Alumiini on maankuoren yleisin metallialkuaine. Se on maailman toiseksi suurin tuotanto- ja käyttöaste ei-rautametalli teräksen jälkeen. Sen tiheys on alhainen, noin 1/3 teräksen tiheydestä. Koska puhdas alumiini on pehmeää ja sen lujuus on alhainen, alumiiniseoksen suorituskyky paranee lisäämällä siihen pieniä määriä alkuaineita, kuten magnesiumia, kuparia, sinkkiä, piitä ja litiumia. Alumiiniseokset ovat teollisuudessa eniten käytettyjä ei-rautametallirakenteita niiden erinomaisten mekaanisten ominaisuuksien ja korroosionkestävyyden ansiosta. Niitä on käytetty laajalti rakentamisessa, ilmailu- ja avaruusteollisuudessa, autoteollisuudessa, konepajateollisuudessa, laivanrakennuksessa ja kemianteollisuudessa.
Alumiiniseoksilla on erinomaiset ominaisuudet mekaniikassa ja kemiassa:
1 Mekaaniset ominaisuudet, jotka heijastuvat pääasiassa alhaisena tiheytenä, korkeana lujuutena, korkeana moduulina jne. Alumiinilla on alhainen tiheys ja se on kevyempää kuin muut metallit, vain 1/4 teräksestä, joten se soveltuu käytettäväksi aloilla, joilla on korkeat kevyen rakenteen vaatimukset;
② Kemiallisten ominaisuuksien osalta alumiiniseos voi muodostaa tiheän oksidikalvon pinnalle ilmassa, mikä suojaa sitä syvältä hapettumiselta. Siksi sillä on erinomainen korroosionkestävyys ja erittäin vakaa kemiallinen koostumus.
③Alumiiniseoksella on hyvä plastisuus ja sitä voidaan työstää erilaisiksi profiileiksi. Sillä on erinomainen sähkön- ja lämmönjohtavuus. Siksi sitä käytetään laajalti teollisuudessa, ja sen käyttö on toiseksi yleisintä teräksen jälkeen.
Tällä hetkellä teollisuudessa on yli 250 erilaista alumiiniseosta, joilla on erilaiset koostumukset. Helpottaakseen erottelua eri seoskoostumusten mukaan Kiina käyttää kansainvälisesti hyväksyttyä nelinumeroista luokitusmenetelmää tuotantopaikan merkitsemisen, muistin ja laskennan hallinnan helpottamiseksi. Sotilasteollisuudessa käytettyihin alumiiniseoksiin kuuluvat pääasiassa alumiini-litiumseokset, 2XXX (A1-Cu-Mg) -sarjan ja 7XXX-sarjan alumiiniseokset.
Erilaisten alumiiniseosmateriaalien markkinakysyntä ja kehitystrendi
2XXX-sarjan alumiiniseos
2XXX (A1-Cu-Mg) -sarjan alumiiniseoksilla on korkea vetolujuus, sitkeys ja väsymislujuus, hyvä lämmönkestävyys, työstettävyys ja hitsausominaisuudet, ja niitä käytetään laajalti ilmailu-, auto- ja aseteollisuudessa. Tärkeimmät laatuluokat ovat 2A01, 2A02, 2A06, 2A11, 2A12 jne. Lujuuden, sitkeyssovituksen ja vaurionkestävyyden parantamiseksi on kehitetty useita seoksia, kuten 2024, 2124, 2524, 2324-seokset jne.
Kiinan laitemallit kehittyvät keveyden, pitkän käyttöiän, korkean luotettavuuden ja alhaisen hinnan suuntaan, ja niillä on korkeat vaatimukset rungon pintamateriaalin murtumissitkeydelle, halkeamien etenemisen kestävyydelle ja korroosionkestävyydelle. Ulkomailla on kehitetty 2024-T351-alumiiniseoksesta valmistettuun paksulevyyn perustuen 2324-, 2624- ja muita erittäin vaurioita sietäviä alumiiniseoksia alasiiven pintaan, joilla on erilainen lujuus, sitkeys, väsymis- ja korroosionkestävyys, ja ne ovat saavuttaneet asennuksen ja käytön. Kiina kehittää erittäin vaurioita sietäviä 2XXX-sarjan alumiiniseoksia. Tulevaisuudessa komposiittimikroseostus on tärkeä kehityssuunta Al-Cu-Mg-sarjan erittäin lujille alumiiniseoksille.
