एल्यूमीनियम स्कैंडियम मिश्र धातु सामग्री का विकास और अनुप्रयोग

एक हल्के मिश्र धातु के रूप में जो विमानन परिवहन उपकरणों के लिए महत्वपूर्ण है, एल्यूमीनियम मिश्र धातु के मैक्रोस्कोपिक यांत्रिक गुण इसके माइक्रोस्ट्रक्चर से निकटता से संबंधित हैं। एल्यूमीनियम मिश्र धातु संरचना में मुख्य मिश्र धातु तत्वों को बदलकर, एल्यूमीनियम मिश्र धातु के माइक्रोस्ट्रक्चर को बदल दिया जा सकता है, और सामग्री के मैक्रोस्कोपिक यांत्रिक गुणों और अन्य गुणों (जैसे कि संक्षारण प्रतिरोध और वेल्डिंग प्रदर्शन) में काफी सुधार किया जा सकता है। अब तक, माइक्रोलाइंग एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं के माइक्रोस्ट्रक्चर को अनुकूलित करने और एल्यूमीनियम मिश्र धातु सामग्री के व्यापक गुणों में सुधार करने के लिए सबसे आशाजनक तकनीकी विकास रणनीति बन गया है।कंजूस(SC) एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं के लिए जाना जाने वाला सबसे प्रभावी माइक्रोएलॉयिंग तत्व बढ़ाने वाला है। एल्यूमीनियम मैट्रिक्स में स्कैंडियम की घुलनशीलता 0.35 wt।%से कम है, एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं के लिए स्कैंडियम तत्व की ट्रेस मात्रा को जोड़ने से प्रभावी रूप से उनके माइक्रोस्ट्रक्चर में सुधार हो सकता है, व्यापक रूप से उनकी ताकत, कठोरता, प्लास्टिसिटी, थर्मल स्थिरता और क्षरण प्रतिरोध को बढ़ा सकता है। स्कैंडियम में एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में कई भौतिक प्रभाव होते हैं, जिसमें ठोस समाधान मजबूत करना, कण को ​​मजबूत करना और पुनरावर्तन के निषेध शामिल हैं। यह लेख विमानन उपकरण निर्माण के क्षेत्र में एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं वाले स्कैंडियम के ऐतिहासिक विकास, नवीनतम प्रगति और संभावित अनुप्रयोगों को पेश करेगा।

एल्यूमीनियम स्कैंडियम मिश्र धातु का अनुसंधान और विकास

एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं के लिए एक मिश्र धातु तत्व के रूप में स्कैंडियम के अलावा का पता लगाया जा सकता है 1960 के दशक में। उस समय, अधिकांश काम बाइनरी अल एससी और टर्नरी अल्मग एससी मिश्र धातु प्रणालियों में किए गए थे। 1970 के दशक में, बेकोव इंस्टीट्यूट ऑफ मेटाल्योरोगी एंड मैटेरियल्स साइंस ऑफ सोवियत एकेडमी ऑफ साइंसेज और ऑल रशियन इंस्टीट्यूट ऑफ लाइट मिश्र धातु अनुसंधान ने एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं में स्कैंडियम के रूप और तंत्र पर एक व्यवस्थित अध्ययन किया। लगभग चालीस वर्षों के प्रयास के बाद, एल्यूमीनियम स्कैंडियम मिश्र धातुओं के 14 ग्रेड को तीन प्रमुख श्रृंखलाओं (अल एमजी एससी, अल ली एससी, अल जेन एमजी एससी) में विकसित किया गया है। एल्यूमीनियम में स्कैंडियम परमाणुओं की घुलनशीलता कम है, और उचित गर्मी उपचार प्रक्रियाओं का उपयोग करके, उच्च घनत्व AL3SC नैनो अवक्षेप को अवक्षेपित किया जा सकता है। यह वर्षा चरण लगभग गोलाकार है, छोटे कणों और बिखरे हुए वितरण के साथ, और एल्यूमीनियम मैट्रिक्स के साथ एक अच्छा सुसंगत संबंध है, जो एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं के कमरे के तापमान की ताकत में बहुत सुधार कर सकता है। इसके अलावा, AL3SC नैनो अवक्षेपों में उच्च तापमान (400 ℃ के भीतर) पर अच्छी थर्मल स्थिरता और मोटे प्रतिरोध होता है, जो मिश्र धातु के मजबूत गर्मी प्रतिरोध के लिए बेहद फायदेमंद है। रूसी निर्मित एल्यूमीनियम स्कैंडियम मिश्र धातुओं में, 1570 मिश्र धातु ने अपनी उच्चतम ताकत और व्यापक अनुप्रयोग के कारण बहुत ध्यान आकर्षित किया है। यह मिश्र धातु -196 ℃ से 70 ℃ के कामकाजी तापमान रेंज में उत्कृष्ट प्रदर्शन प्रदर्शित करता है और इसमें प्राकृतिक सुपरप्लास्टिकिटी होती है, जो रूसी मेड LF6 एल्यूमीनियम मिश्र धातु (एक एल्यूमीनियम मैग्नीशियम मिश्र धातु को मुख्य रूप से एल्यूमीनियम, मैग्नीशियम, कॉपर, मैंगनीज, मैंगनीज, मैंगनीज, और सिलिकॉन से बना है) को बदल सकता है। इसके अलावा, रूस ने एल्यूमीनियम जस्ता मैग्नीशियम स्कैंडियम मिश्र धातुओं को भी विकसित किया है, जो 1970 तक 500MPA से अधिक की सामग्री की शक्ति के साथ प्रतिनिधित्व किया गया है।

