Depuis le début du 20e siècle, le monde a été balayé par la vague de l'exploration spatiale et de grandes puissances ont fait leur entrée dans ce domaine. Le domaine de l'exploration humaine de l'espace a connu de grandes opportunités de développement, de la fabrication de satellites aux vols spatiaux habités. Cependant, malgré nos nombreuses réalisations, nous sommes toujours confrontés à de nombreuses difficultés et [...]
Depuis le début du 20e siècle, le monde a été emporté par la vague de l'exploration spatiale et de grandes puissances se sont lancées dans ce domaine.
Le domaine de l'exploration humaine de l'espace a connu de grandes opportunités de développement, depuis la fabrication de satellites jusqu'aux vols spatiaux habités. Cependant, malgré nos nombreuses réalisations, nous sommes encore confrontés à de nombreuses difficultés et défis, et la recherche sur les différentes technologies en est encore à ses débuts.
L'une des principales difficultés dans le domaine de l'aérospatiale est la sélection de l'équipement. matériaux aérospatiauxce qui a un impact considérable sur son développement.
Cet article vise à fournir des informations sur les alliages métalliques adaptés au secteur aérospatial et se concentre sur l'alliage de magnésium.
Après une étude approfondie, l'alliage de magnésium a été choisi comme élément clé de l'emballage. matériaux aérospatiaux. Cet article traite des exigences strictes en matière d'environnement de vie des engins spatiaux dans l'espace, des propriétés exceptionnelles des alliages de magnésium et des raisons pour lesquelles les alliages de magnésium conviennent à la fabrication d'engins spatiaux dans le domaine de l'aérospatiale.
Plongeons dans le vif du sujet.
Le magnésium est l'un des métaux les plus légers utilisés dans l'industrie et, par conséquent, les alliages de magnésium développés sont devenus les alliages métalliques industriels les plus légers.
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L'Allemagne a commencé la production industrielle d'alliages de magnésium dans les années 1980 et les a utilisés pour la première fois dans la production automobile dans les années 1930. L'Union soviétique lui a emboîté le pas et a appliqué les alliages de magnésium à l'industrie aéronautique au milieu des années 1930.
En raison de l'augmentation rapide de la demande, toutes les puissances mondiales ont accordé une grande importance au développement, à la recherche et à l'utilisation des alliages de magnésium par le biais de divers projets de recherche.
Les alliages de magnésium présentent plusieurs avantages, notamment une faible densité, une résistance spécifique élevée, une bonne conductivité thermique et un poids léger. Cependant, les méthodes de traitement traditionnelles peuvent entraîner une faible plasticité, c'est pourquoi différents types d'alliages de magnésium ont été développés. méthodes de moulage ont été développés pour répondre à différentes applications.
Actuellement, les alliages de magnésium jouent un rôle crucial dans divers domaines de recherche. Dans l'industrie automobile, ils sont largement utilisés pour des composants tels que le système de contrôle de la direction, le boîtier de la boîte de vitesses, le tableau de bord, le capot du moteur, le cadre, la porte et d'autres dans de nombreux pays développés.
Dans le domaine de la communication électronique, les excellentes caractéristiques des alliages de magnésium les rendent idéaux pour la fabrication de produits légers et minces, ce qui permet d'espérer le développement de produits ultra-légers et ultra-minces. De nombreux composants électroniques couramment utilisés, tels que les appareils photo, les téléviseurs, les ordinateurs portables, les écrans plasma et les téléphones portables, sont fabriqués à partir d'alliages de magnésium.
Dans le domaine médical, la bonne résistance à la corrosion et la stabilité chimique et physique des alliages de magnésium en font des implants médicaux idéaux.
Les alliages de magnésium jouent également un rôle important dans de nombreux autres domaines et leur valeur est incommensurable.
Les matériaux des engins spatiaux doivent avoir d'excellentes propriétés anti-vieillissement et anticorrosion, être capables de résister et de s'adapter à l'environnement spatial extrême et permettre à l'engin spatial de survivre de manière stable dans l'espace. Les exigences de base pour ces matériaux sont une densité, une résistance et une rigidité élevées.
