ملخص
من المتوقع أن يظل الإنفاق المتزايد على المواد المتقدمة في قطاع التصنيع بسبب القدرة على تحسين الأداء الوظيفي وتعزيز القدرة على البقاء وخفض تكاليف دورة الحياة هو الاتجاه الرئيسي. ولذلك، لا يمكن تجاهل إمكانات المواد المتقدمة، وخاصة السبائك عالية الأداء، في قطاع الطيران والدفاع على المستوى العالمي. على الرغم من أن مصنعي المعدات الأصلية ما زالوا يفضلون الألومنيوم في صناعة الطائرات، إلا أن المواد المتقدمة مثل السبائك عالية الأداء تكتسب زخمًا بين المهندسين بسبب خصائصها الفائقة المقاومة للحرارة، وقوتها الممتازة، والحفاظ على استقرار الأبعاد في درجات حرارة أعلى من المواد الأخرى.
ومن المتوقع أن تؤدي سهولة القيود بعد كوفيد-19، إلى جانب الرغبة المتزايدة في دفع تكاليف السفر بين جيل الألفية، إلى دفع المشاركين في الصناعة العاملين في قطاع الطيران والدفاع إلى فتح آفاق جديدة. علاوة على ذلك، خلقت آثار الحرب الروسية الأوكرانية معادلة جيوسياسية جديدة في جميع أنحاء العالم. ومن المتوقع أن تقوم غالبية الحكومات من العالم الغربي إلى الاقتصادات الناشئة مثل الصين والهند بزيادة الإنفاق على تعزيز قدراتها التصنيعية المحلية في قطاعي الطيران والدفاع. ولذلك، من المتوقع أن تمهد هذه المشاعر الإيجابية في قطاعي الطيران والدفاع الطريق لدمج المواد المتقدمة، وتحديداً السبائك عالية الأداء على مدى السنوات القليلة المقبلة.
ما هي السبائك عالية الأداء؟
تجد السبائك عالية الأداء أو السبائك الفائقة تطبيقات لأنها تظهر خصائص متفوقة مثل القوة الميكانيكية الممتازة ومقاومة تشوه الزحف الحراري الفائقة واستقرار السطح وتحفيز مقاومة التآكل. وقد تم تطوير هذه المواد لاستخدامها في الشواحن التوربينية للمحركات المكبسية للطائرات. مع ظهور التقنيات الجديدة، تطورت السبائك الفائقة لتصبح واحدة من المواد الخام الرئيسية لإنتاج مكونات محركات التوربينات الفضائية والبحرية. ويعزى القبول المتزايد لهذه المواد المتخصصة إلى زيادة الوعي نحو تحفيز التدابير في صناعة الطيران للحماية من التعرض لبيئات الأكسدة الشديدة ودرجات الحرارة القصوى لفترات معقولة.
تتوفر السبائك عالية الأداء على شكل فئات من النيكل والحديد والكوبالت. وتشمل بعض المتغيرات الرئيسية المتاحة للمنتج سبائك Inconel، وHastelloy، وRene، وWaspaloy، وIncoloy، وسبائك TMS. تعد المقاومة الممتازة ضد الأكسدة والتآكل أثناء درجات الحرارة المرتفعة إحدى الميزات الرئيسية التي تمهد الطريق للمهندسين في قطاع الطيران لتفضيل السبائك عالية الأداء.
يعد الزحف عاملاً رئيسيًا مدى الحياة يؤثر على أداء ومتانة مكونات الهيكل الهوائي مثل شفرات توربينات الغاز. تتكون السبائك عالية الأداء من معادن مكعبة مركزية الوجه، وهي الكوبالت والحديد والنيكل، والتي يمكن أن تتمتع بمقاومة فائقة للزحف في درجات الحرارة المرتفعة. لذلك، من المتوقع أن يفضل مصنعو المعدات الأصلية في مجال الطيران أشكال المنتجات هذه للحد من التأثير السلبي للزحف.