की औद्योगीकरण की स्थितिएल्यूमीनियम स्कैंडियम मिश्र धातु

2015 में, यूरोपीय संघ ने "यूरोपीय मेटालर्जिकल रोडमैप: प्रॉस्पेक्ट्स फॉर मैन्युफैक्चरर्स एंड एंड यूजर्स" जारी किया, जो एल्यूमीनियम की वेल्डेबिलिटी का अध्ययन करने का प्रस्ताव हैमैग्नीशियम स्कैंडियम मिश्र धातु। सितंबर 2020 में, यूरोपीय संघ ने स्कैंडियम सहित 29 प्रमुख खनिज संसाधनों की एक सूची जारी की। जर्मनी में एले एल्यूमीनियम द्वारा विकसित 5024H116 एल्यूमीनियम मैग्नीशियम स्कैंडियम मिश्र धातु में उच्च शक्ति और उच्च क्षति सहिष्णुता का माध्यम है, जिससे यह धड़ त्वचा के लिए एक बहुत ही आशाजनक सामग्री है। इसका उपयोग पारंपरिक 2xxx श्रृंखला एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं को बदलने के लिए किया जा सकता है और इसे एयरबस के AIMS03-01-055 सामग्री खरीद पुस्तक में शामिल किया गया है। 5028 5024 का एक बेहतर ग्रेड है, जो लेजर वेल्डिंग और घर्षण हलचल वेल्डिंग के लिए उपयुक्त है। यह हाइपरबोलिक इंटीग्रल वॉल पैनल की रेंगने वाली प्रक्रिया को प्राप्त कर सकता है, जो संक्षारण प्रतिरोधी है और इसे एल्यूमीनियम कोटिंग की आवश्यकता नहीं होती है। 2524 मिश्र धातु की तुलना में, धड़ की समग्र दीवार पैनल संरचना 5% संरचनात्मक वजन में कमी को प्राप्त कर सकती है। AA5024-H116 एल्यूमीनियम स्कैंडियम मिश्र धातु शीट Aili एल्यूमीनियम कंपनी द्वारा निर्मित विमान धड़ और अंतरिक्ष यान संरचनात्मक घटकों के निर्माण के लिए उपयोग किया गया है। AA5024-H116 मिश्र धातु शीट की विशिष्ट मोटाई 1.6 मिमी से 8.0 मिमी है, और इसके कम घनत्व, मध्यम यांत्रिक गुणों, उच्च संक्षारण प्रतिरोध और सख्त आयामी विचलन के कारण, यह धड़ त्वचा सामग्री के रूप में 2524 मिश्र धातु को बदल सकता है। वर्तमान में, AA5024-H116 मिश्र धातु शीट को Airbus AIMS03-04-055 द्वारा प्रमाणित किया गया है। दिसंबर 2018 में, चीन के उद्योग और सूचना प्रौद्योगिकी मंत्रालय ने "प्रमुख नई सामग्री (2018 संस्करण) के माध्यमिक अनुप्रयोग प्रदर्शनों के पहले बैच के लिए मार्गदर्शक कैटलॉग" जारी किया, जिसमें नए सामग्री उद्योग के विकास कैटलॉग में "उच्च शुद्धता स्कैंडियम ऑक्साइड" शामिल थे। 2019 में, चीन के उद्योग और सूचना प्रौद्योगिकी मंत्रालय ने "प्रमुख नई सामग्री (2019 संस्करण) के प्रदर्शन अनुप्रयोगों के पहले बैच के लिए मार्गदर्शक कैटलॉग" जारी किया, जिसमें नई सामग्री उद्योग के विकास कैटलॉग में "एससी एल्यूमीनियम मिश्र धातु प्रसंस्करण सामग्री और अल सी एसआई वेल्डिंग तारों" शामिल थे। चाइना एल्यूमीनियम ग्रुप नॉर्थईस्ट लाइट मिश्र धातु ने स्कैंडियम और जिरकोनियम युक्त एक अल Mg SC ZR सीरीज़ 5B70 मिश्र धातु विकसित की है। स्कैंडियम और जिरकोनियम के बिना पारंपरिक अल