ELTRA Analizoare Elementale pentru Industria Aerospațială

Industria aerospațială este un sector critic, axat pe proiectarea, fabricarea și operarea aeronavelor și navelor spațiale. Aceasta joacă un rol esențial în transportul global, facilitând deplasarea rapidă și comerțul la nivel mondial. În domeniul apărării, furnizeaza mijloace esențiale, precum aeronave avansate și sisteme de rachete pentru utilizare militară. De asemenea industria aerospațială are un rol major în exploatarea spațială, contribuind la dezvoltarea comunicațiile prin satelit și realizarea de descoperiri științifice. Pentru a îndeplini standarde ridicate de performanță, siguranță și fiabilitate, industria aerospațială se bazează pe tehnologii de ultimă generație și pe inovație continuă. Materialele utilizate trebuie sa prezinte uzură redusă și să fie rezistente la diverse condiții climatice. În plus, capacitatea portantă mecanică a întregii aeronave trebuie sa fie suficient de ridicată pentru a suporta un număr mare de cicluri de decolare și aterizare. Pe lângă aspectele de siguranță, intervin și factori economici. De exemplu, consumul de combustibil trebuie să fie cât mai redus, iar în general costurile de achiziție să se încadreze într-un nivel accesibil.

Materiale relevante pentru aplicații aerospațiale

Industria aerospațială utilizează o varietate de materiale avansate, fiecare fiind selectat în funcție de capacitatea sa de a îndeplini criterii specifice de performanță, inclusiv rezistență mecanică, masă, rezistență la temperatură și durabilitate:

Aliaje de titan:

Cunoscute pentru rezistența ridicată, greutatea redusă și rezistența la coroziune și temperaturi înalte. Titanul este utilizat în mod obișnuit în motoare cu reacție, trenuri de aterizare și componente structurale critice unde este necesară o performanță ridicată.

Aliaje de aluminiu:

Utilizate pe scară largă datorită raportului excelent rezistență/ greutate, rezistenței la coroziune și costului redus. Aliajele de aluminiu sunt folosite în principal în structurile celulei aeronavelor, inclusiv în componentele fuselajelor și ale aripilor.

Aliaje de oțel:

Oțelurile de înaltă rezistență sunt utilizate în componente care necesită durabilitate și tenacitate, precum trenuri de aterizare, elemente de fixare și anumite componente structurale. Oțelul inoxidabil este utilizat de asemenea datorită rezistenței sale la coroziune.

Aliaje de magnesiu:

Utilizate în aplicații în care reducerea masei este esențială, însă mai puțin frecvent din cauza problemelor legate de coroziune și inflamabilitate.

Superaliaje:

De regulă pe bază de nichel sau cobalt, aceste materiale sunt utilizate în componente ale motoarelor care trebuie să reziste la temperaturi și solicitări extreme.

Materiale compozite:

Polimerii ranforsați cu fibră de carbon (CFRP) sunt utilizați tot mai mult datorită masei reduse și rezistenței mecanice ridicate. Aceste materiale compozite sunt folosite în diverse componente ale aeronavelor, precum aripi, fuselaje și componente interioare, pentru a îmbunătăți eficiența consumului de combustibil și a reduce greutatea.

Ceramics and Glasses:

Utilizate în sistemele de protecție termică, cum ar fi cele întâlnite la navele spațiale, precum și în ferestre și alte componente care necesită transparență și rezistență la șoc termic.

Polimeri și materiale plastice:

Utilizate în componente interioare, materiale de izolație și sisteme de cablare, datorită masei reduse și versatilității lor funcționale.

De exemplu, următoarele materiale sunt utilizate la construcția unui avion Boeing 787:

Material					Used in % by weight
Composites					50
Aluminium					20
Titanium					15
Steel					10
Other					5

Titanul și aliajele sale în industria aerospațială

Titanul este al zecelea cel mai frecvent element de pe Pământ. Datorită proprietăților mecanice remarcabile, titanul și aliajele sale sunt deosebit de potrivite pentru aplicații aerospațiale. În primul rând densitatea este cu 60% mai mică în comparație cu cea a oțelului, ceea ce face ca titanul să fie un material ușor. Greutatea redusă duce la scăderea consumului de combustibil. În al doilea rând rezistența bună la temperaturi ridicate și coroziune asigură o durată de viață îndelungată și siguranța motoarelor. În al treilea rând fragilizarea redusă și coeficientul scăzut de dilatare termică permit combinarea titanului și a aliajelor sale cu CRFP (polimeri ranforsați cu fibre de carbon). Titanul și aliajele sale sunt utilizate în principal în componente tehnice critice ale aeronavelor, precum fuzelaje sau motoare. [1],[2] În ciuda tuturor acestor avantaje, trebuie luat în considerare faptul că gazele oxigen, azot și hidrogen pot afecta negativ proprietățile mecanice ale titanului. Un risc suplimentar îl reprezintă afinitatea ridicată a titanului lichid față de aceste gaze în timpul procesului de prelucrare. Pe măsură ce concentrația de oxigen crește, materialul devine mai dur și mai predispus la fisurare [3]. O concentrație suplimentară de hidrogen poate afecta și mai mult calitatea produsului, din cauza fragilizării prin hidrogen [4]. Odată cu creșterea conținutului de hidrogen, titanul își pierde mai întâi ductilitatea, ceea ce poate fi urmat de exfolierea suprafeței. Având în vedere influența semnificativă a concentrațiilor de oxigen, azot și hidrogen asupra proprietăților materialelor din titan și ale aliajelor sale, măsurarea precisă a acestor elemente este esențială pentru controlul calității produselor pe bază de titan.

