Aleazio arin bat denez, hegazkin-garraio ekipamenduetarako ezinbestekoa da, eta aluminiozko aleazioaren propietate mekaniko makroskopikoak bere mikroegiturarekin estuki lotuta daude. Aluminiozko aleazioaren egituran aleazio-elementu nagusiak aldatuz, aluminiozko aleazioaren mikroegitura alda daiteke, eta materialaren propietate mekaniko makroskopikoak eta beste propietate batzuk (korrosioarekiko erresistentzia eta soldadura-errendimendua, adibidez) nabarmen hobetu daitezke. Orain arte, mikroaleazioa bihurtu da aluminiozko aleazioen mikroegitura optimizatzeko eta aluminiozko aleazio-materialen propietate integralak hobetzeko garapen teknologikorako estrategiarik itxaropentsuena.Eskandioa(Sc) aluminiozko aleazioetarako ezagutzen den mikroaleazio elementu hobetzaile eraginkorrena da. Eskandioaren disolbagarritasuna aluminio matrizean % 0,35 baino txikiagoa da. Eskandio elementu kantitate txikiak aluminiozko aleazioei gehitzeak haien mikroegitura hobetu dezake modu eraginkorrean, baita haien erresistentzia, gogortasuna, plastizitatea, egonkortasun termikoa eta korrosioarekiko erresistentzia ere. Eskandioak hainbat efektu fisiko ditu aluminiozko aleazioetan, besteak beste, disoluzio solidoen indartzea, partikulen indartzea eta birkristalizazioaren inhibitzea. Artikulu honek eskandioa duten aluminiozko aleazioen garapen historikoa, azken aurrerapenak eta hegazkintzako ekipamenduen fabrikazioaren arloan izan ditzakeen aplikazio potentzialak aurkeztuko ditu.
Aluminio Eskandio Aleazioaren Ikerketa eta Garapena
Eskandioa aluminiozko aleazioetan aleazio-elementu gisa gehitzea 1960ko hamarkadara arte atzera daiteke. Garai hartan, lan gehiena AlSc bitarretan eta AlMgSc hirutarretan egiten zen. 1970eko hamarkadan, Sobietar Zientzien Akademiako Metalurgia eta Materialen Zientzia Baykov Institutuak eta Errusiako Aleazio Arinen Ikerketa Institutuak eskandioaren forma eta mekanismoari buruzko ikerketa sistematiko bat egin zuten aluminiozko aleazioetan. Ia berrogei urteko ahaleginaren ondoren, aluminiozko eskandio aleazioen 14 gradu garatu dira hiru serie nagusitan (AlMgSc, AlLiSc, AlZnMgSc). Eskandio atomoen aluminioan disolbagarritasuna txikia da, eta tratamendu termiko egokiak erabiliz, dentsitate handiko Al3Sc nanoprezipitatuak prezipitatu daitezke. Prezipitazio-fase hau ia esferikoa da, partikula txikiekin eta banaketa sakabanatuarekin, eta aluminiozko matrizearekin harreman koherente ona du, eta horrek aluminiozko aleazioen giro-tenperaturako erresistentzia asko hobetu dezake. Gainera, Al3Sc nanoprezipitatuek egonkortasun termiko ona eta erresistentzia handia dute tenperatura altuetan (400 ℃-ren barruan), eta hori oso onuragarria da aleazioaren beroarekiko erresistentzia handiagatik. Errusian egindako aluminio-eskandio aleazioetan, 1570 aleazioak arreta handia erakarri du bere erresistentzia handiena eta aplikazio zabalena direla eta. Aleazio honek errendimendu bikaina erakusten du -196 ℃ eta 70 ℃ arteko lan-tenperatura-tartean eta superplastikotasun naturala du, eta horrek Errusian egindako LF6 aluminio aleazioa (aluminio, magnesio, kobre, manganeso eta silizioz osatutako aluminiozko magnesio aleazioa) ordezka dezake oxigeno likidoaren ingurunean karga-egiturak soldatzeko, errendimendu nabarmen hobetuarekin. Horrez gain, Errusiak aluminio-zink magnesio eskandio aleazioak ere garatu ditu, 1970ean ordezkatuta, 500MPa baino gehiagoko erresistentzia materialarekin.
