항공우주용 고강도, 내부식성 알루미늄 합금 소재
지속적인 개발로현대 항공 우주 분야, 원자력 산업 및 운송 산업에서는 구조 부품의 종합적인 성능에 대해 더 높은 요구 사항이 제시되고 경량, 고강도, 고인성, 높은 파괴 인성 및 응력을 갖춘 차세대 초고강도 알루미늄 합금이 제시됩니다. 내식성은 의심할 여지 없이 첫 번째 선택입니다.
초고강도 알루미늄 합금은 일반적으로 항복 강도가 500MPa 이상인 알루미늄 합금을 말하며, 가장 일반적인 것은 7 시리즈의 초경질 알루미늄입니다. 이 알루미늄 합금 시리즈는 원래 항공우주 응용 분야에서 개발되었으며 현재는 전 세계 군용 및 민간 항공기의 주요 구조 재료로 발전하여 항공기 구조 부품 비율의 70-80%를 차지합니다. 많은 분야에서 값비싼 티타늄 합금 대신에 없어서는 안 될 중요한 경량 구조재로 자리잡고 있습니다.
** 항공우주용 알루미늄 합금 개발 배경 및 현황 **
알루미늄 합금은 상대적으로 성숙한 경량 고강도 합금 소재로서 항공 우주 분야에 사용되며, 알루미늄 합금 소재는 일반적으로 구조 재료로 사용되며 강철보다 비강도가 높고 가공 특성이 우수합니다.
항공우주 분야는 주로 항공우주 사용의 가혹한 조건을 충족시키기 위해 고강도, 고인성 및 내식성 알루미늄 합금 재료를 개발하며, 고강도 알루미늄 합금 공정 개선을 기반으로 2000 시리즈 및 7000 시리즈 알루미늄 합금에 더 많이 적용됩니다. 분말 야금, 제트 성형 등 혁신적인 생산 공정을 통해 더 나은 성능을 갖춘 경량 알루미늄 합금 소재를 개발하고, 알루미늄 매트릭스 복합 재료 및 초소성 알루미늄 합금 소재에 대한 관련 연구를 수행하고 있습니다.
경량 고강도 알루미늄 합금의 개발 및 적용 과정에서 응력 부식 문제는 알루미늄 합금의 전체 응용 역사에서 주요 문제이며, 고강도 알루미늄 합금 사용 시 응력 부식 문제를 어떻게 약화하거나 지연시킬 수 있는지가 중요해졌습니다. 알루미늄합금의 응용과정에서 가장 큰 문제점은 다음과 같다.
2000 시리즈알루미늄 합금주로 Cu를 주합금원소로 하는 알루미늄합금재에 적절한 양의 Cu원소를 첨가하여 강도, 내열성, 가공성능이 향상되지만 Cu원소를 도입하면 내식성이 저하됩니다. 알루미늄 합금 내부의 결정간 부식을 더 쉽게 나타내려면 재료 구성 요소가 알루미늄 합금의 성능에 직접적인 영향을 미칩니다. 따라서 2000계 알루미늄 합금은 내식성을 향상시키기 위해 주알루미늄 합금의 전기화학적 보호막으로 표면에 순수 알루미늄 또는 6000계 알루미늄 합금을 코팅하는 것이 일반적이다. 나중에 학자들은 다양한 등급의 알루미늄 합금의 응력 부식 성능을 향상시키는 방법에 대해 많은 연구를 수행했으며 이로 인해 알루미늄 합금의 응력 부식 정도가 어느 정도 지연되었습니다.
항공 우주 분야에서 2000 시리즈 알루미늄 합금의 주성분은 주로 알루미늄(Al), 구리(Cu) 및 마그네슘(Mg)이며, 7000 시리즈 알루미늄 합금의 주성분은 Al, 아연(Zn), Mg 및 Cu입니다. . 일부 특수 원소를 첨가하여 얻은 고성능(고강도, 고인성, 내식성) 알루미늄 합금 소재도 있습니다. 현재 고성능 알루미늄 합금 재료를 얻는 주요 방법은 용융 및 주조 조건을 변경하는 것입니다.
알루미늄 합금 소재는 항공기의 안전한 비행을 보장하는 중요한 구성 소재입니다. 다양한 부품의 알루미늄 합금 소재 선택 및 성능 예측은 항공기의 안전성 및 신뢰성과 직접적인 관련이 있습니다. 항공 분야에서 알루미늄 합금 소재의 고장 예측은 인명 안전과 직결되기 때문에 세심한 주의가 필요합니다.
** 해외 항공우주용 알루미늄 합금 소재 개발 **
1960년대에 미국은 7075 알루미늄 합금을 기반으로 개량하여 더 강하고 견고하며 내응력 부식에 강한 7050 합금을 개발했습니다. 이는 주로 F{4}} 압축 구조 부품에 사용되었으며 이후 7150 합금을 개발했습니다. Boeing 757/767 및 Airbus A301 및 기타 민간 대형 항공기 상부 날개 구조 제조. 1980년대 미국 등에서는 7150을 기반으로 7055 합금을 성공적으로 개발했으며 강도는 7150보다 약 10% 더 높으며 높은 종합 성능을 갖고 있어 보잉 777 항공기의 상부 날개 스킨과 날개 스트링거에 사용됩니다. .
** 중국과 국제 선진수준의 격차와 발전방향 **
중국에서는 알루미늄합금재료가 다년간 개발되었음에도 불구하고 국제 선진수준과 비교하면 여전히 큰 격차가 있다. 구체적인 성능은 다음과 같습니다. 첫째, 제품은 대부분 모방품이며, 포괄적이고 독립적인 지적 재산권을 갖춘 알루미늄 합금 재료는 아직 제공되지 않으며, 알루미늄 합금 재료 생산을 위한 표준 시스템이 아직 확립되지 않았습니다. 둘째, 기초연구가 취약하고, 개발기간이 짧으며, 데이터 축적이 부족하다. 셋째, 생산 및 가공 설비가 낙후되어 있고 제품 품질 관리 시스템이 완벽하지 않습니다.
이를 고려하여 중국 알루미늄 합금 재료의 향후 발전 방향은 다음과 같습니다.
구성 요소의 내용과 비율을 변경합니다.
다양한 성능 요구 사항에 맞는 알루미늄 합금 재료 배합을 개발하고, 응고 현장 조건을 변경하여 알루미늄 합금의 성능을 향상시키고, 합금 원소의 고용량을 향상시키며, 지르코늄(Zr)과 같은 원소를 첨가하여 알루미늄 합금의 성능을 향상시킵니다. 스칸듐(Sc), 에르븀(Er) 및 기타 미세합금 방법;
합금을 더욱 정제하고, Fe, Si 및 기타 불순물을 줄이고, 불순물 함량을 조절하며, 고인성 및 고강도 알루미늄 합금 재료를 생산합니다.
새로운 열처리 기술 개발, 성능 요구 사항이 다른 알루미늄 합금에 대해 서로 다른 열처리 공정 카드를 설정하고 해당 기술 표준 사양 시스템을 구축하여 다양한 등급의 알루미늄 합금의 공정 안정성을 보장합니다.