अ‍ॅल्युमिनियम स्कॅन्डियम मिश्र धातु सामग्रीचा विकास आणि अनुप्रयोग

एव्हिएशन ट्रान्सपोर्टेशन उपकरणांसाठी महत्त्वपूर्ण असणारी हलकी मिश्र धातु म्हणून, अ‍ॅल्युमिनियम मिश्र धातुचे मॅक्रोस्कोपिक यांत्रिक गुणधर्म त्याच्या मायक्रोस्ट्रक्चरशी जवळचे आहेत. अ‍ॅल्युमिनियम मिश्र धातुच्या संरचनेत मुख्य मिश्र धातु घटक बदलून, अ‍ॅल्युमिनियम मिश्र धातुच्या मायक्रोस्ट्रक्चरमध्ये बदल केला जाऊ शकतो आणि मॅक्रोस्कोपिक यांत्रिक गुणधर्म आणि इतर गुणधर्म (जसे की गंज प्रतिरोध आणि वेल्डिंग कामगिरी) लक्षणीय सुधारले जाऊ शकतात. आत्तापर्यंत, मायक्रोएलोयिंग हे अ‍ॅल्युमिनियम मिश्र धातुंच्या सूक्ष्म संरचनांचे अनुकूलन करण्यासाठी आणि अ‍ॅल्युमिनियम मिश्र धातु सामग्रीच्या विस्तृत गुणधर्म सुधारण्यासाठी सर्वात आशादायक तंत्रज्ञानाची विकास रणनीती बनली आहे.स्कॅन्डियम(एससी) अॅल्युमिनियम मिश्र धातुसाठी ओळखले जाणारे सर्वात प्रभावी मायक्रोएलोयिंग घटक वर्धक आहे. अ‍ॅल्युमिनियम मॅट्रिक्समधील स्कॅन्डियमची विद्रव्यता 0.35 डब्ल्यूटीपेक्षा कमी आहे. अॅल्युमिनियम मिश्रधातूमध्ये स्कॅन्डियम घटकांची ट्रेस प्रमाणात त्यांची सूक्ष्म संरचना प्रभावीपणे सुधारू शकते, त्यांचे सामर्थ्य, कडकपणा, प्लॅस्टीसीटी, थर्मल स्थिरता आणि गंज प्रतिकार विस्तृतपणे वाढवू शकते. घन द्रावण बळकटीकरण, कण बळकटीकरण आणि पुनर्बांधणीचा प्रतिबंध यासह अॅल्युमिनियम मिश्र धातुंमध्ये स्कॅन्डियमचे अनेक शारीरिक प्रभाव आहेत. हा लेख एव्हिएशन उपकरणे उत्पादन क्षेत्रात अ‍ॅल्युमिनियम मिश्र असलेल्या स्कॅन्डियमच्या ऐतिहासिक विकास, नवीनतम प्रगती आणि संभाव्य अनुप्रयोगांचा परिचय देईल.

