การบินและอวกาศ

การจำแนกประเภทวัสดุสำหรับการบินและอวกาศ

วัสดุการบินและอวกาศไม่เพียงแต่เป็นวัสดุที่รับประกันการพัฒนาและการผลิตผลิตภัณฑ์การบินและอวกาศเท่านั้น แต่ยังเป็นพื้นฐานทางเทคนิคสำหรับการส่งเสริมการต่ออายุผลิตภัณฑ์การบินและอวกาศอีกด้วย จากลักษณะของวัสดุเอง วัสดุการบินและอวกาศแบ่งออกเป็นสี่ประเภท ได้แก่ วัสดุโลหะ วัสดุอโลหะอนินทรีย์ วัสดุโพลีเมอร์ และวัสดุคอมโพสิตขั้นสูง ตามการใช้งาน สามารถแบ่งได้เป็นวัสดุโครงสร้างและวัสดุฟังก์ชัน 2 ประเภท สำหรับวัสดุโครงสร้าง ข้อกำหนดที่สำคัญที่สุดคือ น้ำหนักเบา ความแข็งแรงสูง และทนต่อการกัดกร่อนที่อุณหภูมิสูง วัสดุฟังก์ชัน ได้แก่ วัสดุไมโครอิเล็กทรอนิกส์และออปโตอิเล็กทรอนิกส์ วัสดุองค์ประกอบที่ไวต่อเซ็นเซอร์ วัสดุเซรามิกฟังก์ชัน วัสดุใยแก้วนำแสง วัสดุแสดงและจัดเก็บข้อมูล วัสดุล่องหน และวัสดุอัจฉริยะ

สำหรับวัสดุสำหรับการบินและอวกาศนั้น ประกอบด้วยวัสดุ 3 ประเภทหลัก ได้แก่ วัสดุตัวเครื่องบิน วัสดุเครื่องยนต์ และวัสดุอุปกรณ์สำหรับเครื่องบิน และวัสดุสำหรับการบินและอวกาศ ได้แก่ วัสดุตัวลูกศรของยานปล่อย วัสดุเครื่องยนต์จรวด วัสดุยานอวกาศ และวัสดุสำหรับใช้งานในการบินและอวกาศ

โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระดับของวัสดุ วัสดุสำหรับการบินและอวกาศครอบคลุมหลากหลายประเภท รวมถึงโลหะผสมอะลูมิเนียม โลหะผสมไททาเนียม โลหะผสมแมกนีเซียมและโลหะผสมเบาอื่นๆ เหล็กกล้าที่มีความแข็งแรงสูงมาก โลหะผสมไททาเนียมอุณหภูมิสูง โลหะผสมอุณหภูมิสูงที่มีฐานเป็นนิกเกิล สารประกอบอินเตอร์เมทัลลิก (ระบบไททาเนียม-อะลูมิเนียม ระบบไนโอเบียม-อะลูมิเนียม ระบบโมลิบดีนัม-ซิลิกอน) โลหะที่ทนไฟและโลหะผสมของโลหะดังกล่าวและวัสดุโครงสร้างโลหะที่ทนไฟอื่นๆ ไฟเบอร์กลาส ไฟเบอร์กลาสคาร์บอน ไฟเบอร์กลาสอะโรมาติก ไฟเบอร์กลาสเฮเทอโรไซคลิกอะโรมาติก ไฟเบอร์กลาสโพลีเอทิลีนที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงมากและวัสดุเสริมแรงแบบคอมโพสิตอื่นๆ เรซินอีพอกซี เรซินบิสมาอิไมด์ เรซินโพลิอิไมด์เทอร์โมเซตติ้ง เรซินฟีนอลิก เรซินไซยาเนต เรซินโพลีอะริลอะเซทิลีน และวัสดุเมทริกซ์แบบคอมโพสิตอื่นๆ คอมโพสิตโลหะขั้นสูงและอนินทรีย์ที่ไม่ใช่โลหะ คอมโพสิตสารประกอบอินเตอร์เมทัลลิกขั้นสูง วัสดุเซรามิกขั้นสูง คอมโพสิตคาร์บอน/คาร์บอนขั้นสูง และวัสดุฟังก์ชันขั้นสูง

