無人機制造車間

  航空基礎供應體系將發(fā)生巨變

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，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和加工企業(yè)轉型，而該公司于2015年簽署的90億美元的在航空航天領域的中長 期供貨的合同成為其轉型的關鍵。

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，坐上航空航天復合材料供應商的次席。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）公司復合材料業(yè)務的收購，進一步攪動了碳纖維復合材料供應鏈。

新型客機、直升機、無人機和發(fā)動機從外觀來看已經難以找到鋁合金身影，隨著這些型號逐步進入全速批產，航空鈦合金與碳纖維復合材料用量還將繼續(xù)增 長，這使得航空基礎供應體系的巨變成為板上釘釘的事情，其結果很有可能是處于航空材料供應鏈底端的四級供應商對行業(yè)的壟斷程度反超金字塔頂端的主承包商， 甚至對未來產品研制的話語權產生重要影響。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變 中的一個重要里程碑。

新材料將徹底改變金屬結構的制造

過去一年，航空制造中金屬與復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，結合了鎳金屬和陶瓷材料的優(yōu)點，用于渦輪葉片設計，可比現有鎳合金組件輕一半，極大地優(yōu)化渦輪盤的設計，實現發(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構，這一種微點陣結構的鎳磷合金由壁厚僅為100nm的中空管結構組成，重量僅為碳纖維的1/10，其體積壓縮50%之后也能完 全恢復，因此具有超高的能量吸收能力。2016年1月，加州大學洛杉磯分校與雷神公司聯合創(chuàng)造出一種超強輕質結構金屬，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。

新材料是航空制造發(fā)展與變革的基礎之一，上述四種新型合金中的前兩種即將大量用于F-35和齒輪傳動風扇（GTF）發(fā)動機；而后兩種則更具革命性， 如果能夠應用于飛機制造，將徹底顛覆現有航空產品設計。2016年及未來幾年，新材料還將不斷涌現，它們也許很快就可以達到一定的技術成熟度和制造成熟度 水平。

3D打印及非金屬發(fā)動機將更進一步

過去一年，發(fā)動機領域成為新技術應用的主戰(zhàn)場，這其中又以增材制造和陶瓷基復合材料（CMC）為主。

2015年2月，美國聯邦航空局(FAA)向GE90-94B發(fā)動機高壓壓氣機3D打印的T25傳感器頒發(fā)了適航證。此外，GE航空還在GEnx上 試驗了增材制造的鈦鋁合金低壓渦輪葉片。普惠公司表示將采用增材制造技術來生產發(fā)動機的壓氣機靜子組件，這將是業(yè)界首次采用增材制造技術生產這一部件；用 增材制造的PW1500G發(fā)動機試驗部件，比用傳統(tǒng)工藝制造的部件提前15個月完成且減重高達50%。6月，羅羅公司通過與英國制造技術中心、謝菲爾德大 學和ARCAM公司合作，利用增材制造生產了遄達XWB-97發(fā)動機的鈦合金前軸承，該組件直徑達1.5m，是有史以來最大的民用航空發(fā)動機單個組件，而 包含48個葉片的組件也采用增材制造技術生產。

波音采用3D預形件制成的中央試驗件壁板。

2015年，GE公司對首個CMC材料的F414發(fā)動機低壓渦輪葉片進行了試驗，驗證了其極強的耐高溫和耐久性能力，以及可廣泛用于自適應變循環(huán)發(fā) 動機和下一代商用發(fā)動機的潛力。GE公司還在GEnx上試驗了將CMC材料用于燃燒室內襯的內外環(huán)、第一級高壓渦輪隔熱罩以及第二級高壓渦輪導向器。GE 公司還計劃在美國本土建設碳化硅陶瓷纖維以及碳化硅陶瓷單向帶的工廠，前者已得到美國空軍的資金支持，目的是打破日本對該材料供應的壟斷。

2015年，有三件事情值得注意：一是澳大利亞聯邦輕金屬中心基于賽峰集團的設計，采用增材制造生產了兩臺噴氣發(fā)動機概念驗證機；二是NASA的格 倫研究中心和蘭利研究中心攜手霍尼韋爾公司等正在進行“以增材制造實現非金屬燃氣渦輪發(fā)動機”的項目，除了生產出進氣道導流葉片、消聲蜂窩襯墊等樹脂基復 合材料構件以外，還制造出了高壓渦輪噴嘴等碳化硅陶瓷基復合材料構件；三是弗勞恩霍夫研究所在整體葉盤增材制造研究的基礎上，提出了由增材制造轉向數字光 學生產的“生產2.0”概念。