고급 항공우주 분야의 적층 제조를 위한 탁월한 선택

티타늄 및 알루미늄 합금의 성능과 비용은 재료 기술 개발의 두 가지 영원한 원동력이며, 경량화, 통합 및 구조 기능 통합은 항공기 구조 설계, 재료 적용 및 제조 기술의 공통 과제입니다. 지난 수십 년 동안 열간 등방압 성형, 사출 성형, 방전 플라즈마 소결 등 니어넷 성형 기술이 티타늄 합금 분야에서 큰 발전을 이루었지만 산소 함량 및 다공성과 같은 병목 문제는 효과적으로 해결되지 않았습니다. 따라서 항공 티타늄 합금 구조물 제조에 적용이 제한됩니다.

과학적 탐구와 개발의 관점에서 볼 때, 현대 산업에서는 가능한 한 무게를 줄이면서 고강도, 파괴 인성 및 강성을 갖춘 구조 재료가 필요합니다. 따라서 티타늄, 알루미늄과 같은 경량 고강도 합금과 Ni 기반 초합금과 같은 내하중 내열 합금은 여러 국가에서 신소재 연구 개발 계획의 초점이 되었습니다. 또한, 이러한 재료는 레이저 적층 제조에서도 중요한 응용 재료입니다.

티타늄 합금과 알루미늄 합금의 장점과 차이점

티타늄 합금은 높은 비강도, 비강성 및 우수한 내식성을 갖고 있어 높은 기동성, 높은 신뢰성 및 긴 수명을 갖춘 항공기의 설계 요구를 충족하며, 티타늄 합금의 적용 수준은 항공기 재료 선택의 고급 수준을 측정하는 중요한 상징이 되었습니다.

티타늄 합금 및 알루미늄 합금은 우수한 저밀도 및 구조적 강도로 인해 항공우주, 자동차, 기계 제조 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다. 특히 항공산업에서는 매우 중요한 역할을 하며 항공산업의 주요 구조자재입니다. 티타늄 합금은 알루미늄 합금에 비해 약 2/3 정도 무겁지만 고유의 강도는 필요한 강도를 더 적은 양으로 달성할 수 있음을 의미합니다. 티타늄 합금은 강도가 높고 밀도가 낮기 때문에 연료비를 절감하는 중요한 소재로 자리 잡았으며 항공기 제트 엔진 및 다양한 유형의 우주선에 널리 사용됩니다. 알루미늄 합금은 현 단계에서 가장 널리 사용되고 일반적인 자동차 경량 소재이며 밀도는 강철의 1/3에 불과합니다. 연구에 따르면 알루미늄 합금은 차량 전체에 최대 540kg까지 사용할 수 있어 차량 중량이 40% 감소하는 것으로 나타났습니다. Audi, Toyota와 같은 브랜드의 차량에 전체 알루미늄 차체를 사용하는 것이 좋은 예입니다.

두 재료 모두 강도가 높고 밀도가 낮기 때문에 합금을 선택할 때 다른 요소도 고려해야 합니다.

높은 강도와 ​​낮은 무게가 요구되는 중요한 상황에서는 모든 그램이 중요하지만, 더 높은 강도의 부품이 필요한 경우 티타늄이 최선의 선택입니다. 따라서 티타늄 합금은 의료 기기/임플란트, 복잡한 위성 부품, 고정 장치 및 브래킷을 만드는 데 사용됩니다.

비용 측면에서 알루미늄은 기계 가공이나 3D 프린팅에 가장 비용 효율적인 금속입니다. 티타늄은 가격이 더 높지만 경량 부품은 항공기나 우주선의 연료 절약에 큰 이점을 제공하는 반면 티타늄 합금 부품은 수명이 더 깁니다.

열적 특성 측면에서 알루미늄 합금은 열전도율이 높으며 종종 라디에이터 제조에 사용됩니다. 고온 응용 분야의 경우 티타늄의 융점이 높기 때문에 더 적합하며 항공기 엔진에는 많은 수의 티타늄 합금 부품이 포함되어 있습니다.

티타늄은 내식성과 낮은 반응성으로 인해 생체 적합성이 가장 높은 금속이며 수술 도구와 같은 의료 응용 분야에 널리 사용됩니다. Ti64는 또한 염분 환경에 잘 견디며 해양 응용 분야에 자주 사용됩니다.