บทนำเกี่ยวกับวัสดุสำหรับการบินและอวกาศ

1. อลูมิเนียมอัลลอยด์

การคาดการณ์อัตราส่วนองค์ประกอบของวัสดุโครงสร้างลำตัวเครื่องบินแสดงให้เห็นว่าวัสดุหลักในช่วงต้นศตวรรษที่ 21 คือโลหะผสมอลูมิเนียม ปัญหาแรกที่ต้องแก้ไขเมื่อพัฒนาโลหะผสมอลูมิเนียมสำหรับเทคโนโลยีการบินและอวกาศคือจะลดมวลโครงสร้างได้อย่างไรในขณะที่ยังคงความน่าเชื่อถือในการใช้งานสูงและฝีมือการผลิตที่ดี ปัญหาเร่งด่วนที่ต้องแก้ไขคือการพัฒนาโลหะผสมอลูมิเนียมที่มีความแข็งแรงสูงซึ่งมีคุณสมบัติในการเชื่อมที่ดีและการใช้งานในการผลิตโครงสร้างที่เชื่อมด้วยโลหะชิ้นเดียว วิธีที่จะเพิ่มปริมาณบรรทุกของยานพาหนะคือการเพิ่มความแข็งแรงหรือลดความหนาแน่น (โดยไม่ลดความแข็งแรง)

การผสมอลูมิเนียมด้วยลิเธียมจะช่วยลดความหนาแน่นของโลหะผสมและเพิ่มโมดูลัสของความยืดหยุ่น แผ่นโลหะผสมอลูมิเนียม-ลิเธียม (Al – Li) รวมถึงแผ่นบางที่มีความหนาน้อยกว่า 0.5 มม. ผลิตขึ้นโดยการรีดเป็นแผ่น

การใช้วัสดุผสมชั้นฐานอะลูมิเนียมสามารถปรับปรุงความน่าเชื่อถือ อายุการใช้งาน และปริมาณบรรทุกของผิวเครื่องบินได้อย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งมีลักษณะเด่นคือ อัตราการขยายตัวของรอยแตกร้าวที่ต่ำเป็นพิเศษ (1/20 ~ 1/10 ของวัสดุทั่วไป) ความแข็งแรงสูง (เพิ่มขึ้น 50% ถึง 100%) และความเหนียวในการแตกหัก และความหนาแน่นต่ำ (ลดลง 10% ถึง 15%) วัสดุหมุดย้ำที่มีรอยแตกร้าวมีแนวโน้มที่ดีมาก

2.เหล็กที่มีความแข็งแรงสูง

ในโครงสร้างเครื่องบินสมัยใหม่ การใช้เหล็กมีความเสถียรอยู่ที่ 5% ถึง 10% ในขณะที่เครื่องบินบางรุ่น เช่น เครื่องบินขับไล่ความเร็วเหนือเสียง เหล็กถือเป็นวัสดุเฉพาะวัตถุประสงค์

เหล็กกล้าที่มีความแข็งแรงสูงมักใช้ในส่วนประกอบโครงสร้างที่ต้องการความแข็งสูง ความแข็งแรงจำเพาะสูง และอายุความล้าสูง ตลอดจนความแข็งแรงที่อุณหภูมิปานกลางที่ดี ทนต่อการกัดกร่อน และพารามิเตอร์อื่นๆ อีกมากมาย เหล็กกล้าเป็นวัสดุที่ไม่สามารถทดแทนได้ ทั้งในการผลิตผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปและในการผลิตชิ้นส่วนโครงสร้างที่ซับซ้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผลิตชิ้นส่วนโครงสร้างที่เชื่อม ซึ่งการเชื่อมเป็นกระบวนการสุดท้าย

เป็นเวลานานแล้วที่เหล็กกล้าที่ใช้มากที่สุดในอุตสาหกรรมการผลิตเครื่องบินคือเหล็กกล้าแรงดึงสูงแบบผสมปานกลางที่มีระดับความแข็งแรง 1600 ~ 1850 MPa และมีความเหนียวแตกหักประมาณ 77.5 ~ 91 MPa/m2 ในปัจจุบัน ในการรักษาดัชนีความเหนียวแตกหักเท่าเดิม ระดับความแข็งแรงขั้นต่ำของเหล็กได้รับการเพิ่มขึ้นเป็น 1950 MPa แต่ยังได้พัฒนาโลหะผสมใหม่ที่ประหยัดต้นทุนของเหล็กโครงสร้างเชื่อมที่มีความแข็งแรงสูงและมีความต้านทานการแตกร้าวสูงอีกด้วย

