Nga sáng chế công nghệ hàn giúp máy bay bền vĩnh viễn

Các nhà khoa học từ Đại học Nghiên cứu Quốc gia Belgorod (BelSU) đã cải tiến công nghệ ghép nối các bộ phận làm bằng hợp kim nhôm và titan cho ngành hàng không vũ trụ và vận tải hàng không. Nhờ công nghệ này, khu vực hàn sẽ không còn là điểm yếu của kết cấu, theo thông tin từ văn phòng báo chí của Đại học BelSU.

Kết quả nghiên cứu được bảo hộ bằng sáng chế trên lãnh thổ Liên bang Nga.

Các bộ phận làm bằng hợp kim nhôm và titan đang được sử dụng rộng rãi trong ngành chế tạo máy bay. Các chuyên gia từ Đại học Nghiên cứu tổng hợp quốc gia Belgorod (BelSU) cho biết, kết nối đáng tin cậy của chúng sẽ cho phép tạo ra các kết cấu có độ bền cao và trọng lượng nhẹ.

Các nhà khoa học BelSU cho biết thêm rằng, việc hàn các bộ phận từ hai hợp kim này là một nhiệm vụ phức tạp do sự khác biệt về tính chất nhiệt. Ví dụ, hợp kim nhôm nóng chảy ở 650ºC, còn hợp kim titan ở 1650ºC. Ngoài ra, tại điểm tiếp xúc giữa phôi nhôm và titan sẽ hình thành hỗn hợp vật lý của hai kim loại này, hay còn gọi là liên kim.

Sergey Mironov, nhà nghiên cứu hàng đầu tại Phòng thí nghiệm về tính chất cơ học của vật liệu nano và chịu nhiệt, giải thích: "Vật liệu liên kim có khả năng dễ vỡ cao do cấu trúc mạng tinh thể bất đồng nhất, đây là một trong những nguyên nhân chính gây ra sự phá hủy đường hàn. Chúng không thể bị loại bỏ hoàn toàn, nhưng chúng tôi có thể giảm độ dày lớp của vật liệu liên kim bằng cách sử dụng các phương pháp hàn khác - ví dụ như hàn ma sát khuấy (FSW - Friction Stir Welding)".

Và các chuyên gia từ Đại học BelSU đã cải tiến công nghệ hàn ma sát khuấy (FSW) để nối lại các chi tiết nhôm với các chi tiết titan.

Các nhà khoa học đề xuất "loại trừ" việc tiếp xúc trực tiếp giữa dụng cụ gia công với phôi titan - chính điều này dẫn đến sinh nhiệt quá mức và đóng góp vào sự hình thành lớp liên kim loại dày.
"Công nghệ FSW dựa trên quá trình trộn cơ học, trong đó một dụng cụ quay tạo ra nhiệt ma sát để làm mềm dẻo kim loại, sau đó khuấy trộn vật liệu hàn lại với nhau. Trong quá trình hàn, vật liệu của các chi tiết nóng lên và trên bề mặt tiếp xúc của chúng có thể hình thành lớp liên kim", chuyên gia lưu ý.

Thay vì phương pháp này, các nhà khoa học từ Đại học BelSU đề xuất phương pháp hàn các chi tiết theo kiểu "chồng lên nhau". Phôi nhôm nằm ở phía trên của mối nối, còn phôi titan nằm ở phía dưới. Dụng cụ quay chỉ được đưa vào phần nhôm, không chạm đến phần titan ở khoảng cách 50 micron. Kết quả là, không có sự pha trộn cơ học giữa các hợp kim có bazơ khác nhau, và sự kết nối của chúng diễn ra nhờ việc các nguyên tử nhôm "thấm" vào bề mặt của bộ phận titan.

"Việc sử dụng phương pháp này cho phép giảm đáng kể nhiệt độ tại ranh giới giữa các chi tiết. Kết quả là, chúng tôi đã gia tăng đáng kể độ bền của các mối hàn. Trong các thử nghiệm cơ học, chúng tôi đã phát hiện sự phá hủy ban đầu ở khu vực bộ phận nhôm, chứ không phải ở vùng hàn", ông Mironov nói thêm.

Phương pháp này đã trải qua một chu trình nghiên cứu đầy đủ trong phòng thí nghiệm của Đại học BelSU. Trong tương lai gần, các nhà khoa học sẽ thử nghiệm công nghệ mới này trong điều kiện sản xuất thực tế.