آلومینیوم و ارتباط آن با هوافضا

آلومینیوم که به آن آلومینیم هم می گویند یکی از پرکاربردترین فلزاتی است که در صنعت هوافضا از آن استفاده می شود. اسم لاتین این فلز به صورت Aluminium بوده و به اختصار AL نوشته می شود. این فلز به واسطه ویژگی ها و مشخصاتی که دارد توانسته بیشترین کارآمدی را در صنعت هوافضا از خود نشان دهد.

بنابراین در ساخت هواپیماها، فضاپیماها و سفینه های فضایی از این فلز بهره می برند. اما دلیل این همه محبوبیت این فلز در صنعت هوافضا چیست؟ از کدام یک از آلیاژهای این فلز در صنعت هوافضا استفاده می شود؟ در این مقاله می خواهیم به کاربردهای متنوع فلز آلومینیوم در صنعت هوافضا بپردازیم.

تاریخچه کاربرد آلومینیوم در صنعت هوافضا

قبل از آنکه به معرفی آلیاژهای مختلف شمش آلومینیوم و کاربردهای مهم آن بپردازیم، بهتر است با تاریخچه کاربرد آن آشنا شویم. کاربرد فلز آلومینیم برای اولین بار به اواخر قرن نوزدهم میلادی برمی گردد. زمانی که کنت فردیناند زپلین برای اولین بار از این فلز برای ساخت کشتی هوایی نمادین خود استفاده کرد. بنابراین اولین دانشمندی که متوجه خواص بسیار شگفت انگیز این فلز شد، زپلین بود. بعد از یک گذشت یک قرن، استفاده از آلومینیم در ساخت هواپیماها در صنعت هوافضا بسیار متداول شد.

در سال ۱۹۰۳ برای اولین بار برادران رایت از این فلز برای ساخت بلوک سیلندر و موتور هواپیمای خود از آلومینیم بهره بردند. در واقع می توان گفت اولین کسانی که این فلز را به صنعت هواپیماسازی وارد کردند، این دو برادر بودند. برادران رایت با استفاده از حرارت، مقاومت این فلز را افزایش داده و آن را برای تولید قطعات هواپیما مناسب کردند. بعد از آن استفاده از این فلز در جنگ جهانی اول و دوم برای ساخت هواپیماهای جنگی و سفینه های فضایی مرسوم تر شد.

چرا در صنعت هوافضا از آلومینیوم استفاده می کنند؟

شاید برای شما هم این سوال پیش آمده باشد که اصلا چرا از فلز آلومینیوم در صنعت هوافضا استفاده می کنند؟ دلیل کاربردی بودن و کارآمدی این فلز و موفقیت چشمگیر آن در این صنعت چیست؟ برای پاسخ دادن به این سوالات باید سراغ ویژگی های منحصر بفرد این فلز برویم. زیرا این ویژگی ها هستند که موجب متداول شدن کاربرد این فلز شده اند.

سبک بودن (وزن بسیار کم)

جالب است بدانید که فلز آلومینیم یک سوم فلز فولاد وزن دارد. در ساخت هواپیماها و فضاپیماها، وزن کم شرط اصلی است. زیرا وزن بالا موجب افزایش مصرف سوخت و کاهش راندمان آن خواهد شد. وزن کم موجب پرواز راحت و حرکت آسان در صنعت هوافضا خواهد شد.

استحکام بسیار بالا

فلز آلومینیم با توجه به این که وزن بسیار کمی دارد اما از استحکام بسیار بالایی برخوردار است. استحکام در برابر فشارها و ضربات مکانیکی برای ساخت هواپیما و سفینه های فضایی بسیار مهم است. بنابراین از این فلز برای ساخت بدنه و یا سایر قطعات آن ها بهره می برند.

مقاومت بالا در برابر خوردگی و زنگ زدگی

هواپیماها و فضاپیماها همواره در تماس با هوا با فشار بسیار بالایی هستند. همچنین اکسیژن می تواند سبب خوردگی، زنگ زدگی و کاهش مقاومت هواپیما شود. از این رو به کار بردن یک فلز با مقاومت بالا در ساخت تجهیزات هوافضا بسیار مهم است. آلومینیوم دارای بیشترین مقاومت در برابر زنگ زدگی، خوردگی و سایش در اثر تعامل با عوامل مختلف می باشد.