Industrializazioaren egoera.Aluminiozko eskandio aleazioa
2015ean, Europar Batasunak “Europako Metalurgia Bide-orria: Fabrikatzaile eta Azken Erabiltzaileentzako Perspektibak” argitaratu zuen, aluminioaren soldagarritasuna aztertzea proposatuz.magnesio eskandio aleazioak2020ko irailean, Europar Batasunak 29 baliabide mineral nagusiren zerrenda argitaratu zuen, eskandioa barne. Alemanian Ale Aluminum-ek garatutako 5024H116 aluminio magnesio eskandio aleazioak erresistentzia ertaina edo altua eta kaltearekiko tolerantzia handia ditu, eta horrek fuselajearen azalerako material oso itxaropentsua bihurtzen du. 2xxx serieko aluminio aleazio tradizionalak ordezkatzeko erabil daiteke eta Airbus-en AIMS03-01-055 materialen erosketa liburuan sartu da. 5028 5024-ren hobetutako kalitatea da, laser bidezko soldadurarako eta marruskadura-nahasketa soldadurarako egokia. Horma-panel integral hiperbolikoen itxuratze-prozesua lor dezake, korrosioarekiko erresistentea dena eta aluminiozko estaldurarik behar ez duena. 2524 aleazioarekin alderatuta, fuselajearen horma-panelaren egitura orokorrak % 5eko pisu murrizketa lor dezake. Aili Aluminum Company-k ekoitzitako AA5024-H116 aluminio eskandio aleazio xafla hegazkinen fuselajea eta espazio-ontzien egitura-osagaiak fabrikatzeko erabili da. AA5024-H116 aleazio xaflaren lodiera tipikoa 1,6 mm-tik 8,0 mm-ra bitartekoa da, eta dentsitate baxua, propietate mekaniko moderatuak, korrosioarekiko erresistentzia handia eta dimentsio-desbideratze zorrotza direla eta, 2524 aleazioa ordezka dezake fuselajearen azalaren material gisa. Gaur egun, AA5024-H116 aleazio xafla Airbus AIMS03-04-055 ziurtagiria jaso du. 2018ko abenduan, Txinako Industria eta Informazio Teknologia Ministerioak "Material Berri Gakoen Bigarren Mailako Aplikazio Erakustaldien Lehen Multzorako Gida Katalogoa (2018ko Edizioa)" argitaratu zuen, eta horrek "purutasun handiko eskandio oxidoa" sartu zuen material berrien industriaren garapen katalogoan. 2019an, Txinako Industria eta Informazio Teknologia Ministerioak "Material Berri Gakoen Bigarren Mailako Aplikazio Erakustaldien Lehen Multzorako Gida Katalogoa (2019ko Edizioa)" argitaratu zuen, eta horrek "Sc aluminiozko aleazio prozesatzeko materialak eta Al Si Sc soldadura hariak" sartu zituen material berrien industriaren garapen katalogoan. China Aluminum Group Northeast Light Alloy-k eskandioa eta zirkonioa dituen Al Mg Sc Zr serieko 5B70 aleazio bat garatu du. Eskandiorik eta zirkoniorik gabeko Al Mg serieko 5083 aleazio tradizionalarekin alderatuta, bere etekina eta trakzio-erresistentzia % 30 baino gehiago handitu dira. Gainera, Al Mg Sc Zr aleazioak 5083 aleazioaren korrosioarekiko erresistentzia konparagarria mantendu dezake. Gaur egun, industria-mailako aleazioa duten etxeko enpresa nagusiek...aluminio eskandio aleazioaekoizpen-ahalmena Northeast Light Alloy Company eta Southwest Aluminum Industry dira. Northeast Light Alloy Co., Ltd.