Anwendungszustand und Aussichten von Aluminiumlegierungen im Luft- und Raumfahrtbereich

Antragsstatus

• Breite Verwendung in kritischen Komponenten: Aluminiumlegierungen, mit ihren ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften, niedriger Dichte und guter Bearbeitbarkeit, werden im Luft- und Raumfahrtbereich weit verbreitet eingesetzt. Im Luftfahrtsektor werden sie ausgiebig bei der Herstellung von Strukturelementen wie Flugzeugrümpfen, Tragflächen, Verbindungsstücke und Fahrwerken verwendet. Im Raumfahrtsektor werden sie in kritischen Komponenten wie Rakentriebwerke, Flüssigsauerstoffbrennkammern, Antriebssystemen und Strukturkomponenten eingesetzt.

• Hauptlegierungsserie: Die 2000- und 7000-Serie Aluminiumlegierungen werden am häufigsten im Luft- und Raumfahrtbereich eingesetzt. Die Legierungen der 2000-Serie, hauptsächlich aus Aluminium, Kupfer und Magnesium bestehend, weisen eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit auf und sind zur Herstellung von hitzebeständigen Komponenten in Luft- und Raumfahrtanwendungen geeignet, wie z.B. hitzebeständige Teile, die bei Temperaturen zwischen 150°C und 250°C arbeiten, hitzebeständige schweissbare Strukturkomponenten und Schmiedeteile. Die Legierungen der 7000-Serie, hauptsächlich aus Aluminium, Zink, Magnesium und Kupfer bestehend, können durch Wärmebehandlung verstärkt werden. Ihre hervorragenden Bearbeitungseigenschaften, Korrosionsbeständigkeit und hohe Zähigkeit machen sie zu den wichtigsten Strukturmaterialien in der Luft- und Raumfahrt. Zum Beispiel bestehen die oberen Tragflächenhäute und die Tragflächenstreben des Boeing 777-Flugzeugs aus Legierungen der 7000-Serie.

• Technologische Innovation treibt Anwendungsaufwertungen voran: Durch fortschreitende technologische Entwicklung sind neue Arten von Aluminiumlegierungen und Verarbeitungstechnologien entstanden. Zum Beispiel hat das Team von Professor He Cunian an der Tianjin-Universität die oxiddispersionsverstärkte Aluminiumlegierung entwickelt, mit der es gelungen ist, die Einsatztemperatur von Aluminiumlegierungen von 350 °C auf 500 °C zu erhöhen und so das Problem der Nutzung von Aluminiumlegierungen in Hochtemperaturosgebieten über 400 °C zu lösen. Dies bietet ein Material mit überlegenen Eigenschaften für den Einsatz im Raumfahrtbereich bei hohen Temperaturen. Darüber hinaus ermöglichen innovative Produktionsverfahren wie Pulvermetallurgie und Spritzformung auch die Herstellung leichterer Aluminiumlegierungsstoffe mit verbesserten Eigenschaften.

• Inländische Entwicklung: Die Forschung Chinas zu hochfesten und zäh belastbaren Aluminiumlegierungen begann relativ spät, anfangs hauptsächlich auf Kopien ausländischer Legierungen fokussiert. In den letzten Jahren hat China seine Bemühungen in Forschung und Entwicklung verstärkt, wodurch ein gemeinsames Team von Forschungsinstituten und Unternehmen entstanden ist, das eine Reihe wichtiger nationaler Projekte abgeschlossen und gute Ergebnisse erzielt hat. China verfügt nun im Wesentlichen über die Fähigkeit, hochfeste Aluminiumlegierungsmaterialien in Massenproduktion herzustellen und die Anwendungsanforderungen wichtiger nationaler Projekte zu erfüllen. Im Vergleich zum internationalen Stand der Technik bestehen jedoch immer noch Lücken, insbesondere was die Mehrheit der Produkte als Kopien betrifft, schwache Grundlagenforschung und veraltete Produktions- und Verarbeitungsanlagen.

Anwendungsaussichten

• Marktwachstum: Es wird vorhergesagt, dass die globale Markgröße von Aluminiumlegierungen für Luft- und Raumfahrtanwendungen von 2024 bis 2029 mit einem jährlichen komplexen Wachstumsrate von 5,50 % zunehmen wird. Bis 2029 soll die globale Markgröße von Aluminiumlegierungen für Luft- und Raumfahrtanwendungen auf 99,343 Mrd. Yuan anwachsen. Das kontinuierliche Wachstum der Markgröße spiegelt die breiten Nachfrageräume für Aluminiumlegierungen im Bereich der Luft- und Raumfahrt wider.

• Steigende Nachfrage nach hochleistungsfähigen Aluminiumlegierungen: Die kontinuierliche Entwicklung der Luft- und Raumfahrttechnologie hat höhere Anforderungen an die Materialleistungen gestellt. In Zukunft wird die Nachfrage nach hochfesten, hochzähen, korrosionsbeständigen und temperaturbeständigen Aluminiumlegierungen weiter zunehmen. Zum Beispiel bieten Aluminium-Lithium-Legierungen aufgrund ihrer geringeren Dichte und ihren hervorragenden gesamten Eigenschaften eine noch größere Verbreitung im Bereich der Luft- und Raumfahrt. Sie können zur Herstellung von Schlüsselstrukturelementen von Flugzeugen, Trägerraketen, Raumfahrzeugen und Waffensystemen verwendet werden, um den Bedarf an Gewichtsreduzierung und Leistungssteigerung bei Luft- und Raumfahrtprodukten zu decken.

• Fortgeschrittene Fertigungstechnologien fördern die Anwendungen von Aluminiumlegierungen: Die Entwicklung fortgeschrittener Fertigungstechnologien wie 3D-Druck bietet neue Möglichkeiten für die Anwendung von Aluminiumlegierungen im Luft- und Raumfahrtbereich. Mit 3D-Drucktechnologie ist es möglich, komplexe und hochpräzise Aluminiumlegierungskomponenten herzustellen, was die Produktivität steigern, Kosten senken und den Einsatz von Aluminiumlegierungen im Luft- und Raumfahrtbereich weiter ausweitern kann.

• Aspekte nachhaltiger Entwicklung: Vor dem Hintergrund von Umweltschutz und nachhaltiger Entwicklung wird die Recyclbarkeit und der regenerative Wert von Aluminiumlegierungen increasing Beachtung finden. Die Entwicklung von regenerativen Aluminiumlegierungstechnologien und die Erhöhung des Recycling-Anteils von Aluminiumlegierungen können nicht nur Ressourcenverbrauch und Produktionskosten senken, sondern auch helfen, den Umweltausgleich zu reduzieren und den Anforderungen an nachhaltige Entwicklung im Luft- und Raumfahrtsektor gerecht zu werden.