ทิศทางการพัฒนาเหล็กกล้าแรงสูงคือการปรับปรุงกระบวนการผลิตทางโลหะให้ดีขึ้นต่อไป เลือกองค์ประกอบทางเคมีที่ดีที่สุด และข้อกำหนดการอบชุบด้วยความร้อนเพื่อพัฒนาประสิทธิภาพความแข็งแรงระดับ 2100 ~ 2200MPa ของเหล็กกล้าโครงสร้างที่มีความน่าเชื่อถือสูง

ในบทบาทของสื่อกัดกร่อนที่ใช้งานอยู่ในชิ้นส่วนโครงสร้างรับน้ำหนักตัวถังโดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาวะอากาศทุกรูปแบบในการใช้งานชิ้นส่วนโครงสร้างรับน้ำหนัก การใช้เหล็กทนการกัดกร่อนที่มีความแข็งแรงสูงอย่างแพร่หลายทำให้ระดับความแข็งแรงของเหล็กชนิดนี้ใกล้เคียงกับเหล็กโครงสร้างอัลลอยด์ โดยพารามิเตอร์ความน่าเชื่อถือ (ความเหนียวในการแตก ความแข็งแรงในการแตกร้าวจากการกัดกร่อน ฯลฯ) สูงเกินกว่าเหล็กโครงสร้างอัลลอยด์อย่างมาก

ข้อดีของเหล็กกล้าแรงสูง ได้แก่: สามารถใช้เชื่อมโลหะด้วยวิธีต่างๆ ได้ เชื่อมชิ้นส่วนโครงสร้างรับน้ำหนัก เชื่อมโดยไม่ผ่านการอบด้วยความร้อน ไม่ว่าจะในสถานะร้อนหรือสถานะเย็นก็ตาม มีคุณสมบัติการเจาะได้ดี ฯลฯ

การประยุกต์ใช้เหล็กกล้าแรงสูงที่มีแนวโน้มดีที่สุดคือ เหล็กกล้าทนการกัดกร่อนที่มีการกระจายตัวของคาร์บอนต่ำประเภทมาร์เทนซิติกและเหล็กกล้าออสเทนนิติก-มาร์เทนซิติกประเภททรานสิชัน การวิจัยแสดงให้เห็นว่าในการรักษาความน่าเชื่อถือสูงและสภาพการทำงานที่ดีนั้น สามารถเพิ่มระดับความแข็งแรงของเหล็กกล้าทนการกัดกร่อนแรงสูงได้อย่างมีนัยสำคัญ

เทคโนโลยีและอุปกรณ์อุณหภูมิต่ำเป็นสาขาพิเศษของการประยุกต์ใช้เหล็กกล้าทนการกัดกร่อนที่มีความแข็งแรงสูง และทิศทางการพัฒนาที่ติดตั้งเครื่องยนต์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนสำหรับเครื่องบินที่มีแนวโน้มที่ดีสำหรับการพัฒนา ควรอยู่ในไฮโดรเจนเหลวและตัวกลางไฮโดรเจนเพื่อทำงานในเหล็กกล้าทนการกัดกร่อนที่ปราศจากคาร์บอนเป็นทิศทางของการวิจัย

3. โลหะผสมไททาเนียมที่มีความแข็งแรงสูง

ศักยภาพในการปรับปรุงสัดส่วนของโลหะผสมไททาเนียมในชิ้นส่วนลำตัวเครื่องบินนั้นค่อนข้างใหญ่ ตามการคาดการณ์ สัดส่วนของโลหะผสมไททาเนียมในลำตัวเครื่องบินโดยสารจะสูงถึง 20% ในขณะที่สัดส่วนของการใช้งานลำตัวเครื่องบินทางทหารจะเพิ่มขึ้นเป็น 50% หลักการคือต้องให้แน่ใจว่า