على مدى السنوات القليلة الماضية، اكتسبت السبائك عالية الأداء القائمة على النيكل مساحة سوقية كافية في قطاع الطيران بسبب قدرتها على العمل في درجات حرارة عالية في نطاق 800-1000 درجة. تتكون متغيرات المنتجات القائمة على النيكل من مواد الكروم والحديد والتيتانيوم والكوبالت. ومن المتوقع أن يؤدي هذا الدمج لمواد مختلفة في شكل منتج واحد إلى تعزيز الاستخدام في تصنيع مكونات فضائية مختلفة، وهي شفرات التوربينات عالية الضغط، والأقراص، وغرفة الاحتراق، والحراق اللاحق، وعكسات الدفع.
سيناريو قطاع الطيران
يشهد قطاع الطيران العالمي نموًا بسبب الطلب المتزايد على سفر الركاب بعد رفع قيود فيروس كورونا (كوفيد-19) إلى جانب زيادة الإنفاق على طلبات الطائرات العسكرية الجديدة من قبل مختلف الحكومات الوطنية. واعتبارًا من عام 2023، قدرت الشحنات السنوية العالمية من الطائرات بأكثر من 5000 طائرة بقيمة تزيد عن 1.5 تريليون دولار أمريكي. ومن المتوقع أن تصل متطلبات الطائرات إلى أكثر من 40 ألف طائرة خلال العشرين سنة القادمة، بقيمة تقدر بـ 8.1 مليار دولار أمريكي. تنقسم صناعة الطيران إلى خمسة منتجات رئيسية: طائرات الطيران المدني، وطائرات الركاب الخاصة، والطائرات العسكرية، والمروحيات، والطائرات المروحية. ومن بين هذه المنتجات الرئيسية، تعد الطائرات المدنية والعسكرية هي المساهمين الرئيسيين في الموقع القيادي لتحديد حركة صناعة الطائرات على المستوى العالمي.
شهد قطاع الطيران خلال السنوات القليلة الماضية التطورات التالية التي ستعزز إنتاج الطائرات التجارية والدفاعية في المستقبل القريب:
يمكن أن يعزى الاستخدام الواسع النطاق للمواد الفضائية والدفاعية إلى تلبية المتطلبات البيئية والتكلفة للطائرات خفيفة الوزن، إلى جانب متطلبات الصيانة للسلامة الهيكلية. تبلغ قيمة سوق المواد الفضائية والدفاعية 30.52 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2028، ومن المتوقع أن تنمو بمعدل 4.10٪ للفترة المتوقعة من 2021 إلى 2028.
لمعرفة المزيد عن الدراسة، قم بزيارة https://www.databridgemarketresearch.com/ar/reports/global-aerospace-and-defense-materials-market
سبائك عالية الأداء في قطاع الطيران
استحوذ قطاع الطيران على أكثر من 50% من سوق السبائك عالية الأداء عالميًا في عام 2022. ويتم استخدام السبائك الفائقة في العديد من الطائرات، وتحديدًا الطائرات التجارية وطائرات الشحن وطائرات رجال الأعمال والطائرات العسكرية. يفضل معظم مصنعي المعدات الأصلية في مجال الطيران استخدام السبائك عالية الأداء في المحركات التوربينية بسبب المقاومة الحرارية الممتازة والحماية الفائقة من التآكل. علاوة على ذلك، فقد اكتسبت هذه السبائك قبولًا على مدى السنوات القليلة الماضية في التطبيقات، وهي المكونات الهيكلية والمثبتة لجسم الطائرة وشفرات التوربينات.