-k garatutako 5B70 aluminio eskandio aleaziozko xafla handiak 70 mm-ko lodiera eta 3500 mm-ko zabalera maximoa duten aluminiozko aleaziozko xafla lodi handiak hornitu ditzake; xafla meheko produktuak eta profil produktuak ekoizpenerako pertsonaliza daitezke, 2 mm-tik 6 mm-ra bitarteko lodiera eta 1500 mm-ko zabalera maximoarekin. Southwest Aluminum-ek modu independentean garatu du 5K40 materiala eta aurrerapen handiak egin ditu xafla meheen garapenean. Al Zn Mg aleazioa denboran gogortzen den aleazioa da, erresistentzia handikoa, prozesatzeko errendimendu ona eta soldadura-errendimendu bikaina duena. Ezinbesteko eta garrantzitsua den egitura-materiala da egungo garraio-ibilgailuetan, hala nola hegazkinetan. AlZn Mg soldagarri den erresistentzia ertainean oinarrituta, eskandio eta zirkonio aleaziozko elementuak gehitzeak Al3 (Sc, Zr) nanopartikula txiki eta sakabanatuak sor ditzake mikroegituran, aleazioaren propietate mekanikoak eta tentsio-korrosioarekiko erresistentzia nabarmen hobetuz. NASAko Langley Ikerketa Zentroak C557 kalifikazioko aluminio eskandiozko aleazio hirutarra garatu du, misio modeloetan erabiltzeko prest dagoena. Aleazio honen erresistentzia estatikoa, pitzadura-hedapena eta haustura-gogorra tenperatura baxuan (-200 ℃), giro-tenperaturan eta tenperatura altuan (107 ℃) 2524 aleazioaren berdinak edo hobeak dira. Estatu Batuetako Northwestern Unibertsitateak AlZn Mg Sc aleazioko 7000 serieko erresistentzia handiko aluminiozko aleazioa garatu du, 680 MPa arteko trakzio-erresistentziarekin. Erresistentzia ertaineko aluminio eskandiozko aleazioaren eta Al Zn Mg Sc erresistentzia ultra handikoaren arteko garapen bateratuaren eredua sortu da. Al Zn Mg Cu Sc aleazioa erresistentzia handiko aluminiozko aleazioa da, 800 MPa baino gehiagoko trakzio-erresistentzia duena. Gaur egun, kalitate nagusien konposizio nominala eta errendimendu-parametro nagusiak...aluminio eskandio aleazioahonela laburbiltzen dira, 1. eta 2. tauletan erakusten den bezala.
1. taula | Aluminio eskandio aleazioaren konposizio nominala
2. taula | Aluminio eskandio aleazioaren mikroegitura eta trakzio-propietateak
Aluminio eskandio aleazioaren aplikazio aukerak
Al Zn Mg Cu Sc eta Al CuLi Sc aleazio handikoak karga-euskarri diren egitura-osagaietan erabili dira, besteak beste, Errusiako MiG-21 eta MiG-29 ehiza-hegazkinetan. Errusiako “Mars-1” espazio-ontziaren aginte-panela 1570 aluminio eskandiozko aleazioz egina dago, eta pisu osoa % 20 murriztu da. Mars-96 espazio-ontziaren tresna-moduluaren karga-osagaiak eskandioa duen 1970 aluminiozko aleazioz eginak daude, eta horrek tresna-moduluaren pisua % 10 murriztu du. “Clean Sky” programan eta EBren “2050 Flight Route” proiektuan, Airbusek zama-sotoko ateen diseinu, ikerketa eta garapen, fabrikazio eta instalazio proba-hegaldi integratuak egin zituen A321 hegazkinerako, 5024 aluminio eskandiozko aleazioaren ondorengo AA5028-H116 aluminio eskandiozko aleazioan oinarrituta. AA5028k ordezkatutako aluminio eskandiozko aleazioek prozesatzeko eta soldadura egiteko errendimendu bikaina erakutsi zuten. Marruskadura-nahasketa bidezko soldadura eta laser bidezko soldadura bezalako soldadura-teknika aurreratuak erabiliz, eskandioa duten aluminiozko aleaziozko materialen konexio fidagarria