โลหะผสมไททาเนียมมีความแข็งแรงและความน่าเชื่อถือที่สูงขึ้น ปรับปรุงการใช้ความร้อนให้ดีขึ้น มีประสิทธิภาพกระบวนการสูงและเชื่อมได้ดี สามารถผลิตผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปได้หลากหลาย ปรับปรุงรูปร่างโครงสร้าง พัฒนาวิธีการออกแบบใหม่ๆ และใช้โลหะผสมและกระบวนการที่สมบูรณ์แบบในโครงสร้างให้มากที่สุด

การใช้โลหะผสมไททาเนียมที่มีความแข็งแรงสูงสามารถลดมวลของโครงสร้างได้ ขณะเดียวกันก็ปรับปรุงประสิทธิภาพน้ำหนัก ความน่าเชื่อถือ และความสามารถในการแปรรูปของโครงสร้าง เราวางแผนที่จะพัฒนาโลหะผสมแผ่นที่มีทั้งความแข็งแรงสูง (1350 MPa) และความสามารถในการแปรรูปสูง ซึ่งจะแข็งแกร่งกว่าเหล็กบริสุทธิ์ในอุตสาหกรรมถึง XNUMX เท่า และมีลักษณะกระบวนการที่คล้ายกับไททาเนียมบริสุทธิ์ในอุตสาหกรรม นอกจากนี้ เรายังจะพัฒนาและใช้โลหะผสมไททาเนียมที่มีความแข็งแรงทางความร้อน "เกือบอัลฟา" ซึ่งมีความแข็งแรงทางความร้อน ความเสถียรทางความร้อน และอายุการใช้งานที่สูงขึ้น

4.โลหะผสมไททาเนียมที่มีความแข็งแรง

ทิศทางการพัฒนาอย่างหนึ่งของโลหะผสมไททาเนียมคือการพัฒนาและใช้ความแข็งแรงทางความร้อนสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับความเสถียรสูงและอายุการใช้งานยาวนานของโลหะผสมไททาเนียมที่มีความแข็งแรงทางความร้อน "เกือบอัลฟา" เครื่องยนต์อากาศยานรุ่นที่ 6 จะใช้แผ่นโลหะผสมไททาเนียมที่เสริมด้วยสารละลายแข็งและสารประกอบอินเตอร์เมทัลลิก

โลหะผสมไททาเนียม-อลูมิเนียมเป็นแนวทางการวิจัยในอนาคต โลหะผสม “γ” ที่อุณหภูมิ 700 ~ 900 ℃ มีความแข็งแรงจำเพาะต่อความร้อนมากกว่าเหล็กและโลหะผสมที่มีความแข็งแรงเชิงความร้อน แต่มีความเหนียวน้อย

ทิศทางใหม่ของการพัฒนาโลหะผสมไททาเนียมที่มีความแข็งแรงต่อความร้อนคือการใช้สารประกอบอินเตอร์เมทัลลิกที่เสริมด้วยโลหะผสมที่มีสารละลาย β ของแข็ง โลหะผสมนี้มีลักษณะเด่นคือมีความแข็งแรงต่อความร้อนสูงและมีคุณสมบัติในการขึ้นรูปที่น่าพอใจที่อุณหภูมิ 600 ~ 700°C เมื่อเปรียบเทียบกับโลหะผสมไททาเนียมที่มีอยู่ การพัฒนาโลหะผสมไททาเนียมประเภทนี้สามารถส่งผลให้มีความแข็งแรงและความแข็งแรงต่อความร้อนเพิ่มขึ้น 25% ถึง 30%

ต้องเน้นที่การปรับปรุงเคมีของโลหะผสม กระบวนการหล่อ และการเปลี่ยนรูปให้เหมาะสมที่สุด การเลือกข้อมูลจำเพาะการอบชุบด้วยความร้อนที่เหมาะสมที่สุดและการนำวิธีใหม่มาใช้ในการออกแบบชิ้นส่วนจะช่วยให้สามารถใช้สารประกอบอินเตอร์เมทัลลิกในโครงสร้างของเครื่องยนต์อากาศยานและอุปกรณ์เทคโนโลยีอากาศยานได้ ซึ่งการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิในการใช้งานและการลดลงของมวลเป็นปัจจัยสำคัญ