الجدول: السبائك عالية الأداء شائعة الاستخدام
|
سبيكة
|
ملكيات
|
|
سبائك تي
|
مواد خفيفة الوزن وعالية القوة
|
|
تي-6Al-4V
|
|
|
403/403Cb
|
قوة تمزق ممتازة وفولاذ مارتنسيتي 12% كروم
|
|
جي تي دي-450
|
مارتنسيتي، متصلب بالترسيب، ومحتوى عالي من الكروم
|
|
A286
|
قوة عالية والأوستنيتي
|
|
هاستيلوي X، نيمونيك (بما في ذلك 263,618,230، 105)
|
قوة عالية ودرجة حرارة عالية
|
|
سبيكة 718
|
ارتفاع درجة الحرارة إلى 1300 درجة،
|
|
سبيكة 706
|
عزل أقل
|
|
LC أسترولي، IN 100، MERL76، رينيه 88 DT، رينيه 95، Udimet720/ 720 LI
|
تعدين المساحيق
|
|
IN-713، IN 100/رينيه 100، رينيه 125 إتش إف
|
سبائك مصبوبة عالية الأداء معززة بـ W وMo
تحسين المتانة مع أكثر من 2% HF
|
|
رينيه 41، رينيه 77، رينيه 80، رينيه 80+HF
|
مقاومة ممتازة للتآكل وقوة منخفضة لدرجات الحرارة العالية
|
|
في 738، GTD-111
|
المسبوكات المتصلبة اتجاهياً والتبريد الداخلي
|
|
فسك 414
|
الحماية من التآكل الساخن
|
|
جي تي دي-222
|
قوة زحف متفوقة
|
|
HA188
|
الحماية من التآكل الساخن حتى 2000 درجة
|
لماذا السبائك عالية الأداء؟
تُفضل السبائك عالية الأداء في تصنيع المكونات المختلفة لهياكل الطيران حيث أن لديها القدرة على إظهار الميزات والفوائد الرئيسية التالية: -
الزحف هو وضع فشل حيث يتشوه أحد المكونات عند مستوى ضغط أقل من قوة الشد النهائية. يمكن لأشكال المنتجات عالية الأداء أن تمكن شفرات التوربينات من العمل عند توليد حرارة شديدة وحمل ثقيل من قوة الجذب المركزي. قبل إدخال السبائك عالية الأداء في صناعة الطيران، أدى الاستخدام المكثف للمواد غير المقاومة للزحف إلى عدم إطالة شفرات التوربينات أثناء الدوران وبالتالي التسبب في حدوث تداخل مع أغلفة المحرك
يمكن للتوربينات النفاثة أن تولد مستويات دفع عالية عند ضغط الهواء الداخل والوقود. لذلك، يمكن إنتاج القوة الواسعة للمحرك نتيجة للضغط العالي الذي يؤدي بدوره إلى زيادة مستوى توليد الحرارة. تجد السبائك عالية الأداء فائدة في إحداث ضغوط احتراق عالية، مما يزيد بشكل كبير من كفاءة المحرك
تتمتع السبائك عالية الأداء بالقدرة على تكوين بنية مجهرية متوازنة ثنائية الطور، مما يؤثر على قدرة عناصر السبائك على ترتيب نفسها وتوفير الحماية من أنماط الفشل المختلفة
أنواع السبائك عالية الأداء
سبائك أساسها النيكل
تحلل أبحاث سوق Data Bridge أنه من المتوقع أن يصل سوق سبائك النيكل العالمي إلى قيمة 19,370,672.30 ألف دولار أمريكي بحلول عام 2030، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 5.59٪ خلال الفترة المتوقعة من 2023 إلى 2030. كما يغطي تقرير السوق بشكل شامل تحليل الأسعار وتحليل براءات الاختراع ، والتقدم التكنولوجي.