एमजी श्रृंखला 5083 मिश्र धातु की तुलना में, इसकी उपज और तन्यता ताकत में 30%से अधिक की वृद्धि हुई है। इसके अलावा, AL MG SC ZR मिश्र धातु 5083 मिश्र धातु के लिए तुलनीय संक्षारण प्रतिरोध बनाए रख सकता है। वर्तमान में, औद्योगिक ग्रेड के साथ मुख्य घरेलू उद्यमएल्यूमीनियम स्कैंडियम मिश्र धातुउत्पादन क्षमता पूर्वोत्तर लाइट मिश्र धातु कंपनी और दक्षिण -पश्चिम एल्यूमीनियम उद्योग हैं। नॉर्थईस्ट लाइट मिश्र धातु कं, लिमिटेड द्वारा विकसित बड़े आकार के 5B70 एल्यूमीनियम स्कैंडियम मिश्र धातु शीट, 70 मिमी की अधिकतम मोटाई और 3500 मिमी की अधिकतम चौड़ाई के साथ बड़े एल्यूमीनियम मिश्र धातु मोटी प्लेटों की आपूर्ति कर सकते हैं; पतली शीट उत्पादों और प्रोफ़ाइल उत्पादों को उत्पादन के लिए अनुकूलित किया जा सकता है, जिसमें 2 मिमी से 6 मिमी की मोटाई रेंज और अधिकतम 1500 मिमी की अधिकतम चौड़ाई होती है। दक्षिण पश्चिम एल्यूमीनियम ने स्वतंत्र रूप से 5K40 सामग्री विकसित की है और पतली प्लेटों के विकास में महत्वपूर्ण प्रगति की है। अल Zn Mg मिश्र धातु उच्च शक्ति, अच्छे प्रसंस्करण प्रदर्शन और उत्कृष्ट वेल्डिंग प्रदर्शन के साथ एक समय सख्त मिश्र धातु है। यह हवाई जहाज जैसे वर्तमान परिवहन वाहनों में एक अपरिहार्य और महत्वपूर्ण संरचनात्मक सामग्री है। मध्यम शक्ति वेल्डेबल ALZN Mg के आधार पर, स्कैंडियम और जिरकोनियम मिश्र धातु तत्वों को जोड़ने से माइक्रोस्ट्रक्चर में छोटे और छितरी हुई AL3 (SC, ZR) नैनोकणों का निर्माण हो सकता है, जो मिश्र धातु के यांत्रिक गुणों और तनाव संक्षारण प्रतिरोध में काफी सुधार कर सकता है। नासा के लैंगली रिसर्च सेंटर ने ग्रेड C557 के साथ एक टर्नरी एल्यूमीनियम स्कैंडियम मिश्र धातु विकसित की है, जो मॉडल मिशनों में लागू होने के लिए तैयार है। कम तापमान (-200 ℃), कमरे के तापमान, और उच्च तापमान (107 ℃) पर इस मिश्र धातु की स्थैतिक शक्ति, दरार प्रसार और फ्रैक्चर क्रूरता 2524 मिश्र धातु की तुलना में सभी के बराबर या बेहतर हैं। संयुक्त राज्य अमेरिका में नॉर्थवेस्टर्न विश्वविद्यालय ने ALZN MG SC मिश्र धातु 7000 श्रृंखला अल्ट्रा-हाई स्ट्रेंथ एल्यूमीनियम मिश्र धातु विकसित की है, जिसमें 680MPA तक की तन्यता ताकत है। मध्यम उच्च शक्ति एल्यूमीनियम स्कैंडियम मिश्र धातु और अल्ट्रा-हाई स्ट्रेंथ अल Zn Mg SC के बीच संयुक्त विकास का एक पैटर्न बनाया गया है। अल Zn Mg Cu Sc मिश्र धातु एक उच्च शक्ति वाले एल्यूमीनियम मिश्र धातु है जिसमें 800 MPa से अधिक एक तन्य शक्ति है। वर्तमान में, नाममात्र रचना और मुख्य ग्रेड की बुनियादी प्रदर्शन पैरामीटरएल्यूमीनियम स्कैंडियम मिश्र धातुसंक्षेप में निम्नानुसार संक्षेपित किया गया है, जैसा कि टेबल्स 1 और 2 में दिखाया गया है।

