チタン vs. 飛行機部品の製造におけるアルミニウム

May 04, 2023

航空機部品の製造に使用される材料の種類は拡大しています。 ガラス繊維、炭素繊維、熱可塑性プラスチックなどの航空機複合材料は、より多くの航空機部品を製造するためにますます利用されています。

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多用途性、軽量性、耐久性は、複合材料が飛行機、ジェット機、その他の航空機のさまざまな部品に適している重要な特性のほんの一部にすぎません。

しかし、アルミニウムやチタンなどの従来の航空機材料は依然としてこの業界の標準であり、それには多くの理由があります。 航空機のアルミニウムとチタンは、常に再現できるわけではない利点を提供します。そのため、これらの金属は、航空機の飛行と飛行維持、および最大限の効率と安全性を実現するのに特に重要です。

航空宇宙におけるこれら 2 つの材料の特性と普及状況を調べる際には、アルミニウムとチタンを比較して、それらが使用される理由と場所、および航空機コンポーネントの最適なパフォーマンスを実現するにはどちらがより良い選択であるかをよりよく理解することも価値があります。

航空機グレードのアルミニウムは優れた強度重量比を備えているため、強度を損なうことなく航空機のコンポーネントを薄く、​​軽く、空力的に保つのに理想的です。 アルミニウムは信頼性の高い電気伝導体であり、優れた熱伝導体でもあります。 耐クリープ性や引張強度などの要素は、特定のアルミニウム合金によって異なります。

航空機グレードのチタンはアルミニウムよりも密度が高いですが、依然として航空機用金属の中では軽量の選択肢と考えられています。 同じレベルの熱伝導率と電気伝導率は得られません。 ただし、その耐食性、他の材料との適合性、および強度により、過剰な重量や腐食に対する脆弱性を持たずに剛性の強度を必要とする一部の航空機部品での使用に適しています。

どの飛行機部品がチタンおよびアルミニウムグレードで作られていますか?

現在、航空宇宙用複合材料が民間航空機の構造の大部分を占めていますが、次にアルミニウムが最も普及している材料であり、その直後にチタンが続きます。 顕著ではありませんが、他の素材とともにスチールも使用されます。

航空宇宙グレードのアルミニウムは、主に飛行機の胴体、翼外板、カウル、およびその構造の一部に使用されています。 アルミニウムは軽量で柔軟性があり、耐腐食性があるため、これらの要素に適した材料です。 しかし、これらの利点とは別に、アルミニウムは入手しやすく、地球の地殻で最も豊富な金属の 1 つであり、3 番目に豊富な元素であるため、他の航空宇宙合金と比較して比較的安価です。

航空機のフレーム、エンジン部品、着陸装置、航空機のシステムやコンポーネントには、さまざまなグレードのチタンが使用されています。 たとえば、Ti-10V-2Fe-3A1 グレードは、優れた焼入性、高強度、耐疲労性と耐腐食性を備えているため、着陸装置に使用されています。 対照的に、Ti-8A1-1Mo-1V グレードは耐熱性があるため、航空機のコンプレッサー ブレードやコンプレッサー ディスクに役立ちます。

航空機アルミニウムおよびチタンの新しい製造プロセス

従来の機械加工と金属加工は、アルミニウム、チタン、インコネルなどの航空宇宙グレードの材料で作られた航空機部品を製造する主な製造方法でした。 これらのプロセスは依然としてコンポーネントの製造に使用されていますが、積層造形としても知られる 3D プリンティングのような新しい方法が航空機のコンポーネントの製造に利用されています。

初期の段階では、3D プリントは航空機の複合材料に適したポリマーから部品を作成する場合にのみ役立ちましたが、チタンやアルミニウムなどの金属には当てはまりません。 この状況は、印刷可能な金属粉末の開発と、レーザー粉末床融合などの印刷方法の改良によって変わりました。

チタン部品とアルミニウム部品はどちらも、金属の粉末バージョンを使用して 3D プリントできます。 ただし、このプロセスにより材料の完全性が大幅に低下し、多孔性や亀裂などの問題により強度が損なわれる可能性があります。 しかし、これらの問題は、改良された製造方法と、金属粉末に直接添加されるセラミックナノワイヤーのような強化要素の導入によって対処されています。

これらの新しい製造方法により、3D プリントされたアルミニウムやチタンのコンポーネントが、今日の実験的で注目に値するコンポーネントではなく、飛行機、ヘリコプター、宇宙船の標準部品となる可能性があります。