4XXX-sarjan alumiiniseos
Tällä hetkellä Kiinassa autojen männissä käytetään pääasiassa eutektisia ja hypoeutektisia Al-Si-seoksia. Moottorin suorituskykyvaatimusten jatkuvan parantamisen myötä suorituskykyvaatimusten täyttäminen on kuitenkin vaikeaa. Hypereutektisella Al-Si-seoksella on alhainen tiheys, pieni lineaarinen laajenemiskerroin, suurempi kulutuskestävyys ja tilavuuden vakaus, ja se on ihanteellisempi mäntämateriaali verrattuna eutektisiin Al-Si-seoksiin. Hypereutektisia Al-Si-seosmäntiä on massatuotettu ulkomailla ja käytetty kuorma-autoissa ja henkilöautoissa, kuten A390-seos Yhdysvalloissa, AC9A- ja AC8A (ZL109) -seokset Japanissa ja A390-seos Australiassa. Kiinassa on kuitenkin tällä hetkellä vain vähän valmistajia, jotka tuottavat hypereutektisia Al-Si-seosmäntiä, ja suurin osa niistä on riippuvaisia tuonnista. Lisäksi autojen turboahtimien alumiiniseosmateriaalien ja ulkomaiden välillä on suuri ero. Korkean suorituskyvyn autojen turboahtimien alumiiniseosmateriaalit ovat pääasiassa riippuvaisia Japanista ja muista maista. Siksi on välttämätöntä kehittää keskeisiä autojen alumiiniseosmateriaaleja korkean suorituskyvyn männille ja turboahtimen juoksupyörille.
5XXX-sarjan alumiiniseokset
Al-Mg-seoksilla, erityisesti korkean Mg-pitoisuuden omaavilla Al-Mg-seoksilla, on korkea ominaislujuus, hyvä hitsattavuus ja korroosionkestävyys, ja niistä tulee erittäin kilpailukykyisiä materiaaleja tulevaisuuden ilmailu- ja avaruustekniikassa, suurnopeusjunissa, valtamerissä ja muilla aloilla. Tällä hetkellä ilmailu- ja avaruustekniikan, junien, valtamerien ja muiden sovellusten Al-Mg-seoslevyt, -profiilit ja -hitsauslangat ovat pääasiassa tuontituotteita. Yhdysvalloissa ALCOA on käytännössä monopolisoinut korkealaatuisten hitsauslankojen markkinat. ER5183- ja ER5356-seokset ovat pääasiassa tuontituotteita, ja tuontimäärät muodostavat noin 70 % niiden myynnistä. Laivojen Al-Mg-seokset ovat pääasiassa Venäjältä peräisin. Perinteisillä korkean Mg-pitoisuuden omaavilla seosharkoilla on hyvin kehittyneet dendriitit, voimakas eutektinen faasierottelu ja huono muovattavuus. Nykyisillä prosessointimenetelmillä on edelleen monia ongelmia, kuten heikko suorituskyky, heikko näennäinen laatu, pitkä prosessi, epävakaa laatu ja alhainen saanto. Hidas jähmettyminen ja muovautuminen voivat estää Mg:n saostumista ja samalla sitä voidaan säädellä hienojen tasa-akselisten kiteiden ja nanosaostettujen faasien aikaansaamiseksi, mikä parantaa huomattavasti materiaalin suorituskykyä ja tasaisuutta. Siksi hitaan jähmettymisen jatkuvan reologisen ekstruusio- ja valssaustekniikan kehittämisen korkean suorituskyvyn omaaville Al-Mg-seoksille odotetaan vastaavan korkealaatuisten Al-Mg-seosten kysyntään.
6XXX-sarjan alumiiniseokset
6XXX-sarjan alumiiniseosmateriaalit ovat avainmateriaaleja raideliikenteen, autojen, elektroniikan jne. aloilla. 1980-luvulta lähtien kehittyneet maat ja alueet, kuten Eurooppa, Yhdysvallat ja Japani, ovat kehittäneet autoihin tarkoitettuja alumiiniseoksia, rekisteröityjä laatuja, kuten 6009, 6016, 6010, 6111, 6022 ja 6082, ja muodostaneet suhteellisen täydellisen tuotanto- ja käyttöjärjestelmän autojen koripaneeleille, puristeille, takomille jne. 6XXX-sarjan alumiiniseosten koripaneelien ja takomien teollistumistutkimus ja -kehitys Kiinassa on vasta alkanut, ja siinä on selvä aukko. Kiinan teollisuus- ja tietotekniikkaministeriö on ehdottanut, että kehitettäviä autoteollisuuden alumiiniseoslevyjä ovat: 6016-S, 6016-IH, 6016-IBR, 6A16-S, 6A16-IBR, 6022 jne. Tyypillisen 6XXX-sarjan alumiiniseoslevyn venymä A50 on vähintään 25 %, r-arvo vähintään 0,60, 60 päivän pysäköintimyötölujuus Rp0.2 vähintään 140 N/mm2 ja maalin kovettumisen myötölujuuden kasvu vähintään 80 N/mm2. Vastauksena erilaisiin tarpeisiin 6XXX-sarjan alumiiniseosten suunnittelu-, valmistus- ja prosessointitekniikan kehittäminen on tullut väistämättömäksi kehitystrendiksi.
