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新材料將徹底改變航空金屬結構的制造

2016年08月04日 9:47 6308次瀏覽 來源:   分類: 新材料前沿

  過去的一年,得益于航空工業(yè)的強勁增長,世界航空鈦合金與碳纖維復合材料市場不斷走高。
  2015年7月,美國鋁業(yè)(AA)公司在不到9個月的時間內,斥資約43.5億美元完成對英國福瑞盛、德國TITAL和美國RTI國際金屬公司的收購,迅速布局航空鈦合金以及3D打印市場。2015年8月,巴菲特宣布將以372億美元收購精密鑄件(PCC)公司,大舉進軍航空制造業(yè)。面對來自資本巨頭的競爭,美鋁(Alcoa)公司于9月做出分拆決定,加速向下游金屬服務和加工企業(yè)轉型,而該公司于2015年簽署的90億美元的在航空航天領域的中長期供貨的合同成為其轉型的關鍵。
  2015年12月,比利時蘇威公司斥資55億美元完成對美國氰特公司的收購,坐上航空航天復合材料供應商的次席。受此影響,赫氏公司于2016年1月也把一年前只收購了一半的英國Formax公司全盤買下。此外,2015年7月和8月,加拿大Avcorp工業(yè)公司和英國Meggitt公司分別提出了對德國SGL旗下Hitco公司和英國科巴姆(Cobham)公司復合材料業(yè)務的收購,進一步攪動了碳纖維復合材料供應鏈。
  新型客機、直升機、無人機和發(fā)動機從外觀來看已經難以找到鋁合金身影,隨著這些型號逐步進入全速批產,航空鈦合金與碳纖維復合材料用量還將繼續(xù)增長,這使得航空基礎供應體系的巨變成為板上釘釘?shù)氖虑?,其結果很有可能是處于航空材料供應鏈底端的四級供應商對行業(yè)的壟斷程度反超金字塔頂端的主承包商,甚至對未來產品研制的話語權產生重要影響。2016年及未來幾年,范圍更廣的整合、層次更深的重組,將成為航空制造逐漸告別鋁與鋼、走向鈦與碳的歷史轉變中的一個重要里程碑。
  過去一年,航空制造中金屬與復合材料的斗爭還在繼續(xù),新型鈹鋁合金、鈦鋁合金以及微晶格鎳磷合金和納米陶瓷鎂合金相繼問世。
  IBC先進合金公司近凈成形鑄造的Beralcast材料在一定程度上降低了F-35的制造成本,該材料是一種鈹鋁合金,剛度是普通鋁合金的4倍,而重量則只有其1/5,并且材料和工藝的改進將使其生產零件的成本降低30%~40%。2015年3月,MTU發(fā)動機公司歷時7年開發(fā)出來的新型鈦鋁合金,結合了鎳金屬和陶瓷材料的優(yōu)點,用于渦輪葉片設計,可比現(xiàn)有鎳合金組件輕一半,極大地優(yōu)化渦輪盤的設計,實現(xiàn)發(fā)動機減重。波音公司于2015年10月展示了世界上最輕的金屬結構,這一種微點陣結構的鎳磷合金由壁厚僅為100nm的中空管結構組成,重量僅為碳纖維的1/10,其體積壓縮50%之后也能完全恢復,因此具有超高的能量吸收能力。2016年1月,加州大學洛杉磯分校與雷神公司聯(lián)合創(chuàng)造出一種超強輕質結構金屬,材料主要由鎂組成,并在鎂中注入了密集且均勻分布的陶瓷碳化硅納米顆粒,具有極高的比強度和比模量,并且能夠量產。
  新材料是航空制造發(fā)展與變革的基礎之一,上述四種新型合金中的前兩種即將大量用于F-35和齒輪傳動風扇(GTF)發(fā)動機;而后兩種則更具革命性,如果能夠應用于飛機制造,將徹底顛覆現(xiàn)有航空產品設計。2016年及未來幾年,新材料還將不斷涌現(xiàn),它們也許很快就可以達到一定的技術成熟度和制造成熟度水平。

責任編輯:淮金

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