Untersuchung der atomaren Struktur von Aluminiumlegierungen für die Herstellung moderner Flugzeuge

Forscher der Belgorod State University (BSU) und des Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech) untersuchten Aluminiumlegierungen auf atomarer Ebene und fanden Muster, die zur Verbesserung ihrer Struktur beitragen werden. Die Ergebnisse werden für die Entwicklung neuer Legierungen für moderne Flugzeuge nützlich sein.

Laut Marat Gazizov, leitender Forscher am BSU-Labor für mechanische Eigenschaften von nanostrukturierten und hitzebeständigen Materialien, konzentrierte sich die Studie auf das Al-Cu-Mg-Ag-System, das für die Flügel- und Rumpfhaut verwendet wird. Die in Flugzeugstrukturen verwendeten Aluminiumlegierungen haben eine Fülle von Vorteilen, wie geringes Gewicht und Verschleiß- und Bruchfestigkeit bei erhöhten Temperaturen sowie Wechsel- und Stoßbelastungen.

„Aluminium wird mit Kupfer (Cu), Magnesium (Mg), Silber (Ag) und einigen anderen Elementen kombiniert, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen. Dieser als Legieren bezeichnete Prozess kann die Festigkeit des durch bestimmte thermische oder thermomechanische Verfahren behandelten Materials erheblich steigern.“ erklärt Marat Gazizov.

Die Al-Cu-Mg-Ag-Legierung hilft dabei, hochhitzebeständige Legierungen zu erhalten, aber laut Projektleiter ist die Entwicklung der Struktur und der mechanischen Eigenschaften der Legierung bei verschiedenen thermischen oder thermomechanischen Behandlungsmodi und Betriebsbedingungen noch nicht gut verstanden, was die erklärt Wahl des Themas für diese Studie.

Marat Gazizov fügt hinzu, dass die Legierungen als Strukturmaterial für Teile und Baugruppen verwendet werden, die erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind, was eine einzigartige Kombination aus Festigkeit, Bruchzähigkeit und hoher Beständigkeit gegen Ermüdungsrisswachstum erfordert.

„Heutzutage wird die Computersimulation nicht mehr als ‚Zauberstab‘ angesehen und wird häufig verwendet, um Effekte auf atomarer Ebene zu untersuchen Bildung von dispergierten Partikeln mit einer Dicke von nur wenigen Nanometern, die die Legierung trotz ihrer geringen Größe viel fester machen Darüber hinaus erwiesen sich die Partikel als kohärent und fügten sich gut in die Aluminiummatrix ein, wie Teile eines Puzzles, wenn auch mit leichtem Verzerrungen in ihrer atomaren Struktur. Außerdem haben wir festgestellt, dass sich die Struktur der Partikel und damit das mechanische Verhalten der wärmebehandelten Legierung nach einem bestimmten Muster ändert“, bemerkt Anton Boev, Forscher bei Skoltech.

Die Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Materialcharakterisierung, verbessert das Verständnis der einzigartigen mechanischen Eigenschaften und der Struktur von Aluminiumlegierungen. Die vom Team ermittelte Kombination mechanischer Eigenschaften wird dazu beitragen, die Lebensdauer von Flugzeugstrukturen aus diesen Materialien zu verlängern.