अ‍ॅल्युमिनियम स्कॅन्डियम मिश्र धातुचे संशोधन आणि विकास

अ‍ॅल्युमिनियम मिश्र धातुंमध्ये मिश्रधातू घटक म्हणून स्कॅन्डियमची भर घालण्यात 1960 च्या दशकात शोध लावला जाऊ शकतो. त्यावेळी, बहुतेक काम बायनरी अल एससी आणि टर्नरी एएलएमजी एससी अ‍ॅलोय सिस्टममध्ये केले गेले. १ 1970 s० च्या दशकात, सोव्हिएत Academy कॅडमी ऑफ सायन्सेसच्या बायकोव्ह इन्स्टिट्यूट ऑफ मेटलर्जी अँड मटेरियल सायन्स आणि ऑल रशियन इन्स्टिट्यूट ऑफ लाइट अ‍ॅलोय रिसर्चने अ‍ॅल्युमिनियम मिश्रधातूमधील स्कॅन्डियमच्या स्वरूपाचा आणि यंत्रणेचा एक पद्धतशीर अभ्यास केला. जवळजवळ चाळीस वर्षांच्या प्रयत्नांनंतर, अ‍ॅल्युमिनियम स्कॅन्डियम मिश्र धातुचे 14 ग्रेड तीन प्रमुख मालिकेत विकसित केले गेले आहेत (अल एमजी एससी, अल ली एससी, अल झेडएन एमजी एससी). अ‍ॅल्युमिनियममध्ये स्कॅन्डियम अणूंची विद्रव्यता कमी आहे आणि योग्य उष्णता उपचार प्रक्रियेचा वापर करून, उच्च-घनता एएल 3 एससी नॅनो प्रीपिटेट्सचा नाश होऊ शकतो. हा पर्जन्यवृष्टीचा टप्पा जवळजवळ गोलाकार आहे, लहान कण आणि विखुरलेल्या वितरणासह आणि अ‍ॅल्युमिनियम मॅट्रिक्सशी चांगला सुसंगत संबंध आहे, ज्यामुळे अ‍ॅल्युमिनियम मिश्र धातुंच्या तपमानाची शक्ती मोठ्या प्रमाणात सुधारू शकते. याव्यतिरिक्त, एएल 3 एससी नॅनो प्रीपिटेट्समध्ये उच्च तापमानात (400 ℃ च्या आत) चांगले थर्मल स्थिरता आणि कुरकुरीत प्रतिकार आहे, जे मिश्र धातुच्या तीव्र उष्णतेच्या प्रतिकारासाठी अत्यंत फायदेशीर आहे. रशियन मेड अ‍ॅल्युमिनियम स्कॅन्डियम अ‍ॅलोयमध्ये, 1570 मिश्र धातु त्याच्या सर्वोच्च सामर्थ्याने आणि विस्तृत अनुप्रयोगामुळे बरेच लक्ष वेधले गेले आहे. हे मिश्र धातु -196 ℃ ते 70 ℃ च्या कार्यरत तापमान श्रेणीमध्ये उत्कृष्ट कामगिरी दर्शविते आणि नैसर्गिक सुपरप्लास्टिकिटी आहे, जे रशियन मेड एलएफ 6 एल्युमिनियम मिश्रधातू (अॅल्युमिनियम मॅग्नेशियम मिश्रधातू मुख्यतः लोड -बेअरिंगच्या रचनेसह तयार केलेले एक अ‍ॅल्युमिनियम मॅग्नेशियम मिश्रधातू). याव्यतिरिक्त, रशियाने 500 एमपीएच्या भौतिक सामर्थ्याने 1970 पर्यंत प्रतिनिधित्व केलेले अ‍ॅल्युमिनियम झिंक मॅग्नेशियम स्कॅन्डियम अ‍ॅलोय देखील विकसित केले आहे.

च्या औद्योगिकीकरणाची स्थितीअ‍ॅल्युमिनियम स्कॅन्डियम मिश्र धातु