L'utilisation de matériaux en alliage de magnésium permet de réduire la consommation de carburant, d'améliorer la distance de vol et d'allonger le temps de vol. En outre, les aéronefs ont besoin d'alliages de magnésium plus performants. la résistance et la rigidité et doivent être capables de résister aux charges statiques et alternées causées par divers facteurs tels que le décollage et l'atterrissage, les manœuvres de vol et les rafales. C'est pourquoi la résistance à la fatigue est d'une grande importance pour les matériaux aéronautiques.
En raison de leur légèreté, de leur résistance spécifique, de leur faible densité, de leur bonne conductivité thermique et d'autres excellentes caractéristiques, les matériaux en alliage de magnésium répondent aux exigences des matériaux aérospatiaux.
Le Japon, les États-Unis, la Grande-Bretagne et d'autres puissances mondiales augmentent leurs investissements dans la recherche sur les matériaux d'alliage de magnésium. Actuellement, tous les pays du monde augmentent leur production d'alliages de magnésium.
La Chine se classe au premier rang mondial en termes de ressources, d'origine et d'exportations de magnésium, et possède les plus grandes réserves de magnésium métal. Cependant, la production industrielle et la fabrication d'alliages de magnésium en Chine se heurtent encore à de nombreux obstacles.
La technologie de production des alliages de magnésium en Chine est relativement obsolète, ce qui se traduit par une faible productivité, une forte consommation d'énergie et une valeur économique réduite. La proportion d'exportations d'alliages de magnésium en Chine est également faible, la quasi-totalité des exportations étant produites selon des marques étrangères.
Les technologies et équipements clés utilisés dans la fabrication et le traitement des alliages de magnésium sont rarement auto-développés et adoptent plutôt des technologies et équipements étrangers avancés.
Les matériaux utilisés dans l'aérospatiale doivent souvent répondre à des exigences d'ultra-haute température, de haute température et de vide poussé. Dans des conditions extrêmes telles que la haute pression, la forte corrosion et le poids, les matériaux doivent avoir un volume et une masse minimaux tout en répondant aux exigences fonctionnelles.
Certains matériaux doivent fonctionner dans l'atmosphère ou dans l'espace pendant une période prolongée sans entretien, et doivent donc présenter une fiabilité et une assurance qualité élevées.
Les exigences de performance des matériaux aérospatiaux varient en fonction de leur environnement de travail.
Les engins spatiaux subissent un échauffement aérodynamique dans des environnements à haute température, des moteurs à gaz et le rayonnement solaire, ce qui entraîne un long temps d'exposition dans l'air, parfois à des vitesses allant jusqu'à trois fois la vitesse du son.
Les matériaux utilisés dans ces environnements doivent présenter une résistance à l'endurance à haute température, une résistance au fluage, une résistance thermique et une résistance à l'usure. résistance à la fatigueLa résistance à l'air et à l'oxydation, et la résistance à la corrosion thermique dans les milieux corrosifs, avec des structures stables qui peuvent fonctionner à des températures élevées pendant une période prolongée.
Les moteurs-fusées peuvent atteindre des températures de plus de 3 000 °C et des vitesses de plus de 10 nombres de Mach. Lorsque le moteur-fusée se mélange au gaz combustible et aux particules solides, la tête du missile balistique rentre dans l'atmosphère à des vitesses supérieures à 20 nombres de Mach, ce qui entraîne parfois l'érosion des particules.
Par conséquent, les environnements à haute température dans le domaine de la technologie spatiale impliquent généralement des températures élevées et des flux d'air à grande vitesse, ainsi que l'érosion des particules. Dans les cas où des matériaux doivent être utilisés pour générer de la chaleur, des matériaux à haute température et à haute viscosité sont utilisés en combinaison avec des propriétés physiques telles que la chaleur et la sublimation.
Les températures élevées et le rayonnement solaire provoquent des fluctuations de température sur les surfaces des satellites et des dirigeables dans l'espace, ce qui nécessite un contrôle de la température et des revêtements isolants pour maintenir des températures basses pour les propergols naturels et à basse température.