तालिका 1 | एल्यूमीनियम स्कैंडियम मिश्र धातु की नाममात्र रचना

तालिका 2 | एल्यूमीनियम स्कैंडियम मिश्र धातु के माइक्रोस्ट्रक्चर और तन्य गुण

एल्यूमीनियम स्कैंडियम मिश्र धातु के आवेदन की संभावनाएं

उच्च शक्ति Al Zn Mg Cu Sc और Al Culi SC मिश्र धातुओं को लोड-असर संरचनात्मक घटकों के लिए लागू किया गया है, जिसमें रूसी MIG-21 और MIG-29 फाइटर जेट्स शामिल हैं। रूसी अंतरिक्ष यान का डैशबोर्ड "MARS-1 ″ 1570 एल्यूमीनियम स्कैंडियम मिश्र धातु से बना है, जिसमें कुल वजन में 20%की कमी है। MARS-96 अंतरिक्ष यान के उपकरण मॉड्यूल के लोड-असर वाले घटक 1970 के एल्यूमीनियम मिश्र धातु से बने होते हैं, जिसमें स्कैंडियम होता है, जिससे इंस्ट्रूमेंट मॉड्यूल के वजन को 10%तक कम कर दिया जाता है। "क्लीन स्काई" कार्यक्रम और यूरोपीय संघ के "2050 फ्लाइट रूट" परियोजना में, एयरबस ने एकीकृत कार्गो होल्ड डोर डिज़ाइन, रिसर्च एंड डेवलपमेंट, मैन्युफैक्चरिंग और इंस्टॉलेशन टेस्ट फ्लाइट्स को A321 विमानों के लिए उत्तराधिकारी ग्रेड AA5028-H116 एल्यूमीनियम स्कैंडियम मिश्र धातु के लिए 5024 एल्यूमीनियम स्कैंडियम मिश्र धातु के रूप में संचालित किया। AA5028 द्वारा प्रतिनिधित्व किए गए एल्यूमीनियम स्कैंडियम मिश्र धातुओं ने उत्कृष्ट प्रसंस्करण और वेल्डिंग प्रदर्शन का प्रदर्शन किया। एल्यूमीनियम मिश्र धातु सामग्री युक्त स्कैंडियम के विश्वसनीय कनेक्शन को प्राप्त करने के लिए घर्षण हलचल वेल्डिंग और लेजर वेल्डिंग जैसी उन्नत वेल्डिंग तकनीकों का उपयोग करना। विमान में "वेल्डिंग के बजाय वेल्डिंग" के क्रमिक कार्यान्वयन ने न केवल विमान सामग्री और संरचनात्मक अखंडता की स्थिरता को बनाए रखा है, कुशल और कम लागत वाले विनिर्माण को प्राप्त किया है, बल्कि वजन में कमी और सीलिंग प्रभाव भी हैं। चीन एयरोस्पेस स्पेशल मटेरियल रिसर्च इंस्टीट्यूट द्वारा एल्यूमीनियम स्कैंडियम 5B70 मिश्र धातु का अनुप्रयोग अनुसंधान चर दीवार मोटाई घटकों की मजबूत कताई, जंग प्रतिरोध और शक्ति मिलान के नियंत्रण और वेल्डिंग अवशिष्ट तनाव के नियंत्रण के माध्यम से टूट गया है। इसने एल्यूमीनियम स्कैंडियम मिश्र धातु अनुकूली वेल्डिंग तार तैयार किया है, और मिश्र धातु में मोटी प्लेटों के लिए घर्षण हलचल वेल्डिंग की संयुक्त शक्ति गुणांक 0.92 तक पहुंच सकती है। चाइना एकेडमी ऑफ स्पेस टेक्नोलॉजी, सेंट्रल साउथ यूनिवर्सिटी, और अन्य ने 5B70 