5. คอมโพสิตโพลิเมอร์

สัญลักษณ์สำคัญที่แสดงถึงระดับการพัฒนาเทคโนโลยีการบินและอวกาศคือจำนวนของวัสดุผสมโพลิเมอร์ที่ใช้ วัสดุผสมโพลิเมอร์มีความโดดเด่นอย่างเห็นได้ชัดในแง่ของความแข็งแรงเฉพาะและความแข็งเฉพาะ เมื่อรวมกับคุณสมบัติโครงสร้างที่ดีและคุณสมบัติพิเศษ จึงทำให้มีการใช้วัสดุผสมโพลิเมอร์กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการบิน เครื่องบินแอร์บัส A3XX จะใช้วัสดุผสมโพลิเมอร์มากถึง 25%

การใช้พอลิเมอร์คอมโพสิตที่มีพลาสติกเสริมใยคาร์บอนเป็นเมทริกซ์เป็นหนึ่งในมาตรการที่มีประสิทธิภาพในการลดมวลโครงสร้าง โดยทั่วไปแล้ว พอลิเมอร์คอมโพสิตหมายถึงพลาสติกเสริมใยคาร์บอนที่มีโมดูลัสความยืดหยุ่นสูง ซึ่งมีลักษณะเด่นคือความแข็งสูง (โมดูลัสความยืดหยุ่น 196 GPa) และความเสถียรของมิติที่อุณหภูมิสูง ในขณะที่ยังคงรักษาความแข็งแรงของแรงอัดสูง (1000 MPa) การใช้พลาสติกเสริมใยคาร์บอนในอุปกรณ์เทคโนโลยีการบินและอวกาศรุ่นใหม่สามารถปรับปรุงความแข็งของอากาศพลศาสตร์ของส่วนประกอบหาง โดยเฉพาะส่วนประกอบปลายหาง ลดมวลโครงสร้าง และรับประกันคุณภาพเทคโนโลยีการบินที่ต้องการ คุณสมบัติของพลาสติกเสริมใยคาร์บอนโมดูลัสความยืดหยุ่นสูงเหล่านี้ เมื่อรวมกับความหนาแน่นต่ำ ช่วยให้สามารถผลิตแมนิพิวเลเตอร์สำหรับการประกอบและการบำรุงรักษาสถานีอวกาศได้ ปัญหาที่ต้องแก้ไขในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า ได้แก่ การปรับปรุงคุณสมบัติโครงสร้างและคุณสมบัติพิเศษของพลาสติกเสริมใยคาร์บอนเพิ่มเติม โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การเพิ่มอุณหภูมิในการทำงานเป็น 400 ℃

วัสดุคอมโพสิตใหม่ - พลาสติกอินทรีย์จะมีบทบาทสำคัญเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ในฐานะวัสดุโครงสร้าง ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมามีการพัฒนาพลาสติกอินทรีย์รุ่นที่ 2 โดยค่า σb (แรงดึง) ของพลาสติกอินทรีย์แบบใช้ครั้งเดียวมีค่าถึง 3000 ~ 3200 MPa และค่า E เพิ่มขึ้นเป็น 130 G Pa การวิจัยเชิงทดลองแสดงให้เห็นว่าเป็นไปได้ที่จะได้รับโมดูลัสยืดหยุ่นของพลาสติกอินทรีย์ 200 ~ 250 GPa ควรสังเกตว่าในความเป็นจริงแล้วนี่เป็นการขยายช่วงอุณหภูมิการทำงานเป็น 1 เท่า (205 ~ 300 ℃) นอกจากนี้ยังสามารถลดการดูดซึมน้ำของคอมโพสิตได้อย่างมาก ในแง่ของความแข็งแรงและโมดูลัสของความยืดหยุ่นที่เฉพาะเจาะจง พลาสติกอินทรีย์สมัยใหม่และโดยเฉพาะอย่างยิ่งในอนาคตจะเกินพอลิเมอร์ที่รู้จักทั้งหมด คอมโพสิตเมทริกซ์โลหะและเซรามิก