Lorsque l'on vole dans la stratosphère à des vitesses subsoniques, la température de surface des avions chute à environ 50°C. Dans le cercle polaire, les températures hivernales peuvent être inférieures à 40°C. Pour éviter la fragilisation, les composants doivent être équipés de pneus en métal ou en caoutchouc. Les fusées à liquide utilisent de l'oxygène liquide (point d'ébullition de -183°C) et de l'hydrogène liquide (point d'ébullition de -253°C) comme propergols, ce qui crée des conditions environnementales encore plus sévères pour les matériaux.
La plupart des matériaux métalliques Cependant, en développant ou en sélectionnant des matériaux appropriés, tels que l'aluminium pur et les alliages d'aluminium, les alliages de titane, l'acier à basse température, le polytétrafluoroéthylène, le polyimide et le perfluoropolyéther, il est possible d'atténuer les effets des différents milieux et environnements atmosphériques sur la corrosion et le vieillissement des matériaux, la capacité de charge thermique et les problèmes d'étanchéité des structures. Il s'agit notamment des carburants (tels que l'essence et le kérosène) qui entrent en contact avec les matériaux aérospatiaux et les propergols, ainsi que de diverses huiles lubrifiantes et hydrauliques.
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La plupart des matériaux sont sujets à une forte corrosion due à des substances métalliques et non métalliques.
Sous l'influence du rayonnement solaire dans l'atmosphère, ils se dilatent et sont encore érodés par le vent et la pluie.
La formation de moisissures peut accélérer considérablement le processus de vieillissement des matériaux polymères lorsqu'ils sont stockés dans des environnements souterrains humides pendant une longue période.
Pour pouvoir être utilisés dans l'industrie aérospatiale, les matériaux doivent présenter une bonne résistance à la corrosion, au vieillissement et aux moisissures.
Les caractéristiques uniques de l'environnement spatial comprennent le vide poussé (1,33 x 10 MPa) et l'irradiation par les rayons cosmiques.
Sous vide poussé, matériaux métalliques entrent en contact étroit les uns avec les autres, la surface étant purifiée, le processus de diffusion moléculaire s'accélère, ce qui entraîne l'apparition d'une "soudure à froid".
Le vide poussé et l'irradiation par les rayons cosmiques peuvent être à l'origine de la non-utilisation de l'énergie solaire.matériaux métalliques de se volatiliser rapidement et de vieillir.
Dans certains cas, cela peut conduire à la contamination des lentilles optiques par des substances volatiles et à la défaillance des joints d'étanchéité en raison du vieillissement.
Les matériaux destinés à être utilisés dans l'espace sont généralement sélectionnés et développés à partir de simulations et de tests effectués au sol.
L'objectif de la conception d'un avion est de choisir des matériaux aussi légers que possible tout en garantissant une fiabilité et une sécurité absolues, ainsi qu'une marge de vie. Cela est nécessaire pour s'adapter à l'environnement spatial.
Lorsque des aéronefs tels que des missiles ou des fusées ne sont utilisés que pendant une courte période, les performances des matériaux sont limitées.
Pour exploiter pleinement la résistance des matériaux et garantir la sécurité, le "principe de conception de la tolérance aux dommages" est utilisé pour les matériaux métalliques. Ce principe exige que les matériaux aient non seulement une résistance spécifique élevée, mais aussi une grande ténacité à la rupture.
Des données telles que la durée de vie et le taux de croissance des fissures sont déterminées pour les matériaux utilisés dans des conditions simulées, et la longueur de fissure admissible ainsi que la durée de vie correspondante sont calculées.
Les matériaux organiques non métalliques doivent subir des tests de vieillissement naturel et de vieillissement artificiel accéléré pour déterminer leur durée de vie et leur période d'assurance. Il s'agit d'une base importante pour la conception et la production.
La réduction de la consommation de carburant est depuis longtemps une question urgente dans l'industrie aérospatiale.
Parmi les alliages de métaux techniques disponibles, l'alliage de magnésium se distingue par sa faible densité d'environ 1,8 g/cm3, soit environ deux tiers de celle de l'aluminium et un quart de celle de l'acier.