انواع آلیاژهای آلومینیوم به کار رفته در صنعت هوافضا

حال که با تاریخچه و دلایل استفاده از فلز آلومینیوم در صنعت هوافضا آشنا شدید، وقت آن است که به معرفی آلیاژهای این فلز بپردازیم. از فلز آلومینیم به صورت خالص در صنعت هوافضا استفاده نمی کنند. بلکه آلیاژهای این فلز هستند که در این صنعت مورد استفاده قرار می گیرند. در این آلیاژها عناصری همچون روی، منگنز، مس، لیتیوم، فیبرهای شیشه، تیتانیوم، سیلیکون، آهن، فولاد، کامپوزیت ها و … وجود دارند. وجود هر یک از این عناصر و میزان درصد هر کدام از آنها است که ویژگی های آلیاژ را مشخص می کنند. اما عنصر غالب در همه آن ها فلز آلومینیم است.

هر یک از آلیاژهای فلز آلومینیوم دارای مشخصات مختص به خود هستند. این ویژگی ها باعث شده اند که هر کدام از این آلیاژها برای ساخت قطعات خاصی در صنعت هوافضا به کار روند. مثلا ممکن است یک آلیاژ برای ساخت بدنه مناسب بوده و آلیاژ دیگری برای ساخته پوسته داخلی تجهیزات گزینه بهتری باشد. در ادامه می خواهیم پرکاربردترین انواع آلیاژ فلز آلومینیم را در صنعت هوافضا به شما معرفی کنیم.

نقش آلیاژ آلومینیوم سری ۲۰۰۰ در هوافضا

آلیاژ ۲۰۲۴ و ۲۰۲۵ آلومینیوم یکی از پرکاربردترین انواع آلیاژهای این فلز هستند. این آلیاژها با انجام برخی از آزمایش ها و ایجاد تغییراتی روی آن ها جهت بالا بردن مقاومت فلز تولید شدند. مقاومت کششی این آلیاژها بالای ۴۷۰ مگاپاسکال است. بنابراین می توان گفت که از مقاومت کششی بسیار خوبی برخوردار می باشند. برای ساخت بدنه هواپیما و بال های آن از این آلیاژها بهره می برند.

آلیاژ ۲۰۱۴، نوع دیگری از آلیاژهای سری ۲۰۰۰ است. این آلیاژ برای انجام جوشکاری بسیار مناسب است اما دارای مقاومت بسیار کمی می باشد. به همین علت برای ساخت پوسته های داخلی هواپیما از آن استفاده می کنند. برای ساخت بدنه پایینی هواپیما از جمله بال ها از انواع آلیاژ ۲۰۲۹، ۲۳۲۴ و ۲۲۲۴ سری ۲۰۰۰ بهره می برند. زیرا این دو آلیاژ دارای چقرمگی شکست بالا و همچنین استحکام کششی بالایی هستند.

کاربردهای آلیاژهای ۵۰۵۲ و سری ۶۰۰۰ در هوافضا

در میان آلیاژهای فلز آلومینیوم، ۵۰۵۲ دارای مقاومت و شکل پذیری بسیار بالایی است. به همین دلیل می توان این آلیاژ را به شکل های متفاوتی درآورد. مقاومت این آلیاژ در برابر خوردگی بسیار بالا است. بنابراین برای ساخت تجهیزات مربوط به فضاپیماها از آن بهره می برند. یکی از کاربردهای مهم این آلیاژ، ساخت مخازن سوخت است. زیرا این آلیاژ به علت مقاومت بالا در برابر خوردگی، هیچ واکنشی با سوخت داخل مخزن انجام نمی دهد.

از سری آلیاژهای پرکاربرد در صنعت هوافضا، می توان به آلیاژهای سری ۶۰۰۰ اشاره کرد. از آلیاژهای ۶۰۶۱ و ۶۰۱۳ برای ساخت هواپیماهای فوق سبک و یا هواپیماهای خانگی بهره می برند. زیرا این آلیاژها به راحتی جوشکاری شده و قدرت شکل پذیری آن ها بسیار بالا می باشند.

به همین دلیل از این آلیاژها برای ساخت قسمت های بدنه و باله ها استفاده می کنند. از کاربردهای دیگر این آلیاژها می توان به ساخت سکوهای فرود هواپیما اشاره کرد. ۶۰۶۵، نوع دیگری از آلیاژهای سری ۶۰۰۰ است که شکل پذیری بالا، مقاومت در برابر خوردگی و استحکام کششی از ویژگی های آن می باشند.