ปัจจุบันมีการใช้พลาสติกเสริมใยแก้วและชิ้นส่วนโครงสร้างพลาสติกเสริมใยคาร์บอนที่ผลิตโดยกระบวนการพรีเพร็กเพิ่มมากขึ้น เมื่อใช้กระบวนการนี้ ชิ้นส่วนที่มีความโค้งปกติและซับซ้อนสามารถผลิตได้ในกระบวนการเดียว เมื่อเปรียบเทียบกับคอมโพสิตโพลีเมอร์ทั่วไป คอมโพสิตที่ใช้พรีเพร็กจะมีลักษณะเด่นคือมีความต้านทานการแตกร้าวเพิ่มขึ้น 40% ถึง 50% ความแข็งแรงในการเฉือนเพิ่มขึ้น 20% ถึง 50%? ความแข็งแรงในการล้าและความแข็งแรงคงทนเพิ่มขึ้น 20% ถึง 35%? ด้วยวัสดุคอมโพสิตนี้ สามารถลดการใช้แรงงานและพลังงานได้ 1/2 มวลโครงสร้าง (โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีของฟิลเลอร์รังผึ้ง) สามารถลดได้ 50% และสามารถปรับปรุงการปิดผนึกโครงสร้างได้ 5 เท่า

6. โลหะผสมนิกเกิล

การพัฒนาของโลหะผสมพิเศษที่มีการโลหะผสมที่ดีที่สุดและวิธีการจัดระเบียบที่ดีที่สุดสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของใบมีดคริสตัลเดี่ยวได้อย่างมีนัยสำคัญ หนึ่งในโลหะผสมที่มีแนวโน้มมากที่สุดคือการผสมสังกะสีของโลหะผสมนิกเกิลที่มีความแข็งแรงเมื่อถูกความร้อน

โลหะผสมที่ประกอบด้วยนิกเกิลมีอุณหภูมิการทำงานที่สูงกว่าและคุณสมบัติความแข็งแรงทนทานที่สูงขึ้น และค่าความแข็งแรงทนทานที่บันทึกไว้ของ σ1000100> 300 MPa ได้รับสำหรับโลหะผสมทดสอบที่มี 6% ถึง 7% จึงมั่นใจได้ว่าการพัฒนาใบพัดผลึกเดี่ยวที่มีช่องระบายความร้อนสำหรับเครื่องยนต์รุ่นที่ 6 จะเป็นไปได้ ด้วยการใช้โลหะผสมที่ประกอบด้วยนิกเกิล อุณหภูมิทางเข้ากังหันสามารถเพิ่มขึ้นเป็น 2000 ~ 2100K การใช้ลมเย็นสามารถลดได้ 30% ~ 50% และอายุการใช้งานของใบพัดสามารถขยายได้ 1 ~ 3 เท่าเมื่อการใช้ลมเย็นเท่ากัน

7. วัสดุสำหรับชิ้นส่วนโครงสร้างแผ่นเชื่อมและเชื่อมสนามร้อนของเครื่องยนต์กังหันแก๊ส

ข้อกำหนดสำหรับวัสดุแผ่นของเครื่องยนต์กังหันแก๊สแตกต่างจากข้อกำหนดสำหรับวัสดุใบพัดเล็กน้อย ประการแรก อุณหภูมิการทำงานของแผ่นกังหันต่ำกว่าของใบพัด ประการที่สอง ข้อกำหนดสำหรับความน่าเชื่อถือของวัสดุจะเพิ่มขึ้น ข้อกำหนดข้างต้นสำหรับการปรับปรุงประสิทธิภาพของโลหะผสมแผ่นกังหันควรได้รับการแก้ไขด้วยแนวทางที่ครอบคลุม เช่น การพัฒนาหลักการของโลหะผสม การปรับปรุงกลไกการเสริมความแข็งแรง และการพัฒนาวิธีการทางเทคโนโลยีใหม่สำหรับการหลอม การเสียรูป และการอบชุบด้วยความร้อน

