Vật liệu hợp kim nhôm có độ bền cao, chống ăn mòn cho hàng không vũ trụ

Với sự phát triển không ngừngcủa lĩnh vực hàng không vũ trụ hiện đại, công nghiệp hạt nhân và công nghiệp vận tải, các yêu cầu cao hơn được đặt ra cho hiệu suất toàn diện của các bộ phận kết cấu và thế hệ hợp kim nhôm cường độ cực cao mới với trọng lượng nhẹ, độ bền cao, độ bền cao, độ bền và ứng suất cao khả năng chống ăn mòn chắc chắn là sự lựa chọn hàng đầu.

Hợp kim nhôm cường độ cực cao thường dùng để chỉ hợp kim nhôm có cường độ năng suất trên 500MPa, và phổ biến nhất là nhôm siêu cứng thuộc dòng 7. Dòng hợp kim nhôm này ban đầu được phát triển trong bối cảnh ứng dụng hàng không vũ trụ và hiện đã phát triển thành vật liệu kết cấu chính cho máy bay quân sự và dân dụng trên thế giới, chiếm 70-80% tỷ lệ các bộ phận kết cấu máy bay và trong nhiều lĩnh vực thay thế cho hợp kim titan đắt tiền, trở thành vật liệu kết cấu nhẹ quan trọng không thể thiếu.

** Bối cảnh phát triển hợp kim nhôm hàng không vũ trụ và hiện trạng **

Hợp kim nhôm, là vật liệu hợp kim nhẹ có độ bền cao tương đối trưởng thành, được sử dụng trong hàng không vũ trụ, vật liệu hợp kim nhôm thường được sử dụng làm vật liệu kết cấu, có cường độ riêng cao hơn và đặc tính xử lý tốt hơn thép.

Lĩnh vực hàng không vũ trụ chủ yếu phát triển vật liệu hợp kim nhôm có độ bền cao, độ bền cao và chống ăn mòn để đáp ứng các điều kiện khắc nghiệt của sử dụng hàng không vũ trụ, ứng dụng là hợp kim nhôm dòng 2000 và 7000, trên cơ sở cải tiến quy trình hợp kim nhôm cường độ cao và cải tiến công thức vật liệu, Thông qua các quy trình sản xuất đổi mới như luyện kim bột và đúc phun, vật liệu hợp kim nhôm nhẹ với hiệu suất tốt hơn được phát triển và nghiên cứu liên quan về vật liệu composite ma trận nhôm và vật liệu hợp kim nhôm siêu dẻo được thực hiện.

Trong quá trình phát triển và ứng dụng hợp kim nhôm cường độ cao nhẹ, vấn đề ăn mòn ứng suất là vấn đề chính trong toàn bộ lịch sử ứng dụng của hợp kim nhôm, làm thế nào để làm suy yếu hoặc trì hoãn vấn đề ăn mòn ứng suất khi sử dụng hợp kim nhôm cường độ cao đã trở thành vấn đề chính trong quá trình ứng dụng hợp kim nhôm.

loạt 2000hợp kim nhômChủ yếu lấy Cu làm nguyên tố hợp kim chính, vật liệu hợp kim nhôm để thêm lượng nguyên tố Cu thích hợp được chuẩn bị về độ bền, khả năng chịu nhiệt, hiệu suất xử lý sẽ được cải thiện tốt hơn, nhưng khả năng chống ăn mòn sẽ giảm, vì việc đưa vào nguyên tố Cu sẽ giúp dễ dàng thể hiện sự ăn mòn giữa các tinh thể bên trong hợp kim nhôm, các thành phần cấu tạo vật liệu ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của hợp kim nhôm. Do đó, hợp kim nhôm dòng 2000 thường được phủ nhôm nguyên chất hoặc hợp kim nhôm dòng 6000 trên bề mặt như một màng bảo vệ điện hóa của hợp kim nhôm chính để cải thiện khả năng chống ăn mòn. Sau đó, các học giả đã thực hiện rất nhiều nghiên cứu về các phương pháp cải thiện hiệu suất ăn mòn ứng suất của các loại hợp kim nhôm khác nhau, điều này đã làm trì hoãn mức độ ăn mòn ứng suất của hợp kim nhôm ở một mức độ nhất định.

Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, thành phần chính của hợp kim nhôm dòng 2000 chủ yếu là nhôm (Al), đồng (Cu) và magie (Mg), và thành phần chính của hợp kim nhôm dòng 7000 là Al, kẽm (Zn), Mg và Cu . Ngoài ra còn có một số vật liệu hợp kim nhôm hiệu suất cao (độ bền cao, độ dẻo dai cao, khả năng chống ăn mòn) thu được bằng cách thêm một số nguyên tố đặc biệt. Hiện nay, phương pháp chính để thu được vật liệu hợp kim nhôm hiệu suất cao là thay đổi điều kiện nóng chảy và đúc.

Chất liệu hợp kim nhôm là vật liệu thành phần quan trọng đảm bảo cho chuyến bay an toàn của máy bay. Việc lựa chọn và dự đoán hiệu suất của vật liệu hợp kim nhôm ở các bộ phận khác nhau có liên quan trực tiếp đến độ an toàn và độ tin cậy của máy bay. Việc dự đoán hư hỏng của vật liệu hợp kim nhôm trong hàng không có liên quan trực tiếp đến an toàn tính mạng và cần được quan tâm rộng rãi.

** Phát triển vật liệu hợp kim nhôm hàng không vũ trụ nước ngoài **

Vào những năm 1960, Hoa Kỳ đã cải tiến trên cơ sở hợp kim nhôm 7075 và phát triển hợp kim 7050 mạnh hơn, cứng hơn và chống ăn mòn ứng suất cao hơn, chủ yếu được sử dụng trong các bộ phận kết cấu nén F-18, sau đó phát triển hợp kim 7150 cho sản xuất Boeing 757/767 và Airbus A301 và cấu trúc cánh trên của máy bay dân dụng lớn khác. Vào những năm 1980, Hoa Kỳ và các nước khác đã phát triển thành công hợp kim 7055 trên cơ sở 7150, độ bền cao hơn 7150 khoảng 10% và có hiệu suất toàn diện cao, được sử dụng cho vỏ cánh trên và thanh dọc cánh của máy bay Boeing 777 .

** Khoảng cách giữa trình độ tiên tiến của Trung Quốc với quốc tế và hướng phát triển **

Ở Trung Quốc, mặc dù vật liệu hợp kim nhôm đã được phát triển trong nhiều năm nhưng vẫn còn khoảng cách lớn so với trình độ tiên tiến quốc tế. Hiệu suất cụ thể là: thứ nhất, các sản phẩm chủ yếu là hàng nhái, vật liệu hợp kim nhôm có quyền sở hữu trí tuệ độc lập toàn diện vẫn chưa có và hệ thống tiêu chuẩn để sản xuất vật liệu hợp kim nhôm vẫn chưa được thiết lập; Thứ hai, nghiên cứu cơ bản còn yếu, thời gian phát triển ngắn và việc tích lũy dữ liệu chưa đầy đủ; Thứ ba, thiết bị sản xuất, chế biến còn lạc hậu, hệ thống kiểm soát chất lượng sản phẩm chưa hoàn thiện.

Theo quan điểm này, hướng phát triển trong tương lai của vật liệu hợp kim nhôm ở Trung Quốc sẽ là:

Thay đổi nội dung và tỷ lệ các thành phần thành phần;

Phát triển các công thức vật liệu hợp kim nhôm tương ứng với các yêu cầu hiệu suất khác nhau, cải thiện hiệu suất của hợp kim nhôm bằng cách thay đổi các điều kiện trường hóa rắn, cải thiện lượng dung dịch rắn của các nguyên tố hợp kim và cải thiện hiệu suất của hợp kim nhôm bằng cách thêm các nguyên tố như zirconium (Zr), scandium (Sc), erbium (Er) và các phương pháp hợp kim vi mô khác;

Làm sạch hơn nữa hợp kim, giảm Fe, Si và các tạp chất khác, kiểm soát hàm lượng tạp chất và tạo ra vật liệu hợp kim nhôm có độ bền cao và độ bền cao;

Phát triển công nghệ xử lý nhiệt mới, thiết lập các thẻ quy trình xử lý nhiệt khác nhau cho các hợp kim nhôm với các yêu cầu hiệu suất khác nhau và thiết lập hệ thống thông số kỹ thuật tiêu chuẩn tương ứng để đảm bảo tính ổn định của quá trình của các loại hợp kim nhôm khác nhau.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CÔNG TY TNHH NHÁM MÁT & NHIỆM VẬT LIỆU JIYGO