高价值航空零件的展翅高飞依赖基础性研究

3D打印行业已经用新的特种材料和可定制的材料性能吸引了航空工程师们

澳门皇冠金沙网站,航空设计人员是不断产生需求的客户,让材料科学家和制造商持续不断进行创新。每年各大航展上航空技术的创新吸引大量眼球,特别是飞行器速度、自主导航和操作精度。但是对于航空工程师来说,飞行器设计的关注点则更加基础。对他们来说,对某些组件和材料的寻找永不停歇——更轻、更结实,耐高周热循环并且能够耐极高压。当然,经济可承受性也是一个选择因素,即便航空工业的成品价格往往都以百万计。在世界范围内的设计中心和实验室中,研究人员不断确认和创造更好的材料。如果航空工程师在设计中规划了其中一种,那么它将成为铸造厂和模铸车间执行的项目。这些项目是有竞争的:航空工程师们在采纳新制造技术和新材料以达到其目标上,展现了一些意愿。这就是为什么开发新材料的工作,或者优化已有的合金,对金属制造商是一件必须好好考虑的事:熔化、灌注、模塑或热处理过程中的每个可变因素,在任何时候都可能要重新评估。•波音和Norsk钛公司最近,波音与Norsk钛公司签署一项采购订单,要后者为波音787供应3D打印的结构钛组件,这些组件由一项快速等离子沉积工艺生产。增材制造或者3D打印已经成为航空工程师眼中的一个替代工艺,他们对它的几何和结构精度潜力叹为观止。而且,3D打印行业已经用新的特种材料和可定制的材料性能吸引了航空工程师们。GE航空和其它发动机开发商是增材制造组件最热衷的拥护者。•美国轻量化材料制造创新机构的航空项目国防部牵头成立的LIFT,吸引了包括波音、洛马、GE、联合技术公司等在内工业界和学术界合作伙伴,机构正在执行数个聚焦航空的项目,包括:在真空模铸零件中减少微小气泡的工作;对铝锂合金远程性能的建模;开发预测铝合金中腐蚀的数据库和计算机模型。还有一个LIFT项目特别针对航空钛合金,开发计算机模型,以将材料开发、组件设计和制造的时间与成本减少50%。另外还会开发新的计算工具。•“相变强化”——消除纳米孪晶一个独立的材料研究项目近期发布,演示了这些工作将如何影响航空工程。俄亥俄州立大学的研究人员报道称,他们发现了一个使微小缺陷“失效”的方法,以提升涡扇发动机超合金的高温性能。研究的缺陷在凝固后形成,这时成品零件已经准备就绪并可执行它们被设计出的功能,不过还是有热和压力下的结构变形。研究人员Michael
Mills和Timothy
Smith报道称他们的工作是定制合金的组成成分,然后将其暴露在高热和高压中,展示如何阻止纳米孪晶形成,甚至提升合金的强度。Mills和Smith将这项技术称作“相变强化”。在《自然通讯》发布的报告中,他们透露消除了纳米孪晶的形成,将合金变形减半。“我们发现增加某些元素在超合金的含量可抑制高温变形双胞胎的形成,从而极大提升合金的高温能力。”研究团队选择了一个基础性的方法来设计超合金,旨在解决Mills描述的缺乏对这些高技术材料在高压下如何表现的“定量化、全面的理解”。他们让两种超合金经受了数千磅的压力和高温,以模拟对一台发动机性能的影响,然后检查了合金的晶体结构,在合金的原子级上运算力学行为计算机模型。在两种合金中,温度和压力都导致了纳米孪晶缺陷在超合金晶体内发展。进一步地,他们发现缺陷内和周围的材料组成发生变化:一些元素从缺陷那里扩散走,而其它元素则扩散进缺陷中。研究人员发现,特殊原子扩散进纳米孪晶缺陷的趋向,依赖合金的整体组成,这对合金组成进行工程以促进或避免特定相变造成了一个新的挑战。对接受这些结果并将工作变为进一步行动的制造商而言,挑战不只是基础性的。