制造下一代喷气式战机的合金材料

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据Physorg网站2006年1月5日报道，美国能源部阿姆斯国家实验室最近研发一种新型高强度铝合金[size=+0]材料，这种新型合金材料是由铝、钇和镍三种金属加工而成的，这种合金材料将被用于美军新型多用途隐身战斗机F-35型联合攻击战斗机上，它出色的性能将使新一代的战斗机飞行速度更快、航程更远。

研究人员对铝-钇-镍合金的初期测试结果显示其性能远胜任何商业化产品。目前最好的商业飞机使用的铝合金材料的抗张强度为每平方英寸7万磅，而这种合金材料的抗张强度为每平方英寸10万磅。阿姆斯国家实验室的研究人员计划在未来几个月制成400磅的合金材料用于基准测试，以找到进行商业化生产的精制技术。研究人员表示，在进行飞机设计时，设计师总希望采用强度更高、重量更轻的材料以使飞机的效率更高，目前的掌握的技术和工艺已经能将高纯度的原材料制成满足这种需要的合金材料。如果对这种新型的合金材料的各项性能测试都达到预期的效果，它将会对商业飞机和战斗机的性能产生极大的影响。
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这种合金材料的制造过程中采用的是被称为高压气体雾化的工艺，这种制造工艺是阿姆斯国家实验室在上世纪九十年代发明的。这种工艺使用经过高压处理的气体，如氦和氮，通过一个特制的喷嘴冲击熔化的金属合金液体，结果粉状的金属粒子可以高度地化合形成整体，由于这些粒子冷却得很快，因此它能形成液体金属的非结晶结构而不是通常金属中的结晶结构。然后这种粉状金属进行真空加热压平成形等工序，在这个过程中金属虽然还保留一些非结晶状结构但是还是参与了一些粒子。这种部分非结晶结构、部分结晶结构的金属使得经过高压气体雾化的工艺处理后的合金材料的许多性能得到提高，如强度和韧性。

不过一家商业制造商制造的同类合金的抗张强度测试却只在每平方英寸9万磅至9.2万磅之间。研究人员表示，铝粉具有很强的爆炸性，在加工的过程中使用氮气可以使其形成一个氮化物钝性层，从而使铝粉失去其爆炸性，在热压的过程中，这个氮化物层会被破坏，使粒子之间形成紧密的结合。但是在商业化的加工过程中，雾化的气体中加入了氧气，导致金属粉末形成一种约束的氧化态，尽管这个氧化层也能使铝粉失去爆炸性，但是在热压的过程中依然存在，从而使粒子之间的结合不够紧密。此外，原材料的纯度也会影响合金的整体强度，原材料中的任何杂质都会使最终产品的强度减弱，氧化现象的发生也是如此。

- F) [: c! w* O, \; i/ {( i( f2 q" R2 r为了避免这样的问题，研究人员在对合金材料进行真空热压之前，所有加工过程都是在惰性环境中进行的。研究人员对高压气体雾化系统进行调整，使其能在惰性气体中把金属粉末保存在一个容器内，金属粉末经过筛选后会被放入一个不足32微米的充满惰性气体的手套箱内，然后再放入一个密封的容器内送往洛杉矶进行真空热压处理，经过热压之后的金属坯再进行锻造处理。
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研发这种合金材料大约47.5万美元的费用，这种合金材料将主要用于替代飞机引擎冷却部位笨重昂贵的部件。如果飞机的引擎的一些部件采用这种合金材料，飞机引擎的重量将会减轻350磅。此外它将用于飞机的其它部位，如机翼的翼梁等。
制造下一代喷气式战机的合金材料