२०१ 2015 मध्ये, युरोपियन युनियनने “युरोपियन मेटलर्जिकल रोडमॅप: उत्पादक आणि शेवटच्या वापरकर्त्यांसाठी प्रॉस्पेक्ट्स” जाहीर केले, जे अ‍ॅल्युमिनियमच्या वेल्डेबिलिटीचा अभ्यास करण्याचा प्रस्ताव आहेमॅग्नेशियम स्कॅन्डियम मिश्र? सप्टेंबर 2020 मध्ये, युरोपियन युनियनने स्कॅन्डियमसह 29 की खनिज संसाधनांची यादी जाहीर केली. जर्मनीमध्ये अले uminum ल्युमिनियमने विकसित केलेल्या 5024H116 अॅल्युमिनियम मॅग्नेशियम स्कॅन्डियम मिश्र धातुमध्ये मध्यम ते उच्च सामर्थ्य आणि उच्च नुकसान सहनशीलता आहे, ज्यामुळे ते फ्यूजलेज त्वचेसाठी एक अतिशय आशादायक सामग्री बनते. याचा उपयोग पारंपारिक 2 एक्सएक्सएक्स सीरिज अॅल्युमिनियम मिश्र धातुंच्या पुनर्स्थित करण्यासाठी केला जाऊ शकतो आणि एअरबसच्या उद्दीष्टे ०3-०१-०5555 मटेरियल प्रोक्योरमेंट बुकमध्ये समाविष्ट केला गेला आहे. 5028 हा 5024 चा सुधारित ग्रेड आहे, जो लेसर वेल्डिंग आणि घर्षण स्टिर वेल्डिंगसाठी योग्य आहे. हे हायपरबोलिक इंटिग्रल वॉल पॅनेलची रांगणे तयार करण्याची प्रक्रिया साध्य करू शकते, जी गंज-प्रतिरोधक आहे आणि अ‍ॅल्युमिनियम कोटिंगची आवश्यकता नाही. 2524 मिश्र धातुच्या तुलनेत, फ्यूजलेजची एकूण भिंत पॅनेल रचना 5% स्ट्रक्चरल वजन कमी करू शकते. एए 5024-एच 116 आयली uminum ल्युमिनियम कंपनीने निर्मित अ‍ॅल्युमिनियम स्कॅन्डियम अ‍ॅलोय शीटचा वापर एअरक्राफ्ट फ्यूजलेज आणि अंतराळ यान स्ट्रक्चरल घटक तयार करण्यासाठी केला गेला आहे. एए 5024-एच 116 अ‍ॅलोय शीटची विशिष्ट जाडी 1.6 मिमी ते 8.0 मिमी आहे आणि कमी घनता, मध्यम यांत्रिक गुणधर्म, उच्च गंज प्रतिरोध आणि कठोर आयामी विचलनामुळे ते 2524 मिश्र धातुची जागा फ्यूजलाज त्वचेची सामग्री म्हणून बदलू शकते. सध्या, एए 5024-एच 116 अ‍ॅलोय पत्रक एअरबस एआयएमएस 03-04-055 द्वारे प्रमाणित केले गेले आहे. डिसेंबर 2018 मध्ये, चीनच्या उद्योग आणि माहिती तंत्रज्ञान मंत्रालयाने “मुख्य नवीन सामग्री (2018 संस्करण) च्या दुय्यम अनुप्रयोग प्रात्यक्षिकांच्या पहिल्या तुकडीसाठी मार्गदर्शक कॅटलॉग (2018 संस्करण) प्रसिद्ध केले, ज्यात नवीन साहित्य उद्योगाच्या विकास कॅटलॉगमध्ये“ हाय-प्युरिटी स्कॅन्डियम ऑक्साईड ”समाविष्ट आहे. २०१ In मध्ये, चीनच्या उद्योग आणि माहिती तंत्रज्ञान मंत्रालयाने “मुख्य नवीन सामग्री (२०१ edition संस्करण) च्या प्रात्यक्षिक अनुप्रयोगांच्या पहिल्या तुकडीसाठी मार्गदर्शक कॅटलॉग (२०१ edition संस्करण) प्रसिद्ध केले, ज्यात“ एससीमध्ये नवीन मटेरियल उद्योगाच्या विकास कॅटलॉगमध्ये एल्युमिनियम अ‍ॅलोय प्रोसेसिंग मटेरियल आणि अल सी एससी वेल्डिंग वायर ”समाविष्ट होते. चायना अॅल्युमिनियम ग्रुप ईशान्य लाइट अ‍ॅलोयने स्कॅन्डियम आणि झिरकोनियम असलेले अल एमजी एससी झेडआर मालिका 5 बी 70 अलॉय विकसित केले आहे. स्कॅन्डियम आणि झिरकोनियमशिवाय पारंपारिक अल एमजी मालिका 83०8383 मिश्र धातुच्या तुलनेत, त्याचे उत्पन्न आणि तन्य शक्ती 30%पेक्षा जास्त वाढली आहे. शिवाय, अल एमजी एससी झेडआर मिश्र