חומרים מסגסוגת אלומיניום בעלי חוזק גבוה ועמיד בפני קורוזיה עבור תעופה וחלל

עם הפיתוח המתמשךשל תחום התעופה והחלל המודרני, התעשייה הגרעינית ותעשיית התחבורה, מוצעות דרישות גבוהות יותר לביצועים מקיפים של חלקי מבנה, ודור חדש של סגסוגת אלומיניום בעלת חוזק גבוה במיוחד עם משקל קל, חוזק גבוה, קשיחות גבוהה, קשיחות שבר ומתח גבוהים. עמידות בפני קורוזיה היא ללא ספק הבחירה הראשונה.

סגסוגת אלומיניום בעלת חוזק גבוה מתייחס בדרך כלל לסגסוגת אלומיניום עם חוזק תפוקה מעל 500MPa, והנפוץ ביותר הוא האלומיניום הסופר-קשיח מסדרה 7. סדרה זו של סגסוגת אלומיניום פותחה במקור בהקשר של יישומי תעופה וחלל, וכעת התפתחה לחומרי המבנה העיקריים של מטוסים צבאיים ואזרחיים בעולם, המהווים 70-80% משיעור חלקי המבנה של המטוס, וכן בתחומים רבים במקום סגסוגות טיטניום יקרות, והפכו לחומרי מבנה חשובים וקלים.

** רקע פיתוח סגסוגת אלומיניום תעופה וחלל והמצב הנוכחי **

סגסוגת אלומיניום, כחומר סגסוגת בעל חוזק גבוה בוגר יחסית, משמשת בתעופה וחלל, חומרי סגסוגת אלומיניום משמשים בדרך כלל כחומרי מבנה, ויש להם חוזק ספציפי גבוה יותר ותכונות עיבוד טובות יותר מאשר פלדה.

תחום התעופה והחלל מפתח בעיקר חומרי סגסוגת אלומיניום בעלי חוזק גבוה, קשיחות גבוהה ועמידות בפני קורוזיה כדי לעמוד בתנאים הקשים של שימוש בחלל, היישום הוא יותר סגסוגת אלומיניום מסדרות 2000 וסגסוגת 7000, על בסיס שיפור תהליך סגסוגת אלומיניום בחוזק גבוה ושיפור נוסחת החומר, באמצעות תהליכי ייצור חדשניים כגון מתכות אבקה ויציקת סילון, מפותחים חומרי סגסוגת אלומיניום קלים עם ביצועים טובים יותר, ומתבצע מחקר בנושא חומרים מרוכבים מטריצת אלומיניום וחומרי סגסוגת אלומיניום סופר-פלסטיים.

בתהליך הפיתוח והיישום של סגסוגת אלומיניום קלת משקל, בעיית קורוזיה מתח היא הבעיה העיקרית בכל היסטוריית היישומים של סגסוגת אלומיניום, כיצד להחליש או לעכב את בעיית קורוזית הלחץ בשימוש בסגסוגת אלומיניום בעלת חוזק גבוה הפכה הבעיה העיקרית בתהליך היישום של סגסוגת אלומיניום.

סדרת 2000סגסוגת אלומיניוםהוא בעיקר Cu כאלמנט סגסוגת העיקרי, חומר סגסוגת אלומיניום כדי להוסיף את הכמות המתאימה של אלמנט Cu מוכן בחוזק, עמידות בחום, ביצועי עיבוד ישתפרו טוב יותר, אך עמידות בפני קורוזיה תפחת, מכיוון שהכנסת אלמנט Cu תהיה להקל על הצגת קורוזיה בין-גבישית בתוך סגסוגת האלומיניום, מרכיבי הרכב החומרים משפיעים ישירות על הביצועים של סגסוגת האלומיניום. לכן, סגסוגת האלומיניום מסדרת 2000 מצופה בדרך כלל באלומיניום טהור או בסגסוגת אלומיניום מסדרה 6000 על פני השטח כסרט מגן אלקטרוכימי של סגסוגת האלומיניום הראשית כדי לשפר את עמידות הקורוזיה שלה. מאוחר יותר, חוקרים ערכו מחקר רב על השיטות לשיפור ביצועי קורוזית המתח של דרגות שונות של סגסוגת אלומיניום, מה שעיכב במידה מסוימת את מידת קורוזית המתח של סגסוגת אלומיניום.