ปัญหาพิเศษที่อุตสาหกรรมการผลิตเครื่องยนต์อากาศยานต้องเผชิญในปัจจุบันคือการพัฒนาแมกกาซีนเชื่อมท่อดับเพลิงและส่วนประกอบโครงสร้างเชื่อมในสนามร้อนอื่นๆ ปัญหาหลักในการพัฒนาวัสดุท่อดับเพลิงคือการปรับปรุงความแข็งแรงของโครงสร้าง วิธีแก้ปัญหานี้ยังต้องตอบสนองข้อกำหนดกระบวนการที่เข้มงวดและครอบคลุมหลายประการ เช่น ความสามารถในการเชื่อมที่ดี ความยืดหยุ่นของกระบวนการสูง เป็นต้น การใช้โลหะผสมที่กล่าวถึงข้างต้นสามารถเพิ่มอุณหภูมิการทำงานของท่อดับเพลิงได้ 150 ~ 200℃ ขยายความน่าเชื่อถือและอายุการใช้งานได้ 50% ~ 100% และเพิ่มความแข็งแรงเฉพาะของตลับเชื่อมได้อย่างมาก ในขณะที่ลดมวลลง 15%

8. สารเคลือบป้องกันการเกิดออกซิเดชั่น

การใช้สารเคลือบป้องกันสารต้านอนุมูลอิสระเป็นปัจจัยสำคัญในการยืดอายุการใช้งานของโลหะผสมเสริมความร้อน (ประการแรก ใบพัดกังหัน)

ปัจจุบันมีการนำกระบวนการและการเคลือบใหม่ๆ ที่มีองค์ประกอบที่ซับซ้อนต่างๆ มาใช้เป็นทางเลือกแทนกระบวนการผลิตการเคลือบป้องกันด้วยการกระจายอะลูมิไนซ์ในผงผสม นักวิจัยได้พัฒนาวิธีการใหม่ของการเคลือบสูญญากาศพลาสมาโดยใช้ไอออนธาตุต่างๆ เป็นเมทริกซ์ ในกรณีที่มีความหนาของการเคลือบใกล้เคียงกัน (50 ~ 70μm) โลหะผสมที่พ่นด้วยโลหะผสมเดิมสามารถปกป้องใบมีดจากการกัดกร่อนของซัลไฟด์และออกไซด์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และสามารถยืดอายุการใช้งานของใบมีดได้หลายเท่าเมื่อเทียบกับการเคลือบอะลูมิไนซ์ที่ผลิตเป็นจำนวนมาก

ในวิธีการใหม่ของการเคลือบวัสดุหลายส่วนประกอบด้วยกระบวนการพลาสม่าสูญญากาศพลังงานสูง การไหลของพลาสม่าความเร็วสูงบนพื้นผิวแข็งส่งผลให้องค์ประกอบ การจัดระเบียบ เรขาคณิตจุลภาค และคุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์ของพื้นผิวที่ผ่านการเคลือบมีความแข็งแกร่งขึ้นอย่างมีจุดประสงค์ ข้อได้เปรียบหลักของกระบวนการนี้คือ คุณภาพการเคลือบสูง หนาแน่นและไม่มีรูพรุน ความเป็นพลาสติกที่ดี การยึดเกาะที่แข็งแกร่ง (มากกว่า 100M P a) ความคล่องตัวที่ดี สามารถใช้การเคลือบป้องกันทุกประเภทกับอุปกรณ์อุตสาหกรรมได้ ความแม่นยำในการสะสมสูง

ต้นทุนการเคลือบ อุปกรณ์การเคลือบ และกระบวนการเคลือบต่ำ โดยใช้กระบวนการพลาสม่าสุญญากาศพลังงานสูงที่มีส่วนประกอบหลายส่วนในการเคลือบ ทำให้สามารถได้การเคลือบหลายประเภท ทั้งการเคลือบแบบแพร่กระจาย การเคลือบแบบยึดเกาะ และการเคลือบแบบแพร่กระจาย

