新材料將徹底改變航空金屬結(jié)構(gòu)的制造

過去的一年，得益于航空工業(yè)的強勁增長，世界航空鈦合金與碳纖維復(fù)合材料市場不斷走高。

2015年7月，美國鋁業(yè)（AA）公司在不到9個月的時間內(nèi)，斥資約43.5億美元完成對英國福瑞盛、德國TITAL和美國RTI國際金屬公司的收購，迅速布局航空鈦合金以及3D打印市場。2015年8月，巴菲特宣布將以372億美元收購精密鑄件（PCC）公司，大舉進軍航空制造業(yè)。面對來自資本巨頭的競爭，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)域的中長期供貨的合同成為其轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。

2015年12月，比利時蘇威公司斥資55億美元完成對美國氰特公司的收購，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了一半的英國Formax公司全盤買下。此外，2015年7月和8月，加拿大Avcorp工業(yè)公司和英國Meggitt公司分別提出了對德國SGL旗下Hitco公司和英國科巴姆（Cobham）公司復(fù)合材料業(yè)務(wù)的收購，進一步攪動了碳纖維復(fù)合材料供應(yīng)鏈。

新型客機、直升機、無人機和發(fā)動機從外觀來看已經(jīng)難以找到鋁合金身影，隨著這些型號逐步進入全速批產(chǎn)，航空鈦合金與碳纖維復(fù)合材料用量還將繼續(xù)增長，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)鏈底端的四級供應(yīng)商對行業(yè)的壟斷程度反超金字塔頂端的主承包商，甚至對未來產(chǎn)品研制的話語權(quán)產(chǎn)生重要影響。2016年及未來幾年，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)變中的一個重要里程碑。

過去一年，航空制造中金屬與復(fù)合材料的斗爭還在繼續(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世。

IBC先進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將使其生產(chǎn)零件的成本降低30%～40%。2015年3月，MTU發(fā)動機公司歷時7年開發(fā)出來的新型鈦鋁合金，結(jié)合了鎳金屬和陶瓷材料的優(yōu)點，用于渦輪葉片設(shè)計，可比現(xiàn)有鎳合金組件輕一半，極大地優(yōu)化渦輪盤的設(shè)計，實現(xiàn)發(fā)動機減重。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，重量僅為碳纖維的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，具有極高的比強度和比模量，并且能夠量產(chǎn)。

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和齒輪傳動風(fēng)扇（GTF）發(fā)動機；而后兩種則更具革命性，如果能夠應(yīng)用于飛機制造，將徹底顛覆現(xiàn)有航空產(chǎn)品設(shè)計。2016年及未來幾年，新材料還將不斷涌現(xiàn)，它們也許很快就可以達到一定的技術(shù)成熟度和制造成熟度水平。