בתחום התעופה והחלל, ההרכב העיקרי של סגסוגת האלומיניום מסדרת 2000 הוא בעיקר אלומיניום (Al), נחושת (Cu) ומגנזיום (Mg), וההרכב העיקרי של סגסוגת אלומיניום מסדרה 7000 הוא Al, אבץ (Zn), Mg ו-Cu . ישנם גם כמה חומרי סגסוגת אלומיניום בעלי ביצועים גבוהים (חוזק גבוה, קשיחות גבוהה, עמידות בפני קורוזיה) המתקבלים על ידי הוספת כמה אלמנטים מיוחדים. נכון לעכשיו, השיטה העיקרית להשיג חומרי סגסוגת אלומיניום בעלי ביצועים גבוהים היא לשנות את תנאי ההיתוך והיציקה.

חומר סגסוגת אלומיניום הוא חומר מרכיב חשוב כדי להבטיח טיסה בטוחה של מטוסים. הבחירה וחיזוי הביצועים של חומרי סגסוגת אלומיניום בחלקים שונים קשורים ישירות לבטיחות ואמינות המטוסים. חיזוי הכשל של חומרי סגסוגת אלומיניום בתעופה קשורה ישירות לבטיחות החיים ויש להקדיש תשומת לב רבה.

** פיתוח חומרי סגסוגת אלומיניום תעופה וחלל זרה **

בשנות ה-60, ארצות הברית השתפרה על בסיס סגסוגת אלומיניום 7075 ופיתחה סגסוגת 7050 חזקה יותר, קשיחה יותר ועמידה יותר בפני קורוזיה, המשמשת בעיקר בחלקי המבני דחיסה F-18, ולאחר מכן פיתחה סגסוגת 7150 עבור ייצור בואינג 757/767 ואיירבוס A301 ומבנה כנף עליון של מטוסים גדולים אחרים. בשנות ה-80, ארצות הברית וסגסוגת 7055 אחרת שפותחה בהצלחה על בסיס 7150, החוזק גבוה בכ-10% מ-7150, ובעל ביצועים מקיפים גבוהים, המשמשים לעור הכנף העליון ולמחרוזת הכנפיים של מטוסי בואינג 777 .

** הפער בין סין לרמה מתקדמת בינלאומית וכיוון הפיתוח **

בסין, למרות שחומרי סגסוגת אלומיניום פותחו במשך שנים רבות, עדיין יש פער גדול בהשוואה לרמה המתקדמת הבינלאומית. הביצועים הספציפיים הם: ראשית, המוצרים הם ברובם חיקוי, חומר סגסוגת האלומיניום עם זכויות קניין רוחני מקיפות אינו זמין עדיין, והמערכת הסטנדרטית לייצור חומרי סגסוגת אלומיניום טרם הוקמה; שנית, המחקר הבסיסי חלש, זמן הפיתוח קצר וצבירת הנתונים אינה מספקת; שלישית, ציוד הייצור והעיבוד לאחור, ומערכת בקרת איכות המוצר אינה מושלמת.

לאור זאת, כיוון הפיתוח העתידי של חומרי סגסוגת אלומיניום בסין צריך להיות:

שנה את התוכן והיחס של הרכיבים המרכיבים;

לפתח ניסוחים של חומרי סגסוגת אלומיניום התואמים לדרישות ביצועים שונות, לשפר את הביצועים של סגסוגת אלומיניום על ידי שינוי תנאי שדה ההתמצקות, לשפר את כמות הפתרון המוצק של אלמנטים מסגסוגת ולשפר את הביצועים של סגסוגת אלומיניום על ידי הוספת אלמנטים כגון זירקוניום (Zr), סקנדיום (Sc), ארביום (Er) ושיטות מיקרוניזג אחרות;

עוד יותר לטהר את הסגסוגת, להפחית את Fe, Si וזיהומים אחרים, לשלוט בתכולת הזיהומים, ולהפיק חומרי סגסוגת אלומיניום קשיחות גבוהה וחוזק גבוה;

לפתח טכנולוגיה חדשה לטיפול בחום, להקים כרטיסי תהליך שונים של טיפול בחום לסגסוגות אלומיניום עם דרישות ביצועים שונות, ולהקים מערכת מפרט תקן טכני תואם כדי להבטיח את יציבות התהליך של דרגות שונות של סגסוגות אלומיניום.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

JIYGO RFRACTORY & ABRASIVE LIMITED