Cette faible densité permet d'utiliser l'alliage de magnésium dans l'aérospatiale.
Avec le poids spécifique le plus léger de tous les alliages structurels, l'alliage de magnésium permet de réduire le poids des pièces en aluminium ou en fer sans sacrifier la résistance.
C'est pourquoi les alliages de magnésium, qui sont légers, sont largement utilisés dans les applications aérospatiales.
Cela permet non seulement de réduire considérablement le poids du fuselage de l'avion, mais aussi la charge de carburant, ce qui a un impact significatif sur le vol de l'avion.
Les alliages de magnésium ont une résistance spécifique et une densité élevées.
Par rapport aux alliages d'aluminium et à l'acier, les alliages de magnésium possèdent des propriétés supérieures en termes de résistance spécifique et de densité.
Par conséquent, les alliages de magnésium peuvent être utilisés dans l'assemblage des avions pour produire des composants qui doivent résister à de lourdes charges, tels que les cabines des engins spatiaux et les pièces de moteur.
Par rapport à d'autres alliages, les alliages de magnésium présentent un net avantage en termes de dissipation de la chaleur.
En effet, la différence de température de l'air entre la base et le sommet d'un dissipateur thermique en alliage de magnésium est nettement plus importante que celle des dissipateurs thermiques fabriqués à partir d'autres alliages, ce qui accélère la diffusion de l'air dans le radiateur à convection et améliore considérablement l'efficacité de la dissipation thermique du radiateur.
À température constante, un radiateur en alliage de magnésium met deux fois moins de temps à dissiper la chaleur qu'un radiateur en alliage d'aluminium.
Dans le domaine élastique, lorsqu'ils sont soumis à un impact, les alliages de magnésium subissent une déformation élastique relativement faible et absorbent une grande quantité d'énergie, ce qui permet de réduire les vibrations lors de l'impact.
Par conséquent, les alliages de magnésium ont une bonne capacité d'absorption des chocs.
Cela conduit également à une réduction du bruit généré par les collisions, ce qui fait que les alliages de magnésium possèdent d'excellentes performances en matière de réduction du bruit. Les alliages de magnésium possèdent donc d'excellentes performances en matière de réduction du bruit, ce qui permet d'atténuer efficacement les divers effets négatifs du bruit sur les avions.
Les capacités exceptionnelles d'absorption des chocs et de réduction du bruit des alliages de magnésium sont essentielles pour garantir la sécurité des avions.
Au début des années 1900, moulage sous pression a été appliquée pour former des matériaux en alliage de magnésium.
Toutefois, les méthodes traditionnelles de moulage sous pression ne permettent pas d'éliminer les défauts de surface et d'améliorer la qualité interne des pièces moulées. Des efforts ont donc été déployés pour améliorer le processus et faire progresser la technologie du moulage sous pression des alliages de magnésium.
Les alliages de magnésium ont des propriétés de remodelage favorables, ce qui les rend idéaux pour la fabrication de pièces structurales avec des propriétés d'isolation. formes complexes et de faible capacité de charge, tels que les accessoires du moteur et les freins.
L'impact des différents milieux et conditions atmosphériques sur les matériaux se manifeste principalement par la corrosion et le vieillissement.
Les matériaux aérospatiaux sont exposés au contact des carburants d'aviation (tels que l'essence et le kérosène), des propergols (tels que l'acide nitrique concentré, le tétroxyde d'azote et l'hydrazine), de divers lubrifiants et de l'huile hydraulique, entre autres.
La plupart de ces substances ont de forts effets corrosifs ou expansifs sur les matériaux métalliques et non métalliques.
Le processus de vieillissement des matériaux polymères peut être accéléré par une exposition prolongée aux moisissures dans l'atmosphère, à l'érosion causée par le vent et la pluie et aux moisissures dans les environnements souterrains humides.
Par conséquent, la résistance à la corrosion, au vieillissement et à la moisissure sont des propriétés essentielles des matériaux aérospatiaux.