ELTRA se numără printre principalii producători mondiali de analizoare elementale

Având în vedere provocările din industria aerospațială, asociate operării în medii extreme- fie la altitudini mari, fie în vidul spațiului- sunt necesare proceduri stricte de testare și certificare pentru a asigura funcționarea fără defecțiuni ale tuturor componentelor și sistemelor. Analiza elementală este esențială pentru verificarea faptului că materialele utilizate în construcție îndeplinesc proprietățile cerute. ELTRA GmbH este un producător de referință, cu peste 40 de ani de experiență în dezvoltarea și fabricarea analizoarelor elementale de înaltă precizie. Gama de produse include echipamente pentru determinarea conținutului de carbon, sulf, azot, oxigen și hidrogen în diverse tipuri de materiale. În plus, ELTRA este recunoscută pentru analizoarele sale termogravimetrice, utilizate pentru evaluarea variației masei în funcție de temperatură sau în timpul unor procese controlate de încălzire. Aceste analizoare reprezintă instrumente esențiale în industrii care necesită determinarea precisă a compoziției materialelor, precum industria aerospațială, metalurgică, industria cimentului, mineritului și producției de baterii și multe alte domenii.

Analiza O/N/H în materiile primie pentru componente aeronautice.

O parte importantă a analizei chimice a materialelor utilizate în industria aerospațială o reprezintă determinarea gazelor de oxigen (O), azot (N) și hidrogen (H), care influențează semnificativ proprietățile materialelor. Analizorul ELTRA ELEMENTRAC ONH-p pentru determinarea O/N/H, utilizează metoda fuziunii în gaz inert pentru măsurarea acestor gaze, într-un domeniu larg de concentrații de la niveluri foarte scăzute ( de ordinul ppm) până la 2%. Cuptorul cu electrod (denumit și cuptor cu impuls) al analizorului ONH-p topește proba (de exemplu, titan) la temperaturi de până la 3000 °C, permițând determinarea hidrogenului și azotului eliberate în formă elementară, iar a oxigenului sub formă de dioxid de carbon. Acesta se formează prin reacția oxigenului din probă cu carbonul creuzetului de grafit. Pentru asigurarea unei determinări fiabile a O/N/H, la probă se adaugă fluxuri, precum nichel sau staniu, care reduc punctul de topire și facilitează eliberarea completă a gazelor dizolvate, asigurând totodată o bună repetabilitate a măsurătorilor. ELEMENTRAC ONH-p este conform standardelor internaționale și poate fi utilizat cu ușurință atât de personal academic, cât și non-academic. Analizorul permite investigarea probelor solide de diverse forme, precum pulberi, granule, fire sau plăcuțe. Masa tipică a probei este de aproximativ 100 mg, putând fi crescută până la 1000 mg în cazul probelor pe bază de oțel și fier, unde nu este necesară utilizarea fluxurilor.

Mai multe informaţii

Analizor Oxigen / Azot / Hidrogen ELEMENTRAC ONH-p 2

REZULTATE TIPICE ALE MĂSURĂTORILOR PENTRU ONH-P

Concentrația de O / N / H în probe de titan

Weight (mg)	Hydrogen (ppm)	Weight (mg)	Oxygen (ppm)	Nitrogen (ppm)
101.6	10.2	119.4	1150.6	95.8
101	11.1	115.7	1114.3	86.5
100.8	10.1	117.8	1159.5	104.7
101.8	9.9	123.1	1149.7	98.9
102	9.3	116.4	1205.1	97.7
100.5	12	116.4	1206.7	105.1
102.1	11.3	112.4	1183.0	101.5
104.7	9.5	118.5	1180.6	106.0
103.7	10.9	116.3	1120.3	93.8
103.9	10.5	118.0	1171.1	107.4
Average Value	10.480	-	1171,1	100.4
Deviation / Relative Deviation (%)	0.847 / 8.08%	-	37.9/3.2%	6.6/6.6%

Analizor Carbon / Sulf CS-i

Întrucât conţinutul de bază al carbonului şi sulfului influenţează foarte mult duritatea şi capacitatea de prelucrare a materialelor precum oţelul şi titanul, analiza precisă a conţinutului de bază este importantă pentru utilizarea acestor materiale în industria aerospaţială. Cuptorul de inducţie, de mare capacitate, al analizorului elemental CS-i topeşte probe anorganice în atmosferă de oxigen pur, la temperaturi de peste 2000° C în timp ce patru celule infraroşu independente cu intervale adaptabile de măsurare determină cu precizie conţinutul de carbon şi sulf.

Mai multe informaţii

For more information, you are welcome to read our technical report or contact us.

Contact us for a free consultation

ELTRA products and services are available via a global network of daughter companies and fully trained distributors. Our staff will be happy to assist with any inquiry you might have.

Contact us for a free consultation and talk to a product specialist to find the most suitable solution for your application needs

Contactați-ne!

_{[1] Denis Bergoint in Lightweight Design 06/2013: (Production and Manufacturing Technology)}
_{[2] Ikuhiro Inagaki, Nippon steel & Sumitomo metal technical report Nr 106; Iulie 2014}
_{[3] https://news.berkeley.edu/2015/02/05/oxygen-titanium/}
_{[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_embrittlement}