آلیاژهای آلومینیوم ۷۰۵۰ و ۷۰۶۸ جهت ساخت هواپیما

آلیاژهای سری ۷۰۰۰ از متداول ترین و پرکاربردترین آلیاژهای فلز آلومینیوم می باشند. آلیاژ ۷۰۷۵ به دلیل داشتن مقاومت بالا در برابر خوردگی و شکست بسیار بالای خود معروف است. به همین دلیل در صنایع هوافضا برای ساخت بدنه و بال هواپیماهای نظامی از ای فلز بهره می برند. همچنین ساخت بدنه فضاپیماها با استفاده از این آلیاژ بسیار مرسوم است.

از دیگر آلیاژهایی که در صنایع نظامی مربوط به هوافضا بسیار پرکاربرد است، ۷۰۷۶ می باشد. این آلیاژ در حال حاضر قوی ترین آلیاژ فلز آلومینیم است که برای هواپیماهای جنگنده نظامی به کار می رود. زیرا این هواپیماها باید بتوانند در شرایط بسیار سخت و حملات بسیار شدید مقاومت کنند. قدرت و استحکام بالا و جرم کم، از ویژگی های بارز این آلیاژ قدرتمند است.

کاربردهای آلیاژ ۷۰۷۵ آلومینیوم

آلیاژ آلومینیوم ۷۰۷۵ به دلیل داشتن عنصر روی بالا، از لحاظ مقاومت شباهت بسیار زیادی به فلز فولاد دارد. ماشین کاری این آلیاژ به راحتی انجام می شود و از مقاومت کششی خوبی برخوردار است. در جنگ جهانی دوم، برای ساخت هواپیماهای نظامی و جنگنده های مختلف از این آلیاژ استفاده می کردند. جنگنده های میتسوبیشی که توسط امپراتوری ژاپن به کار می رفتند، از جنس آلیاژ ۷۰۷۵ بودند. البته امروزه هم از این آلیاژ برای ساخت برخی از هواپیماهای جنگنده بهره می برند. اما استفاده از آن کمتر شده است. زیرا آلیاژهای بسیار کارآمدتری جایگزین این آلیاژ مقاوم شده اند.

آلیاژهای کم مصرف در صنعت هوافضا کدامند؟

برخی از آلیاژهای فلز آلومینیوم نسبت به آلیاژهای دیگر در صنعت هوافضا استفاده کمتری دارند. اما نمی توان گفت که این آلیاژها به کلی استفاده نمی شوند. بنابراین معرفی آن ها خالی از لطف نیست. آلیاژ ۲۲۱۹ مقاومت بسیار بالایی در حرارت های بالا دارد و قابلیت جوش پذیری آن نیز بسیار مناسب است. اما جوش های آن برای مقاومت در برابر خوردگی به عملیات حرارتی نیاز خواهند داشت. این آلیاژ برای اولین بار برای ساخت مخزن سوخت شاتل فضایی کلمبیا مورد استفاده قرار گرفت.

آلیاژ آلومینیوم ۶۰۶۳ برای ساخت جزئیات دقیق در هواپیماها و فضاپیماها استفاده می شود. بنابراین می توان گفت کاربرد اصلی آن برای طراحی داخلی این تجهیزات است. استفاده از این آلیاژ برای ساخت اکستروژن پیچیده مرسوم است. آلیاژ ۷۴۷۵ نیز گاهی اوقات برای ساخت حفره های بدنه در هواپیماهای بسیار بزرگ به کار می رود. البته استفاده از این آلیاژ متداول نیست.

آلیاژهای آلومینیوم در آینده صنعت هوافضا چه نقشی دارند؟

همان طور که قبلا اشاره کردیم فلز آلومینیوم و آلیاژهای مختلف آن یکی از مهم ترین فلزات مورد استفاده در ساخت تجهیزات هوافضا هستند. کارشناسان و دانشمندان این حوزه تخمین می زنند که تا یک دهه آینده استفاده از این فلز برای ساخت این تجهیزات دو برابر شود. در واقع تا سال ۲۰۲۵، میزان تقاضای جهانی این فلز به ۸۰ میلیون تن می رسد.

بنابراین استفاده از فلز آلومینیوم در صنعت هوافضا روز به روز در حال پیشرفت و گسترش است. ویژگی های کاربردی و وجود انواع آلیاژهای این فلز در افزایش مصرف این فلز بی تاثیر نیستند. در سال های اخیر، ساخت آلیاژهای آلومینیوم- لیتیوم افزایش پیدا کرده است. این آلیاژ می تواند تغییرات گسترده ای را در صنعت هوافضا به وجود بیاورد.