لمعرفة المزيد عن الدراسة، قم بزيارة https://www.databridgemarketresearch.com/ar/reports/global-nickel-alloy-market
إنكونيل:-أشكال المنتجات القائمة على النيكل عبارة عن مزيج من الكروم والحديد، والتي تستخدم لتوفير الحماية من التآكل في درجات الحرارة العالية. يتوفر Inconel في إصدارات Inconel 625 وInconel 718، المستخدمة بشكل شائع في صناعة الطيران. تجد مثل هذه المتغيرات استخدامًا في تطبيقات الطيران ذات درجات الحرارة المرتفعة، مثل فوهات الوقود، وحلقات الحارق اللاحق، ومكونات المحرك الأخرى. يؤدي الاستخدام الفعال للإنكونيل إلى مقاومة التآكل الناتج عن السوائل النفاثة والسوائل الأخرى. علاوة على ذلك، تم استخدام مادة إنكونيل في الصواريخ وسفن استكشاف الفضاء على مدى السنوات القليلة الماضية.
السبائك القائمة على النحاس:-يتم استخدام السبائك عالية الأداء المعتمدة على النحاس لإظهار خواص ميكانيكية ممتازة وقابلية تشغيل. بعض العقارات مذكورة أدناه: -
السبائك ذات الأساس الحديدي :-يمكن للسبائك الفائقة القائمة على الحديد أن تظهر الخصائص التالية: -
توقعات تصنيع السبائك عالية الأداء
على مدى السنوات القليلة الماضية، تحولت معالجة السبائك الفائقة من الطريقة التقليدية للصب إلى التقنيات المتقدمة وهي الصب المتصلب اتجاهيًا والصب ذو القشرة الواحدة. تعمل عملية الصب المتصلب اتجاهياً بحيث يتم تصميم القوالب لدمج وجه داخلي واحد، والذي يعتبر أكثر برودة مقارنة ببقية المواد. يتم تنفيذ هذه العملية باستخدام المبادلات الحرارية المبردة بالماء. إن قدرة عملية الصب هذه على التحكم في اتجاه حدود الحبوب مما يمهد الطريق لمهندسي مصنعي المعدات الأصلية في مجال الفضاء الجوي لتصميم المكونات في اتجاهات محددة. ونتيجة لذلك، يفضل استخدام الصب المتصلب بشكل مباشر لإنتاج مكونات محركات التوربينات النفاثة.
من ناحية أخرى، لا يعتبر صب البلورات المفردة مجرد نسخة مرتجلة من عملية التصلب المباشر حيث أن الأولى يمكن أن تقضي على المشاكل مثل الانزلاق، والتجويف والشوائب الناجمة عن حدود الحبوب. علاوة على ذلك، تتمتع عملية البلورة الواحدة بالقدرة على إحداث مقاومة الزحف في المكونات المصنعة لمكونات الطائرات. ولذلك، من المتوقع أن يفضل مصنعو المعدات الأصلية في مجال الطيران عمليات الصب البلوري الفردي مع القبول المتزايد لمقاومة الزحف كمعلمة رئيسية لتقييم جودة المكونات للطائرات التجارية وطائرات الركاب.
طائرات الجيل القادم: فرصة جديدة
ومن المتوقع أن يؤدي التحول في الميل نحو التركيز على أربع ركائز وهي الاقتصاد والبيئة والكهرباء والكفاءة، بين مصنعي المعدات الأصلية للطائرات، بما في ذلك بوينغ وإيرباص، إلى تعزيز نطاق طائرات الجيل التالي. على سبيل المثال، في مايو 2021، أعلنت شركة إيرباص عن خطط لتطوير الجيل القادم من طائرات A322 بطول إجمالي للطائرة يصل إلى 50 مترًا. تعد قوة Aircraft Creep والحماية من درجات الحرارة العالية من السمات الأساسية التي تلعب دورًا رئيسيًا في تعزيز الكفاءة الشاملة لمتغيرات الجيل التالي من الطائرات. ونتيجة لذلك، يفضل مصنعو المعدات الأصلية السبائك عالية الأداء في قطاع الطيران كمواد متقدمة لإنتاج مكونات مختلفة، وهي المحركات وبطانات الشفرات لطائرات الجيل التالي، بحيث يمكن تحقيق حماية حرارية أفضل وقوة زحف ممتازة.