7XXX-sarjan alumiiniseokset
7XXX-sarjan alumiiniseoksilla on hyvä jännityskorroosionkestävyys ja ne ovat alumiiniseosten vahvimpia sarjoja. Ne ovat kansainvälisesti tunnustettuja ilmailun runkomateriaaleina. Viime aikoina ulkomaat ovat kehittäneet 7055-seoksen (Al8Zn-2.05Mg-2.3Cu-0.16Zr), jonka myötölujuus ylittää 620 MPa T77511-tilassa. Sitä käytetään Boeing 777 -lentokoneissa ja se vähentää painoa 635 kg. Tällä hetkellä Kiinasta puuttuu systemaattinen seossuunnittelu-, valmistus- ja prosessointiteknologia 7XXX-sarjan alumiiniseoksille ilmailualalle, ja jotkut tuotteet ovat täysin riippuvaisia tuonnista. Koska 7XXX-sarjan alumiiniseoksissa on suuria määriä harkkoja, joissa on paljon seosaineita, laaja jähmettymisalue, suuri valujännitys ja seosaineiden helppo hapettuminen/erottelu, harkkojen metallurginen laatu on heikko ja huoneenlämmössä muovattavuus on heikko, on erittäin tärkeää kehittää uusia 7XXX-sarjan alumiiniseoksia.
Alumiini-litium-seos (Al-Li)
Alumiini-litiumseos on viime vuosina nopeimmin kasvava kevyt materiaali ilmailumateriaaleissa. Sillä on ominaisuuksia, kuten alhainen tiheys, korkea kimmokerroin, korkea ominaisjäykkyys, hyvä väsymiskestävyys ja korroosionkestävyys. Perinteisten alumiiniseosten korvaamisen jälkeen massaa voidaan vähentää 10–20 % ja jäykkyyttä voidaan lisätä 15–20 %. Amerikkalainen ALCOA-yritys käynnisti 2000-luvun alussa "ALCOA Aviation 20/20 Plan" -ohjelman, jonka tavoitteena on vähentää lentokonealumiiniseosten kustannuksia ja painoa 20 % 20 vuoden kuluessa. Constellium on kehittänyt 2050- ja 2198-alumiini-litiumseokset (Al-Cu-Li-Mg-Ag), joilla on alhainen tiheys, korkea sitkeys ja korkea vaurionkestävyys. Kiinassa on hyvin vähän itsenäisesti kehitettyjä Al-Li-seoslaatuja, ja vain 1420-seosta on käytetty. C919-matkustajakoneessa käytetyn alumiini-litiumseoksen toimittaa Alcoa. Kotimaassa voidaan tuottaa vain rajoitettuja seoslajeja, kuten 1420, 2195, 2197 ja 2A97, ja harkot ovat vain alle ((310~400)×1280×4000) mm:n litteitä harkkoja ja alle φ650 mm:n pyöreitä harkkoja. Yli 60 mm:n paksuisia ja yli 1500 mm:n leveitä litteitä harkkoja (2B16) sekä yli 1500 mm:n halkaisijan omaavia harkkoja (2B16) ei ole vielä tuotettu teollisesti huippuluokan ilmailualan sovelluksissa. Siksi on erittäin tärkeää kehittää uusia alumiini-litiumseosten malleja, erittäin suurten harkkojen valmistus- ja syväkäsittelyteknologiaa.
