Magnezyum alaşımlarının havacılık endüstrisinde uygulanmaları

Kilo azaltma devrimi: Gram sınıfı uydu montajlarından ton sınıfı füze kovanlarına

Neden magnezyum?

1,74 g/cm3'lik yoğunluğuyla çelikten sadece dörtte biri ve alüminyum-magnezyumdan üçte ikisi alüminyum alaşımlarından %30'dan fazla yüksek bir hassasiyete sahiptir.Titanyum alaşımlarına kıyasla daha iyi titreşim amortizasyon özellikleriUçak üreticileri maliyetleri gramlarla ölçtüğünde, magnezyum alaşımları doğal bir seçim haline gelir:Bir savaş uçağının ağırlığını %15 azaltmak, kalkış ve yuvarlanma mesafesini %15 azaltır ve menzilini %20 artırır.; bir uydu yapısında tasarruf edilen her 1 kg ağırlık için, fırlatma aracı 50 kg daha az itici taşıyabilir ve zemin desteği yapıları ek 100 kg tasarruf edebilir.

II. Uygulama Tarihi: Kayalık Bir Yol, Ama Tekrar Uçmaya Başlıyor

1920'de, Magnezyum alaşımları Alman Zeppelinlerinin çerçevelerinde kullanıldı; Soğuk Savaş sırasında, ABD ve Sovyetler Birliği, bombardıman uçaklarında ve füze kovanlarında Magnezyum alaşımlarını geniş çapta kullandı.Ama kısa hizmet süreleri ve korozyon sorunları savaş zamanındaki taleplerle gölgelendi.1970'lerde ve 1980'lerde alüminyum alaşımları önemli bir yere yükseldi ve magnezyum alaşımlarının kullanımında keskin bir düşüşe neden oldu.Otomobil ağırlığının azaltılması talebi teknolojik atılımlara neden oldu, mikro-kurş oksidasyonu ve kimyasal kaplamalar sırayla olgunlaştı ve havacılık endüstrisinin dikkatini magnezyum alaşımlarına döndürmesini sağladı.

III. Bugün Gökyüzünde Magnezyum Varlığı

1. Sabit kanatlı uçaklar

• C919, koltuk çerçeveleri için ZK60 magnezyum alaşımı kullanır, bu da bir uçak başına ağırlığı 18 kg azaltır ve yılda 35.000 litre yakıt tasarrufu sağlar.
• Boeing 787, kabin çapraz kirişleri ve elektronik ekipman destekleri için Elektron®43 magnezyum nadir toprak alaşımını geniş çapta kullanır, titanyum alaşım parçalarını değiştirir ve ağırlığı% 25 azaltır.

2Helikopterler.

Yeni nesil "King of the Plateaus" helikopteri Mg-Gd-Y-Zn-Zr nadir toprak magnezyum alaşımlı birincil yük taşıyan çerçeve kullanıyor.Asıl alüminyum alaşımına kıyasla ağırlığı %18 azaltmak ve yolculuk tavanını 300 m artırmak.

3Füzeler ve Drones

• Almanya'nın Taurus KEPD-350 stand-off füzesi, takviye çerçeveleri ve kontrol yüzeyleri için tüm füzede 100 kg magnezyum alaşımı (GW83, ZK61) kullanıyor.350 km menzilli ve Mach sayısı 0.9;
• 145 mm kalibreli bir ulusal hafif füzenin kabı, dikişsiz magnezyum alaşımı ekstrüde tüpler kullanıyor.Aynı özelliklere sahip alüminyum kabuklarla karşılaştırıldığında ağırlığı %30 azaltır ve aralığı %12 artırır.

4Uydular ve Uzay Gemileri

• Chang'e-3 görevinin elektronik kabı monolitik magnezyum alaşım panelleri kullanıyor, ağırlığı 13 kg azaltıyor ve termal kontrolü, elektrik iletkenliğini,ve mikro yay oksidasyonu yoluyla korozyon direnci;
• 2022'de fırlatılan uzaktan algılama uydusu, kitlesel üretimde magnezyum-lityum alaşım bracketleri, gömülü bileşenler ve uydu aralıklayıcıları,Uyduların toplam ağırlığını %8 azaltmak ve doğrudan yükü 15 kg artırmak.

IV. Anahtar Teknolojiler: Magnezyumun Güvenilir Uçuşunu Sağlamak

1Alaşım Geliştirmeleri.

Mg-RE (nadir toprak) alaşımları, 300 °C'de 200 MPa sürünme dayanıklılığını korur; Mg-Li alaşımlarının yoğunluğu 1,5 g/cm3'ye düşürülür ve elastiklik modülü %20 arttırılır,Uzay optik braketler için özel olarak uygun hale getirmek.

2Korozyondan ve Korumadan

Mikro-ark oksidasyonu + elektrokimyasal Ni-P-grafen kompozit kaplama, ısı iletkenliği kaybı < 5% ile 1000 saatlik bir tuz püskürtme ömrü elde ederUydunun 15 yıllık hizmet ömrü boyunca korozyon ve termal kontrol sorunlarını çözmek.

3. Oluşturma ve Katılım

• Vakum destekli yarı katı şekillendirme (Thixomolding),% 95'lik bir ilk geçiş verimi ile 0,5 mm kadar ince olan karmaşık, ince duvarlı kabukların üretilmesini sağlar;
• Lazer lehimleme, farklı magnezyum-çelik eklemlerin zorluğunu yener, yorgunluk ömrünü üç katına çıkarır ve motor montaj braketlerinde kullanılır.

V. Çin'in Yolu: Kaynak Zengin Bir Ülkeden Havacılık Gücü'ne

Çin hem magnezyum rezervleri hem de üretim açısından dünyada birinci sırada.Çin Havacılık Bilim ve Sanayi Şirketi'nin Changsha Yeni Malzemeler Araştırma Enstitüsü, ve Şangay Jiao Tong Üniversitesi ekibi, “alloy tasarımı”proses optimizasyonu”yüzey tedavisi”yürekli doğrulamayı kapsayan bütünleşik bir zincir kurdu:

• Magnezyum alaşımlarının havacılık uygulamalarında kullanımı 2024 yılında yaklaşık 20.000 metrik tona ulaşacak ve 2030 yılına kadar 50.000 metrik tondan fazla olması planlanıyor.
• Ulusal Ana Araştırma ve Kalkınma Programı yılda 300 milyon yuan ayırıyor.20 metrik tonluk büyük magnezyum alaşım modülü bölümleri ve tekrar kullanılabilir roket yakıt tankları gibi "sıkıntılı" bileşenlere odaklanmak.

VI. Geleceğe Bakış

Tekrar kullanılabilir fırlatma araçları, hipersonik uçaklar ve eVTOL şehir hava hareketliliği magnezyum alaşımlarını yeni yüksekliklere taşıyacak:

• Ekleyici imalat (WAAM) 1,5 kg/saat hızla 1 metre sınıfı monolitik magnezyum alaşım kontrol yüzeylerini basar ve %35 ağırlık azaltma elde eder.
• Yapay zekaya dayalı alaşım tasarımı, yeni sınıflar için geliştirme döngüsünü 3 yıldan 6 aya kadar sıkıştırır.
• Yeşil kapalı döngü geri dönüşüm teknolojisi, geri dönüştürülen magnezyumun karbon ayak izini karbon nötrali hedeflerine uygun olarak <2 kg CO2/kg'a düşürür.

Gram seviyesindeki uydu montajlarından metrik ton sınıfındaki füze kovanlarına kadar magnezyum alaşımları kendilerini “en hafif metal” olarak kanıtlıyor