.
Tabella 1 | Kompożizzjoni Nominali tal-Liga tal-Aluminju Skandju
Tabella 2 | Mikrostruttura u Proprjetajiet Tensili tal-Liga tal-Aluminju Skandju
Prospetti ta' applikazzjoni ta' liga tal-aluminju skandju
Ligi Al Zn Mg Cu Sc u Al CuLi Sc ta' saħħa għolja ġew applikati għal komponenti strutturali li jġorru tagħbija, inklużi l-ġettijiet tal-ġlied Russi MiG-21 u MiG-29. Id-dashboard tal-vettura spazjali Russa “Mars-1” huwa magħmul minn liga tal-aluminju skandju 1570, b'tnaqqis fil-piż totali ta' 20%. Il-komponenti li jġorru t-tagħbija tal-modulu tal-istrumenti tal-vettura spazjali Mars-96 huma magħmula minn liga tal-aluminju 1970 li fiha skandju, u b'hekk tnaqqas il-piż tal-modulu tal-istrumenti b'10%. Fil-programm “Clean Sky” u l-proġett “2050 Flight Route” tal-UE, Airbus wettqet titjiriet ta' ttestjar integrati tad-disinn tal-bieb tal-istiva tal-merkanzija, riċerka u żvilupp, manifattura, u installazzjoni għal ajruplani A321 ibbażati fuq il-liga tal-aluminju skandju ta' grad suċċessur AA5028-H116 tal-liga tal-aluminju skandju 5024. Il-ligi tal-aluminju skandju rappreżentati minn AA5028 urew prestazzjoni eċċellenti fl-ipproċessar u l-iwweldjar. Bl-użu ta' tekniki avvanzati tal-iwweldjar bħall-iwweldjar bil-frizzjoni u l-iwweldjar bil-lejżer, jinkiseb konnessjoni affidabbli ta' materjali tal-liga tal-aluminju li fihom skandju. L-implimentazzjoni gradwali tal-“iwweldjar minflok l-irbattar” fi strutturi ta' pjanċi rqaq rinforzati tal-inġenji tal-ajru mhux biss iżżomm il-konsistenza tal-materjali tal-inġenju tal-ajru u l-integrità strutturali, u b'hekk tikseb manifattura effiċjenti u bi prezz baxx, iżda għandha wkoll effetti ta' tnaqqis fil-piż u siġillar. Ir-riċerka dwar l-applikazzjoni tal-liga tal-aluminju skandju 5B70 mill-Istitut tar-Riċerka dwar Materjali Speċjali Aerospazjali taċ-Ċina kisret it-teknoloġiji tal-għażil qawwi ta' komponenti ta' ħxuna varjabbli tal-ħitan, il-kontroll tar-reżistenza għall-korrużjoni u t-tqabbil tas-saħħa, u l-kontroll tal-istress residwu tal-iwweldjar. Ħejja wajer tal-iwweldjar adattiv tal-liga tal-aluminju skandju, u l-koeffiċjent tas-saħħa tal-ġonta tal-iwweldjar bil-frizzjoni għal pjanċi ħoxnin fil-liga jista' jilħaq 0.92. L-Akkademja tat-Teknoloġija Spazjali taċ-Ċina, l-Università Ċentrali tan-Nofsinhar, u oħrajn wettqu testijiet estensivi tal-prestazzjoni mekkanika u esperimenti tal-proċess fuq il-materjal 5B70, aġġornaw u rrepetew l-iskema tal-għażla tal-materjal strutturali għal 5A06, u bdew japplikaw il-liga tal-aluminju 5B70 għall-istruttura prinċipali tal-pannelli tal-ħitan rinforzati ġenerali tal-kabina ssiġillata tal-istazzjon spazjali u l-kabina tar-ritorn. Il-pannell tal-ħitan ġenerali tal-kabina bi pressjoni tal-istruttura tal-pjanċa huwa ddisinjat b'kombinazzjoni ta' kustilji tal-ġilda u tar-rinfurzar, u b'hekk jikseb integrazzjoni strutturali ogħla u ottimizzazzjoni tal-piż. Filwaqt li jtejjeb ir-riġidità u s-saħħa ġenerali, inaqqas in-numru u l-kumplessità tal-komponenti li jgħaqqdu, u b'hekk inaqqas aktar il-piż filwaqt li jżomm prestazzjoni għolja. Bil-promozzjoni tal-applikazzjoni tal-inġinerija tal-materjal 5B70, l-użu tal-materjal 5B70 se... iżidu gradwalment u jaqbżu l-limitu minimu tal-provvista, li se jgħin biex jiżgura l-produzzjoni kontinwa u l-kwalità stabbli tal-materja prima, u jnaqqas b'mod sinifikanti l-prezzijiet tal-materja prima. Kif imsemmi qabel, għalkemm ħafna proprjetajiet tal-ligi tal-aluminju tjiebu permezz tal-mikroliga tal-iskandju, il-prezz għoli u l-iskarsezza tal-iskandju jillimitaw il-firxa tal-applikazzjoni tal-ligi tal-iskandju tal-aluminju. Meta mqabbla ma' materjali tal-liga tal-aluminju bħal Al Cu, Al Zn, Al ZnMg, materjali tal-liga tal-aluminju li fihom l-iskandju għandhom proprjetajiet mekkaniċi komprensivi tajbin, reżistenza għall-korrużjoni, u karatteristiċi eċċellenti tal-ipproċessar, li jagħmluhom ikollhom prospetti wesgħin ta' applikazzjoni fil-manifattura ta' komponenti strutturali ewlenin f'oqsma industrijali bħall-ajruspazju. Bl-approfondiment kontinwu tar-riċerka dwar it-teknoloġija tal-mikroliga tal-iskandju u t-titjib tal-katina tal-provvista u t-tqabbil tal-katina industrijali, il-fatturi tal-prezz u l-ispiża li jirrestrinġu l-applikazzjoni industrijali fuq skala kbira tal-ligi tal-aluminju tal-iskandju se jitjiebu gradwalment. Il-proprjetajiet mekkaniċi komprensivi tajbin, ir-reżistenza għall-korrużjoni, u l-karatteristiċi eċċellenti tal-ipproċessar tal-ligi tal-iskandju tal-aluminju jagħmluhom ikollhom vantaġġi ċari ta' tnaqqis tal-piż strutturali u potenzjal wiesa' ta' applikazzjoni fil-qasam tal-manifattura tat-tagħmir tal-avjazzjoni.
Ħin tal-posta: 29 ta' Ottubru 2024