9. โลหะผสมระหว่างโลหะ

ความเร่งด่วนในการปรับปรุงอุณหภูมิการทำงานและอายุการใช้งานของชิ้นส่วนของเครื่องยนต์กังหันแก๊สให้ดีขึ้นทำให้มีความต้องการในการค้นหาเมทริกซ์โลหะผสมชนิดใหม่ที่มีเสถียรภาพดีกว่าสารละลายของแข็งเสริมเฟสเมทริกซ์นิกเกิล เมทริกซ์โลหะผสมชนิดใหม่นี้เหมาะสำหรับการใช้สารประกอบอินเตอร์เมทัลลิกประเภท Ni3Al และพันธะโควาเลนต์ของสารประกอบอินเตอร์เมทัลลิกสามารถแก้ปัญหาความแข็งแรงทางความร้อนของโลหะผสมได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าพันธะโลหะธรรมดาของสารละลายของแข็ง? ระดับความแข็งแรงทางความร้อนของโลหะผสมเหล่านี้สามารถปรับได้ตามโลหะผสมเสริมของเมทริกซ์ Ni3Al และโครงสร้างการหล่อจะกำหนดโดยกระบวนการหล่อ ในกรณีนี้ ความแข็งแรงทางความร้อนของโลหะผสมจะเพิ่มขึ้นเมื่อเกิดการเปลี่ยนผ่านจากแกนเท่ากันเป็นคอลัมน์แล้วจึงเป็นโครงสร้างผลึกเดี่ยว

โลหะผสมอินเตอร์เมทัลลิกผลึกเดี่ยวมีประสิทธิภาพโดยรวมที่ดีกว่า ในระดับความแข็งแรงทางความร้อนที่เท่ากัน (อุณหภูมิ 1100°C) ปริมาณโลหะที่หายากและมีค่า เช่น ทังสเตน (W) และโมลิบดีนัม (M o) ที่มีอยู่ในโลหะผสมอินเตอร์เมทัลลิกจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ

โลหะผสมที่มีส่วนประกอบของอินเตอร์เมทัลลิกสามารถนำไปใช้ในการผลิตใบพัดนำหัวฉีดแบบระบายความร้อนและไม่ระบายความร้อน ท่อดับเพลิง และชิ้นส่วนหัวฉีดได้อย่างมีประสิทธิภาพในช่วงอุณหภูมิการทำงาน 900 ~ 1150°C ความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์ล่าสุดของเมืองสามารถเพิ่มความแข็งแรงทางความร้อนของโลหะผสมได้มากกว่า 50 ~ 70 MPa

10. คอมโพสิตโลหะ

ความก้าวหน้าเพิ่มเติมในสาขาการวิจัยวัสดุที่มีความแข็งแรงต่อความร้อน (อุณหภูมิในการทำงานเพิ่มขึ้นเป็นมากกว่า 1300 ℃) ขึ้นอยู่กับวัสดุผสมโลหะเพื่อให้มั่นใจ เมทริกซ์ของวัสดุผสมโลหะสามารถทำจากวัสดุต่างๆ เช่น ไททาเนียม สารประกอบอินเตอร์เมทัลลิก เป็นต้น ในขณะที่วัสดุเสริมแรงสามารถทำจากผลึกเส้นใย อนุภาคสารประกอบทนไฟแบบกระจายตัว รวมทั้งอนุภาคซิลิกอนคาร์ไบด์ เส้นใยออกไซด์ หรือเส้นใยทังสเตน

คอมโพสิตพิเศษคือสิ่งที่เรียกว่าคอมโพสิตธรรมชาติ ซึ่งผลิตขึ้นตามกระบวนการตกผลึกแบบมีทิศทางของโลหะผสมยูเทกติก เฟสยูเทกติกแต่ละเฟสในโลหะผสมดังกล่าวจะเติบโตในแนวตั้งฉากกับแนวการตกผลึก ดังนั้นจึงสามารถสร้างโครงสร้างเส้นใยที่มีทิศทางที่แน่นอนได้โดยการเลื่อนแนวการตกผลึกแบบระนาบ สารเสริมแรงของวัสดุนี้คือโครงต่อเนื่องของผลึกเส้นใยของผลึกเดี่ยวของโลหะคาร์ไบด์ที่ทนไฟ (TaC, NbC) ที่ผสมเข้าด้วยกัน วัสดุคอมโพสิตธรรมชาติที่พัฒนาขึ้นสามารถรักษาระดับความแข็งแรงที่คงทนสูง (σ1200b> 70 MPa) ได้ที่อุณหภูมิสูง 1200°C คาดการณ์ว่าส่วนแบ่งของวัสดุคอมโพสิตในเครื่องยนต์กังหันแก๊สขั้นสูงจะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ (สูงถึง 40%)