सामग्री पर व्यापक यांत्रिक प्रदर्शन परीक्षण और प्रक्रिया प्रयोगों का संचालन किया है, 5A06 के लिए संरचनात्मक सामग्री चयन योजना को अपग्रेड और पुनरावृत्त किया है, और अंतरिक्ष स्टेशन के सील केबिन और वापसी कैबिन के समग्र प्रबलित दीवार पैनल की मुख्य संरचना में 5B70 एल्यूमीनियम मिश्र धातु को लागू करना शुरू कर दिया है। प्लेट संरचना दबाव वाले केबिन की समग्र दीवार पैनल को त्वचा और सुदृढीकरण पसलियों के संयोजन के साथ डिज़ाइन किया गया है, जो उच्च संरचनात्मक एकीकरण और वजन अनुकूलन को प्राप्त करता है। समग्र कठोरता और शक्ति में सुधार करते हुए, यह घटकों को जोड़ने की संख्या और जटिलता को कम करता है, जिससे उच्च प्रदर्शन को बनाए रखते हुए वजन कम होता है। 5B70 सामग्री इंजीनियरिंग के आवेदन को बढ़ावा देने के साथ, 5B70 सामग्री का उपयोग धीरे -धीरे बढ़ेगा और न्यूनतम आपूर्ति सीमा से अधिक होगा, जो कच्चे माल के निरंतर उत्पादन और स्थिर गुणवत्ता को सुनिश्चित करने में मदद करेगा, और कच्चे माल की कीमतों को काफी कम कर देगा। जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, हालांकि एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं के कई गुणों को स्कैंडियम माइक्रोलाइंग के माध्यम से सुधार किया गया है, स्कैंडियम की उच्च कीमत और कमी एल्यूमीनियम स्कैंडियम मिश्र धातुओं की आवेदन सीमा को सीमित करती है। एल क्यू, अल Zn, Al ZNMG जैसे एल्यूमीनियम मिश्र धातु सामग्री की तुलना में, एल्यूमीनियम मिश्र धातु सामग्री युक्त स्कैंडियम में अच्छे व्यापक यांत्रिक गुण, संक्षारण प्रतिरोध और उत्कृष्ट प्रसंस्करण विशेषताएं हैं, जो उन्हें एयरोस्पेस जैसे औद्योगिक क्षेत्रों में मुख्य संरचनात्मक घटकों के निर्माण में व्यापक अनुप्रयोग संभावनाएं बनाते हैं। स्कैंडियम माइक्रोएलॉयिंग तकनीक और आपूर्ति श्रृंखला और औद्योगिक श्रृंखला के मिलान के सुधार पर अनुसंधान के निरंतर गहनता के साथ, स्कैंडियम एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं के बड़े पैमाने पर औद्योगिक अनुप्रयोग को प्रतिबंधित करने वाले मूल्य और लागत कारक धीरे-धीरे सुधार करेंगे। एल्यूमीनियम स्कैंडियम मिश्र धातुओं की अच्छी व्यापक यांत्रिक गुण, संक्षारण प्रतिरोध, और उत्कृष्ट प्रसंस्करण विशेषताओं से उन्हें स्पष्ट संरचनात्मक वजन में कमी के लाभ और विमानन उपकरण निर्माण के क्षेत्र में व्यापक अनुप्रयोग क्षमता होती है।