Le magnésium étant le métal le plus réactif, les alliages de magnésium sont sensibles à la corrosion en raison des réactions qui se produisent à leur surface et qui provoquent des dommages importants.
Par conséquent, la protection des surfaces des alliages de magnésium est d'une grande importance.
Dans le passé, les alliages de magnésium étaient principalement protégés par oxydation chimique, mais avec le développement rapide de la technologie d'oxydation anodique dans les années 1980, cette méthode a remplacé l'oxydation chimique traditionnelle.
Dans le cadre de la recherche sur la technologie de coulée sous atmosphère du CO2+SF6 et le mécanisme de protection du SF6 Si l'on utilise une matrice d'alliage de magnésium à base de gaz, on constate qu'une couche de priorité et la forme de film de Mg seront générées sur la surface de l'alliage de magnésium.
Les ions F peuvent être utilisés comme particules moyennes de MgO et le Mg liquide interne pour générer du MgF2.
Le matériau protège l'existence entre le film et la matrice, ce qui rend le film de protection plus compact.
En raison des problèmes environnementaux, les chercheurs recherchent d'autres gaz moins polluants et contenant également du F pour remplacer le SF6.
Les alliages de magnésium sont très sensibles à la corrosion par de nombreuses substances alcalines, alors que les engins spatiaux ont une grande stabilité dans les environnements alcalins.
Les alliages de magnésium présentent une grande stabilité dans certains composés organiques, tels que l'essence et le kérosène.
Les alliages de magnésium peuvent donc être utilisés dans la fabrication de réservoirs d'essence et de kérosène, ainsi que de composants entrant en contact avec l'essence, tels que les engrenages et les freins des moteurs.
Les produits en alliage de magnésium sont largement utilisés dans les avions civils et militaires, en particulier les bombardiers. Par exemple, le corps du bombardier B-25 est construit en alliage de magnésium, avec 90 kg de pièces extrudées et plus de 200 kg de pièces moulées.
Les alliages de magnésium sont également utilisés dans les missiles et certains composants de satellites, tels que la cabine d'instruments, la cabine de queue et le support de moteur du missile surface-air Red Flag de la Chine.
D'autres matériaux métalliques sont susceptibles de fondre dans certaines zones à haute température de l'espace.
La résistance aux températures élevées des alliages de magnésium leur permet de supporter des températures élevées.
Parallèlement, les alliages d'aluminium ont la capacité de s'adapter à des environnements à basse température et présentent de fortes propriétés d'isolation thermique, protégeant ainsi le fonctionnement normal des composants internes de l'avion.
Les alliages de magnésium ont également de bonnes propriétés mécaniques à haute température et présentent d'excellentes propriétés mécaniques dans l'espace, ce qui constitue une base solide pour les vols spatiaux.
Dans l'industrie aérospatiale, les exigences en matière de matériaux pour la production d'avions sont extrêmement strictes, et chaque pièce de l'avion doit répondre à des normes rigoureuses.
Répondre à ces exigences avec des matériaux industriels peut s'avérer difficile. Toutefois, les propriétés exceptionnelles des alliages de magnésium répondent parfaitement aux besoins de l'industrie aérospatiale en matière de matériaux pour la fabrication d'engins spatiaux.
Les alliages de magnésium conviennent à une large gamme d'applications, des pièces de carrosserie aux pièces de moteur.
La densité élevée du magnésium réduit considérablement la charge de carburant des engins spatiaux, ce qui permet d'allonger la durée des vols.
La résistance et la rigidité spécifiques élevées garantissent la stabilité de l'engin spatial et offrent d'excellentes capacités de défense dans l'espace.
Ses bonnes propriétés de modification favorisent la fabrication de composants de vaisseaux spatiaux.
Son effet d'amortissement élevé constitue une garantie fiable pour les engins spatiaux.
Grâce à leur résistance à la corrosion et aux températures élevées et à leur forte compatibilité avec les alliages d'aluminium, les alliages de magnésium ont un fort potentiel dans l'espace.
Les propriétés exceptionnelles des alliages de magnésium en font un acteur important de l'industrie aérospatiale.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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