항공우주 분야에서는 알루미늄 합금과 티타늄 합금이 널리 사용됩니다. 티타늄 합금은 고강도, 저밀도(강철의 약 57%)라는 장점을 갖고 있으며, 비강도(강도/밀도)가 다른 금속구조재료에 비해 월등히 뛰어나 단위강도가 높고 강성이 좋으며, 강성이 우수한 부품을 생산할 수 있습니다. 가벼운 무게. 항공기의 시동 부품, 뼈대, 피부, 패스너 및 랜딩 기어는 모두 티타늄 합금으로 만들어졌습니다. 또한 관련 재료를 확인하기 위한 3D 프린팅 기술 참고 자료에 따르면 알루미늄 합금은 200도 이하의 환경에서 작업하기에 적합하고 Airbus A380 동체는 알루미늄의 1/3 이상을 사용하며 C919도 기존의 높은 알루미늄 합금을 많이 사용하는 것으로 나타났습니다. -성능 알루미늄 합금 재료. 알루미늄 합금은 항공기 스킨, 파티션, 날개 리브 및 기타 부품에 사용됩니다.

높은 융점과 어려운 가공 특성으로 인해 티타늄 합금은 가장 비싼 금속 재료 중 하나입니다. 그러나 Ti6Al4V 티타늄 합금은 경량, 고강도 및 고온 저항성으로 인해 항공우주 분야에서 주목을 받고 있습니다. 적용 범위에는 엔진 팬 및 압축기의 저온 부분에서 작동하는 블레이드, 디스크, 수신기 및 기타 부품이 포함되며 작동 온도 범위는 400-500도에 도달할 수 있습니다. 또한 동체 및 캡슐 부품, 로켓 엔진 케이스, 헬리콥터 로터 프로펠러 허브 제조에도 사용됩니다. 그러나 전도성이 낮기 때문에 티타늄은 전기 응용 분야에 적합하지 않습니다. 티타늄 합금의 가격은 비교적 높지만 내열성과 내식성은 다른 경금속으로 대체할 수 없습니다.

알루미늄계 합금은 저밀도, 고비강도, 강한 내식성, 우수한 성형성 등 우수한 물리적 성질과 기계적 성질을 갖고 있어 산업계에서 널리 사용되고 있습니다. 그러나 적층 제조 성형 공정의 관점에서 볼 때 알루미늄 합금의 밀도가 작고 분말 유동성이 상대적으로 좋지 않으며 SLM 형성 분말 베드에 배치하는 균일성이 좋지 않거나 LMD 공정에서 분말 운송의 연속성이 좋지 않습니다. , 레이저 적층 제조 장비의 분말 확산/공급 시스템의 정밀도와 정확도가 높습니다.

현재 적층 제조에 사용되는 알루미늄 합금은 주로 Al-Si 합금이며, 그 중 유동성이 좋은 AlSi10Mg 및 AlSi12가 널리 연구되었습니다. 그러나 Al-Si 합금은 주조 알루미늄 합금에 속하기 때문에 최적화된 레이저 적층 제조 공정으로 제조되었음에도 불구하고 인장 강도가 여전히 400MPa를 초과하기 어렵기 때문에 항공우주 분야에서 더 높은 서비스 성능 요구 사항이 있는 하중 지지 부품에 사용이 제한됩니다. 그리고 다른 분야.

현대 항공우주 부품은 경량, 고성능, 높은 신뢰성, 저렴한 비용 등 다양한 까다로운 요구 사항에 직면해 있습니다. 이 복잡한 구조는 설계 및 제조가 매우 어렵습니다. 항공우주의 일반적인 알루미늄, 티타늄 및 니켈 기반 부품에 대한 레이저 적층 제조 기술의 혁신과 개발을 통해 재료 선택에서 경량화 및 고성능을 달성할 수 있을 뿐만 아니라 적층 가공의 정밀도 및 순 형상 개발 추세를 반영할 수 있습니다. 기술. 재료-구조-물성 적층 제조의 통합을 통해 항공우주 분야의 주요 엔지니어링에 적층 제조 기술을 적용할 수 있습니다.