lortzeko. Hegazkinen xafla meheen egitura indartuetan “errematxatu beharrean soldadura” pixkanaka ezartzeak ez ditu soilik hegazkinen materialen koherentzia eta egitura-osotasuna mantentzen, fabrikazio eraginkorra eta kostu txikikoa lortuz, baizik eta pisua murrizteko eta zigilatzeko efektuak ere baditu. Txinako Aeroespazial Material Berezien Ikerketa Institutuak 5B70 aluminio eskandio aleazioaren aplikazio-ikerketak aurrerapauso handiak eman ditu horma-lodiera aldakorreko osagaien biraketa sendoaren, korrosioarekiko erresistentziaren eta erresistentziaren parekatzearen kontrolaren eta soldadura-hondar-tentsioaren kontrolaren teknologiak erabiliz. Aluminio eskandio aleazioko soldadura-haria moldagarria prestatu du, eta aleazioko plaka lodietarako marruskadura-nahasketa soldaduraren junturen erresistentzia-koefizientea 0,92ra irits daiteke. Txinako Espazio Teknologia Akademiak, Hegoaldeko Unibertsitate Zentralak eta beste batzuek errendimendu mekanikoko probak eta prozesu-esperimentuak egin dituzte 5B70 materialean, 5A06rako egitura-materialaren hautaketa-eskema hobetu eta errepikatu dute, eta 5B70 aluminiozko aleazioa espazio-estazioaren kabina itxiaren eta itzulera-kabinaren horma-panel indartuen egitura nagusian aplikatzen hasi dira. Plaka-egitura presurizatuko kabinaren horma-panel orokorra azalaren eta indartze-saihetsen konbinazio batekin diseinatuta dago, egitura-integrazio handiagoa eta pisuaren optimizazioa lortuz. Zurruntasun eta erresistentzia orokorra hobetzen duen bitartean, konexio-osagaien kopurua eta konplexutasuna murrizten ditu, eta horrela pisua gehiago murrizten du errendimendu handia mantenduz. 5B70 materialen ingeniaritzaren aplikazioa sustatzearekin batera, 5B70 materialaren erabilera... Gutxieneko hornidura-atalasea pixkanaka handitu eta gainditu, eta horrek lehengaien ekoizpen jarraitua eta kalitate egonkorra bermatzen lagunduko du, eta lehengaien prezioak nabarmen murriztuko ditu. Aurretik aipatu bezala, aluminiozko aleazioen propietate asko hobetu diren arren eskandio mikroaleazioaren bidez, eskandioaren prezio altuak eta urritasunak aluminiozko eskandio aleazioen aplikazio-eremua mugatzen dute. Al Cu, Al Zn, Al ZnMg bezalako aluminiozko aleazio-materialekin alderatuta, eskandioa duten aluminiozko aleazio-materialek propietate mekaniko integral onak, korrosioarekiko erresistentzia eta prozesatzeko ezaugarri bikainak dituzte, eta horrek aplikazio-aukera zabalak ematen dizkie industria-arloetan, hala nola aeroespazialean, egitura-osagai nagusien fabrikazioan. Eskandio mikroaleazio-teknologiaren ikerketa etengabe sakonduz eta hornidura-katearen eta industria-katearen egokitzapena hobetuz, eskandio aluminiozko aleazioen eskala handiko industria-aplikazioa mugatzen duten prezio eta kostu faktoreak pixkanaka hobetuko dira. Aluminiozko eskandio aleazioen propietate mekaniko integral onek, korrosioarekiko erresistentziak eta prozesatzeko ezaugarri bikainak pisu estrukturalaren murrizketa-abantaila argiak eta aplikazio-potentzial zabala ematen diete hegazkintzako ekipamenduen fabrikazioaren arloan.
Argitaratze data: 2024ko urriaren 29a