धातु 5083 मिश्र धातुशी तुलनात्मक गंज प्रतिकार राखू शकतो. सध्या औद्योगिक ग्रेड असलेले मुख्य घरगुती उपक्रमअ‍ॅल्युमिनियम स्कॅन्डियम मिश्र धातुउत्पादन क्षमता ही ईशान्य लाइट अ‍ॅलोय कंपनी आणि नै w त्य अॅल्युमिनियम उद्योग आहे. ईशान्य लाइट अ‍ॅलोय कंपनी, लिमिटेडने विकसित केलेले मोठ्या आकाराचे 5 बी 70 अॅल्युमिनियम स्कॅन्डियम मिश्र धातु पत्रक, जास्तीत जास्त 70 मिमी जाडी आणि जास्तीत जास्त 3500 मिमी रुंदीसह मोठ्या अॅल्युमिनियम मिश्र धातुच्या जाड प्लेट्स पुरवू शकते; पातळ पत्रक उत्पादने आणि प्रोफाइल उत्पादने उत्पादनासाठी सानुकूलित केली जाऊ शकतात, जाडीची श्रेणी 2 मिमी ते 6 मिमी आणि जास्तीत जास्त 1500 मिमी रुंदीसह. नै w त्य अॅल्युमिनियमने स्वतंत्रपणे 5 के 40 सामग्री विकसित केली आहे आणि पातळ प्लेट्सच्या विकासामध्ये महत्त्वपूर्ण प्रगती केली आहे. अल झेडएन एमजी मिश्र धातु ही उच्च सामर्थ्य, चांगली प्रक्रिया कार्यक्षमता आणि उत्कृष्ट वेल्डिंग कामगिरीसह एक वेळ कठोर बनवते. विमानासारख्या सध्याच्या वाहतुकीच्या वाहनांमध्ये ही एक अपरिहार्य आणि महत्त्वपूर्ण स्ट्रक्चरल सामग्री आहे. मध्यम सामर्थ्य वेल्डेबल अल्झन एमजीच्या आधारे, स्कॅन्डियम आणि झिरकोनियम मिश्र धातु घटक जोडणे मायक्रोस्ट्रक्चरमध्ये लहान आणि विखुरलेले अल 3 (एससी, झेडआर) नॅनोपार्टिकल्स तयार करू शकते, ज्यामुळे यांत्रिक गुणधर्म आणि मिश्र धातुच्या ताणतण प्रतिरोधात लक्षणीय सुधारणा होते. नासाच्या लॅंगले रिसर्च सेंटरने सी 557 ग्रेडसह एक टर्नरी अ‍ॅल्युमिनियम स्कॅन्डियम मिश्र धातु विकसित केले आहे, जे मॉडेल मिशनमध्ये लागू करण्यास तयार आहे. कमी तापमानात (-200 ℃), खोलीचे तापमान आणि उच्च तापमान (107 ℃) वर या मिश्र धातुची स्थिर शक्ती, क्रॅक प्रसार आणि फ्रॅक्चर टफनेस हे 2524 मिश्र धातुंपेक्षा समान किंवा चांगले आहेत. युनायटेड स्टेट्समधील नॉर्थवेस्टर्न युनिव्हर्सिटीने अल्झन एमजी एससी मिश्र धातु 7000 मालिका अल्ट्रा-हाय स्ट्रेंथ एल्युमिनियम मिश्र धातु विकसित केली आहे, ज्याची तणाव 680 एमपीए पर्यंत आहे. मध्यम उच्च सामर्थ्य अ‍ॅल्युमिनियम स्कॅन्डियम मिश्र धातु आणि अल्ट्रा-हाय स्ट्रेंथ अल झेडएन एमजी एससी दरम्यान संयुक्त विकासाचा एक नमुना तयार केला गेला आहे. अल झेडएन एमजी सीयू एससी अ‍ॅलोय ही एक उच्च-सामर्थ्य एल्युमिनियम मिश्र धातु आहे ज्यात 800 एमपीएपेक्षा जास्त तन्यता आहे. सध्या, मुख्य ग्रेडची नाममात्र रचना आणि मूलभूत कामगिरी पॅरामीटर्सअ‍ॅल्युमिनियम स्कॅन्डियम मिश्र धातुसारण्या 1 आणि 2 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे खालीलप्रमाणे सारांशित केले आहेत.