Kuumuutta kestävä alumiiniseos
Lämmönkestävät alumiiniseokset ovat keskeisiä perusmateriaaleja ilmailu- ja avaruustekniikassa, autoteollisuudessa, rautatieliikenteessä jne., sillä niissä säädellään alkuaineita, kuten Si:tä, Fe:tä, Ni:tä, Ag:tä ja harvinaisia maametalleja, mikä tekee alumiiniseoksista kestäviä hapettumista ja virumista vastaan korkeissa lämpötiloissa. Perinteisiin lämmönkestäviin alumiiniseoksiin kuuluvat: 2519, 2618, 2219, 2D70 jne. Ilmailu- ja autoteollisuuden nopean kehityksen myötä lämmönkestäville alumiiniseoksille asetetaan entistä korkeammat vaatimukset. Uuden sukupolven hävittäjillä on korkea lentonopeus ja rungon pinnan käyttölämpötila on yli 150 °C. Tällä hetkellä lämmönkestävien alumiiniseosten, kuten 2618 ja 2D70, pitkäaikainen käyttölämpötila on alle 150 °C. Uusien lämmönkestävien alumiiniseosten kehittäminen on välttämätöntä.
Al-Sc-seos, jossa on erittäin alhainen skandiumin (Sc) pitoisuus
Al-Sc-seoksella on erinomaiset ominaisuudet, kuten korkea lujuus, hyvä plastisuus ja korroosionkestävyys, ja siitä on tullut uuden sukupolven kevyt materiaali ilmailu- ja avaruustekniikkaan, laivoihin jne. Al-Li-seoksen jälkeen. Skandiumia sisältävien Al-Mg-seosten vetolujuus on 30 % korkeampi kuin 5083-seoksen, ja myötölujuus on yli kaksinkertainen. Sen hitsattavuus on verrattavissa perinteisiin 5XXX-sarjan seoksiin, lämpövaikutusalueen ja hitsaussauman mekaaniset ominaisuudet ovat suunnilleen samat kuin matriisin ominaisuudet, ja sen korroosionkestävyys on verrattavissa 5083-seokseen. 5XXX- tai 6XXX-sarjan seosten korvaaminen ilmailu- ja avaruuskomponenttien valmistuksessa voi saavuttaa merkittäviä painonpudotusvaikutuksia, ja se on myös erinomainen materiaali autoihin ja raideajoneuvoihin. Venäjä on maailman eturintamassa skandiumia sisältävien alumiiniseosten kehittämisessä ja on muodostanut Al-Mg-Sc-, Al-Mg-Li-Sc-, Al-Zn-MgSc-, Al-Zn-Mg-Cu-Sc- ja Al-Cu-Mg-Sc-seoksia, joiden skandiumpitoisuus on 0,18–0,5 %. Edistääkseen alumiini-skandiumseosten käyttöä ilmailu- ja autoteollisuudessa Kiinan teollisuus- ja informaatioteknologiaministeriö on listannut skandiumia sisältävät alumiiniseokset yhdeksi uusista prioriteettikehitysmateriaaleista. Kiina on rikas skandiumvaroiltaan ja on rakentanut erittäin puhtaan skandiumoksidin uuttolinjan, mikä luo pohjan alumiini-skandiumseosten kehittämiselle.
500 MPa:n luokan kuumaleimattu alumiiniseos autoihin
Kiinassa on vielä aukkoja korkean lujuuden omaavien alumiiniseosten kuumaleimauksessa. Uusien materiaalien ja uusien muovausprosessien yhdistelmä on tehokas tapa ratkaista korkean lujuuden omaavien alumiiniseosten auton osien muovausongelma. Keskittyminen 7XXX-sarjan seoksiin, 2XXX-seosten aktiivinen tutkiminen ja 500 MPa-luokan alumiiniseosten kehittäminen kuumaleimaukseen tarjoavat merkittäviä mahdollisuuksia monimutkaisten auton osien valmistuksessa.
Alumiinipohjaiset komposiittimateriaalit
Alumiini-teräs-monikerroksinen komposiittilevy: Alumiini- ja teräskansien välinen tehokas liitos on tullut yhdeksi suurten laivojen ylärakenteiden keventämisen rajoitteista. Alumiini-teräs-komposiittiliitos, jota käytetään alumiini- ja teräsrunkojen hitsaukseen, tarjoaa ratkaisun perinteisen niittausprosessin korvaamiseen. Honda on kehittänyt teräs-alumiiniliitostekniikan, jota käytetään maailmanlaajuisesti massatuotetuissa auton rungoissa. Tällä hetkellä Kiinassa käytettävät alumiini-teräs-komposiittiliitokset tuodaan pääasiassa ulkomailta, ja niiden hinta voi olla jopa 4 × 10 5 CNY/t. Tulevaisuuden suurten laivojen myötä siirtymäliitoksille tarvitaan korkeampia hitsauslämpötiloja, suurempaa laakerijännitystä ja vahvempia liitospintoja, ja korkean suorituskyvyn omaavia alumiini-teräsliitoksia tarvitaan kiireellisesti.
Julkaisun aika: 08.03.2025
