新材料將徹底改變航空金屬結(jié)構(gòu)的制造
過(guò)去的一年，得益于航空工業(yè)的強(qiáng)勁增長(zhǎng)，世界航空鈦合金與碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)不斷走高。
2015年7月，美國(guó)鋁業(yè)（AA）公司在不到9個(gè)月的時(shí)間內(nèi)，斥資約43.5億美元完成對(duì)英國(guó)福瑞盛、德國(guó)TITAL和美國(guó)RTI國(guó)際金屬公司的收購(gòu)，迅速布局航空鈦合金以及3D打印市場(chǎng)。2015年8月，巴菲特宣布將以372億美元收購(gòu)精密鑄件（PCC）公司，大舉進(jìn)軍航空制造業(yè)。面對(duì)來(lái)自資本巨頭的競(jìng)爭(zhēng)，美鋁（Alcoa）公司于9月做出分拆決定，加速向下游金屬服務(wù)和加工企業(yè)轉(zhuǎn)型，而該公司于2015年簽署的90億美元的在航空航天領(lǐng)域的中長(zhǎng)期供貨的合同成為其轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵?！ ?/p>
2015年12月，比利時(shí)蘇威公司斥資55億美元完成對(duì)美國(guó)氰特公司的收購(gòu)，坐上航空航天復(fù)合材料供應(yīng)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(gòu)了一半的英國(guó)Formax公司全盤(pán)買(mǎi)下。此外，2015年7月和8月，加拿大Avcorp工業(yè)公司和英國(guó)Meggitt公司分別提出了對(duì)德國(guó)SGL旗下Hitco公司和英國(guó)科巴姆（Cobham）公司復(fù)合材料業(yè)務(wù)的收購(gòu)，進(jìn)一步攪動(dòng)了碳纖維復(fù)合材料供應(yīng)鏈。
新型客機(jī)、直升機(jī)、無(wú)人機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)從外觀來(lái)看已經(jīng)難以找到鋁合金身影，隨著這些型號(hào)逐步進(jìn)入全速批產(chǎn)，航空鈦合金與碳纖維復(fù)合材料用量還將繼續(xù)增長(zhǎng)，這使得航空基礎(chǔ)供應(yīng)體系的巨變成為板上釘釘?shù)氖虑椋浣Y(jié)果很有可能是處于航空材料供應(yīng)鏈底端的四級(jí)供應(yīng)商對(duì)行業(yè)的壟斷程度反超金字塔頂端的主承包商，甚至對(duì)未來(lái)產(chǎn)品研制的話語(yǔ)權(quán)產(chǎn)生重要影響。2016年及未來(lái)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(zhuǎn)變中的一個(gè)重要里程碑。
過(guò)去一年，航空制造中金屬與復(fù)合材料的斗爭(zhēng)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(wèn)世?！ ?/p>
IBC先進(jìn)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(jìn)將使其生產(chǎn)零件的成本降低30%～40%。2015年3月，MTU發(fā)動(dòng)機(jī)公司歷時(shí)7年開(kāi)發(fā)出來(lái)的新型鈦鋁合金，結(jié)合了鎳金屬和陶瓷材料的優(yōu)點(diǎn)，用于渦輪葉片設(shè)計(jì)，可比現(xiàn)有鎳合金組件輕一半，極大地優(yōu)化渦輪盤(pán)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)減重。波音公司于2015年10月展示了世界上最輕的金屬結(jié)構(gòu)，這一種微點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的鎳磷合金由壁厚僅為100nm的中空管結(jié)構(gòu)組成，重量?jī)H為碳纖維的1/10，其體積壓縮50%之后也能完全恢復(fù)，因此具有超高的能量吸收能力。2016年1月，加州大學(xué)洛杉磯分校與雷神公司聯(lián)合創(chuàng)造出一種超強(qiáng)輕質(zhì)結(jié)構(gòu)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(qiáng)度和比模量，并且能夠量產(chǎn)?！ ?/p>
新材料是航空制造發(fā)展與變革的基礎(chǔ)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(dòng)風(fēng)扇（GTF）發(fā)動(dòng)機(jī)；而后兩種則更具革命性，如果能夠應(yīng)用于飛機(jī)制造，將徹底顛覆現(xiàn)有航空產(chǎn)品設(shè)計(jì)。2016年及未來(lái)幾年，新材料還將不斷涌現(xiàn)，它們也許很快就可以達(dá)到一定的技術(shù)成熟度和制造成熟度水平。