सारणी 1 | अ‍ॅल्युमिनियम स्कॅन्डियम मिश्र धातुची नाममात्र रचना

टेबल 2 | मायक्रोस्ट्रक्चर आणि एल्युमिनियम स्कॅन्डियम मिश्र धातुचे तन्य गुणधर्म

अ‍ॅल्युमिनियम स्कॅन्डियम मिश्र धातुची अनुप्रयोग संभावना

रशियन एमआयजी -21 आणि एमआयजी -29 फाइटर जेट्ससह लोड-बेअरिंग स्ट्रक्चरल घटकांवर उच्च सामर्थ्य अल झेडएन एमजी सीयू एससी आणि अल कुली एससी मिश्र धातु लागू केले गेले आहेत. रशियन अंतराळ यानाचा डॅशबोर्ड “मार्स -1 ″ 1570 अॅल्युमिनियम स्कॅन्डियम मिश्र धातुचा बनलेला आहे, एकूण वजन कमी 20%आहे. मार्स -96 अंतराळ यानाच्या इन्स्ट्रुमेंट मॉड्यूलचे लोड-बेअरिंग घटक १ 1970 .० च्या अ‍ॅल्युमिनियम मिश्र धातुचे बनलेले आहेत ज्यात स्कॅन्डियम आहे, ज्यामुळे इन्स्ट्रुमेंट मॉड्यूलचे वजन १०%कमी होते. “क्लीन स्काय” प्रोग्राम आणि ईयूच्या “२०50० फ्लाइट रूट” प्रकल्पात एअरबसने एकात्मिक कार्गो होल्ड डोर डिझाइन, संशोधन आणि विकास, उत्पादन आणि एए 321 विमानांसाठी स्थापना चाचणी उड्डाणे आयोजित केली. एए 5028 द्वारे प्रतिनिधित्व केलेल्या अ‍ॅल्युमिनियम स्कॅन्डियम मिश्र धातुंनी उत्कृष्ट प्रक्रिया आणि वेल्डिंग कामगिरीचे प्रदर्शन केले. अ‍ॅल्युमिनियम मिश्र धातु सामग्री असलेल्या स्कॅन्डियमचे विश्वसनीय कनेक्शन साध्य करण्यासाठी फ्रिक्शन स्ट्रीट वेल्डिंग आणि लेसर वेल्डिंग सारख्या प्रगत वेल्डिंग तंत्राचा उपयोग करणे. विमानात प्रबलित पातळ प्लेट स्ट्रक्चर्समध्ये “रिव्हटिंगऐवजी वेल्डिंग” ची हळूहळू अंमलबजावणी केवळ विमान सामग्री आणि स्ट्रक्चरल अखंडतेची सुसंगतताच ठेवत नाही, कार्यक्षम आणि कमी किमतीचे उत्पादन साध्य करते, परंतु वजन कमी आणि सीलिंग प्रभाव देखील आहेत. चायना एरोस्पेस स्पेशल मटेरियल रिसर्च इन्स्टिट्यूटद्वारे अ‍ॅल्युमिनियम स्कॅन्डियम 5 बी 70 मिश्र धातुच्या अनुप्रयोग संशोधनात बदलत्या भिंतीच्या जाडी घटकांच्या मजबूत कताई, गंज प्रतिरोध आणि सामर्थ्य जुळण्याचे नियंत्रण आणि वेल्डिंग अवशिष्ट तणावाचे नियंत्रण आहे. याने अ‍ॅल्युमिनियम स्कॅन्डियम अ‍ॅलोय अ‍ॅडॉप्टिव्ह वेल्डिंग वायर तयार केले आहे आणि मिश्रधातूमध्ये जाड प्लेट्ससाठी घर्षण स्ट्रीट वेल्डिंगचे संयुक्त सामर्थ्य गुणांक 0.92 पर्यंत पोहोचू शकतात. चायना Academy कॅडमी ऑफ स्पेस टेक्नॉलॉजी, सेंट्रल साउथ युनिव्हर्सिटी आणि इतरांनी 5 बी 