航空宇宙向け高強度・耐食性アルミニウム合金材料
継続的な発展とともに現代の航空宇宙分野、原子力産業、輸送産業では、構造部品の総合性能に対するより高い要求が出されており、軽量、高強度、高靱性、高破壊靱性および応力を備えた新世代の超高強度アルミニウム合金が求められています。耐食性が第一の選択であることは間違いありません。
超高強度アルミニウム合金とは、一般に降伏強度が500MPaを超えるアルミニウム合金を指し、最も一般的なのは7シリーズの超硬アルミニウムです。 このアルミニウム合金シリーズは、もともと航空宇宙用途の文脈で開発されましたが、現在では世界中の軍用および民間航空機の主要な構造材料に発展し、航空機構造部品の割合の 70-80% を占めています。高価なチタン合金に代わって多くの分野で欠かせない重要な軽量構造材料となっています。
** 航空宇宙用アルミニウム合金開発の背景と現状 **
アルミニウム合金は、比較的成熟した軽量高強度合金材料として航空宇宙分野で使用され、アルミニウム合金材料は一般に構造材料として使用され、鋼よりも高い比強度と優れた加工特性を備えています。
航空宇宙分野では、航空宇宙使用の過酷な条件を満たすために、主に高強度、高靭性、耐食性のアルミニウム合金材料を開発しています。アプリケーションは、高強度アルミニウム合金プロセスの改善に基づいて、2000シリーズおよび7000シリーズのアルミニウム合金です。粉末冶金やジェット成形などの革新的な製造プロセスにより、軽量で性能の優れたアルミニウム合金材料を開発し、アルミニウム基複合材料や超塑性アルミニウム合金材料の関連研究を行っています。
軽量高強度アルミニウム合金の開発と応用プロセスにおいて、応力腐食問題はアルミニウム合金の応用の歴史全体の中での主要な問題であり、高強度アルミニウム合金の使用における応力腐食問題をいかに弱体化または遅延させるかが課題となっている。アルミニウム合金の適用プロセスにおける主な問題。
2000シリーズアルミニウム合金主な合金元素としてCuを主成分とするアルミニウム合金材に、Cu元素を適量添加して調製すると、強度、耐熱性、加工性が向上しますが、Cu元素の導入により耐食性が低下します。アルミニウム合金の内部に結晶間腐食が発生しやすくなるため、材料組成元素はアルミニウム合金の性能に直接影響します。 このため、2000系アルミニウム合金は、主アルミニウム合金の電気化学的保護膜として、その表面に純アルミニウムまたは6000系アルミニウム合金をコーティングして耐食性を向上させることが一般的である。 その後、学者たちはさまざまなグレードのアルミニウム合金の応力腐食性能を向上させる方法について多くの研究を行い、アルミニウム合金の応力腐食の程度をある程度遅らせました。
航空宇宙分野では、2000系アルミニウム合金の主成分は主にアルミニウム（Al）、銅（Cu）、マグネシウム（Mg）であり、7000系アルミニウム合金の主成分はAl、亜鉛（Zn）、Mg、Cuです。 。 特殊元素を添加した高性能（高強度、高靱性、耐食性）のアルミニウム合金材料もあります。 現在、高性能のアルミニウム合金材料を得るための主な方法は、溶解および鋳造条件を変更することです。
アルミニウム合金材料は航空機の安全な飛行を確保するための重要な構成材料です。 さまざまな部品のアルミニウム合金材料の選択と性能予測は、航空機の安全性と信頼性に直接関係します。 航空分野におけるアルミニウム合金材料の故障予測は人命の安全に直接関係するため、細心の注意を払う必要があります。
** 海外航空宇宙用アルミニウム合金材料開発 **
1960 年代に、米国は 7075 アルミニウム合金をベースに改良し、主に F-18 圧縮構造部品に使用される、より強く、より強靱で応力腐食に強い 7050 合金を開発し、その後、7150 合金を開発しました。ボーイング 757/767 およびエアバス A301 およびその他の民間大型航空機の上翼構造の製造。 1980年代に米国などが7150をベースにした7055合金の開発に成功し、7150よりも強度が約10％高く、総合性能が高く、ボーイング777型機の上翼スキンや翼ストリンガーに使用された。 。
** 中国と国際先進レベルとのギャップと発展の方向 **
中国ではアルミニウム合金材料の開発が長年にわたって行われてきましたが、国際的な先進レベルと比べると依然として大きな差があります。 具体的な性能は次のとおりです。まず、製品のほとんどが模倣品であり、包括的な独立した知的財産権を持つアルミニウム合金材料がまだ入手可能でなく、アルミニウム合金材料の生産の標準システムがまだ確立されていません。 第二に、基礎研究が弱く、開発期間が短く、データの蓄積が不十分であること。 第三に、生産加工設備が遅れており、製品の品質管理システムが完全ではありません。
これを考慮すると、中国におけるアルミニウム合金材料の将来の発展方向は次のようになります。
構成元素の含有量や比率を変更する。
さまざまな性能要求に対応したアルミニウム合金材料配合の開発、凝固場条件の変更によるアルミニウム合金の性能向上、合金元素の固溶量の向上、ジルコニウム（Zr）などの元素の添加によるアルミニウム合金の性能向上スカンジウム (Sc)、エルビウム (Er) およびその他のマイクロ合金化方法。
合金をさらに高純度化し、Fe、Siなどの不純物を低減し、不純物含有量を制御し、高靱性、高強度のアルミニウム合金材料を製造します。
新しい熱処理技術の開発、異なる性能要件を持つアルミニウム合金の異なる熱処理プロセスカードを確立し、対応する技術標準仕様システムを確立して、さまざまなグレードのアルミニウム合金のプロセスの安定性を確保します。