70 मटेरियलवर विस्तृत यांत्रिकी कामगिरी चाचणी आणि प्रक्रिया प्रयोग केले आहेत, 5 ए 06 साठी स्ट्रक्चरल मटेरियल निवड योजना श्रेणीसुधारित केली आणि पुनरावृत्ती केली आणि स्पेस स्टेशनच्या सीलबंद कॅबिनच्या एकूण प्रबलित वॉल पॅनल्समध्ये 5 बी 70 अॅल्युमिनियम मिश्र धातु लागू करण्यास सुरवात केली आहे. प्लेट स्ट्रक्चर प्रेशराइज्ड केबिनचे एकूण भिंत पॅनेल त्वचा आणि मजबुतीकरण फासांच्या संयोजनासह डिझाइन केलेले आहे, उच्च स्ट्रक्चरल एकत्रीकरण आणि वजन ऑप्टिमायझेशन प्राप्त करते. एकूणच कडकपणा आणि सामर्थ्य सुधारत असताना, ते घटक जोडण्याची संख्या आणि जटिलता कमी करते, ज्यामुळे उच्च कार्यक्षमता राखताना वजन कमी होते. 5 बी 70 मटेरियल अभियांत्रिकीच्या अर्जाच्या जाहिरातीसह, 5 बी 70 सामग्रीचा वापर हळूहळू वाढेल आणि कमीतकमी पुरवठा उंबरठ्यापेक्षा जास्त होईल, ज्यामुळे कच्च्या मालाची सतत उत्पादन आणि स्थिर गुणवत्ता सुनिश्चित करण्यात मदत होईल आणि कच्च्या सामग्रीच्या किंमतींमध्ये लक्षणीय घट होईल. आधी नमूद केल्याप्रमाणे, स्कॅन्डियम मायक्रोएलोयिंगच्या माध्यमातून अ‍ॅल्युमिनियम मिश्र धातुंचे अनेक गुणधर्म सुधारले असले तरी, स्कॅन्डियमची उच्च किंमत आणि टंचाई अ‍ॅल्युमिनियम स्कॅन्डियम मिश्र धातुंच्या अनुप्रयोग श्रेणी मर्यादित करते. अल क्यू, अल झेडएन, अल झेडएनएमजी यासारख्या अ‍ॅल्युमिनियम मिश्र धातुच्या सामग्रीच्या तुलनेत, अ‍ॅल्युमिनियम अ‍ॅलोय मटेरियल असलेल्या स्कॅन्डियममध्ये चांगले व्यापक यांत्रिक गुणधर्म, गंज प्रतिरोध आणि उत्कृष्ट प्रक्रिया वैशिष्ट्ये आहेत, ज्यामुळे एअरोस्पेससारख्या औद्योगिक क्षेत्रातील मुख्य स्ट्रक्चरल घटकांच्या निर्मितीमध्ये व्यापक अनुप्रयोगांची शक्यता असते. स्कॅन्डियम मायक्रोएलोयिंग तंत्रज्ञानावरील संशोधनाचे सतत सखोलपणा आणि पुरवठा साखळी आणि औद्योगिक साखळी जुळणी सुधारण्यामुळे, स्कॅन्डियम अ‍ॅल्युमिनियम मिश्र धातुंच्या मोठ्या प्रमाणात औद्योगिक अनुप्रयोगास प्रतिबंधित करणारे किंमत आणि खर्च घटक हळूहळू सुधारतील. चांगले सर्वसमावेशक यांत्रिक गुणधर्म, गंज प्रतिरोध आणि अ‍ॅल्युमिनियम स्कॅन्डियम मिश्र धातुंच्या उत्कृष्ट प्रक्रियेची वैशिष्ट्ये त्यांना विमानचालन उपकरणे उत्पादनाच्या क्षेत्रात स्पष्ट स्ट्रक्चरल वेट रिडक्शन फायदे आणि विस्तृत अनुप्रयोग क्षमता बनवतात.