المنافسة واستجابة الشركات المصنعة لصناعة الطيران
خصصت غالبية شركات تصنيع السبائك عالية الأداء أشكال منتجاتها التي تستهدف قطاع الطيران. يتم اختراق الصناعة من قبل اللاعبين الدوليين والإقليميين الذين يستخدمون الشراكات الإستراتيجية للحفاظ على حصتهم في السوق. وتشمل الشركات المصنعة الرئيسية شركة Alcoa Inc.؛ شركة هيتاشي للمعادن المحدودة؛ أوتوكومبو؛ أليغيني تكنولوجيز إنكوربوريتد؛ شركة هاينز الدولية؛ تكنولوجيا النجار؛ وشركة VSMPO-Avisma.
تكتسب بعض الشركات الجديدة مساحة في السوق من خلال إطلاق منتجات مبتكرة. على سبيل المثال، في سبتمبر 2019، أطلقت شركة Digital Metal AB، ومقرها السويد، سبائك جديدة عالية الأداء مصنوعة من مادة نفثية مطبوعة ثلاثية الأبعاد تستهدف البيئة القاسية. تتوفر هذه المنتجات بحروف الجر DM 247 وDM 625، مع تقنية نفث الرابط الاستثنائية التي تمنع هذه المشكلات من خلال الطباعة في درجة الحرارة المحيطة دون تطبيق أي حرارة. DM 247 مشتق من MAR M247، والذي يجد فائدة في إنتاج شفرات التوربينات وتطبيقات الفضاء الجوي الأخرى في درجات الحرارة القصوى. من ناحية أخرى، DM 625 هو درجة Inconel مع تطبيقه في مياه البحر، ومعدات المعالجة الكيميائية، والقطاعات النووية، والفضاء.
ومع ظهور التصنيع الإضافي على المستوى العالمي، من المتوقع أن تستثمر شركات تصنيع السبائك عالية الأداء في تشكيل تحالفات استراتيجية مع مقدمي المواد المضافة بحيث يتم طرح فئات منتجات الجيل التالي قريبًا. علاوة على ذلك، يعتقد معظم العلماء في قطاع الطيران أن السبائك عالية الأداء مناسبة للطباعة ثلاثية الأبعاد. لذلك، من المتوقع أن يستخدم مصنعو المعدات الأصلية لتصنيع الطائرات مزيجًا مثاليًا من تقنية الموثق الفريدة وأسعار البيع الفريدة للسبائك الفائقة في فئة منتج واحد.
تحلل أبحاث سوق Data Bridge أن السوق ينمو بمعدل نمو سنوي مركب قدره 20.9٪ في الفترة المتوقعة من 2023 إلى 2030 ومن المتوقع أن يصل إلى 91,853.88 مليون دولار أمريكي بحلول عام 2030. العامل الرئيسي الذي يدفع نمو سوق التصنيع الإضافي هو الطلب المتزايد للمكونات خفيفة الوزن من صناعات السيارات والفضاء.
لمعرفة المزيد عن الدراسة، https://www.databridgemarketresearch.com/ar/reports/global-additive-manufacturing-market
على مدى السنوات القليلة الماضية، قامت معاهد البحوث في قطاع الطيران بزيادة الإنفاق نحو تطوير الجيل التالي من السبائك الفائقة لإنتاج الطائرات. على سبيل المثال، في فبراير 2020، أعلنت وكالة ناسا عن تطوير سبائك فائقة تعتمد على النيكل باستخدام عناصر صناعة سبائك محددة تحد من التشوه الضار عند درجات حرارة أعلى من 700 درجة مئوية. تستخدم هذه السبائك عالية الأداء المعتمدة على النيكل تركيبة تعدين المساحيق (PM)، مما يحد من تحول جاما الأولي الضار إلى مرحلة جاما ويسبب أخطاء التراص أثناء تشوه الزحف. ومن المعروف أن المواد الموجودة في هياكل الطائرات تميل إلى التشوه اللدن تحت الحمل أثناء درجات الحرارة المرتفعة. ونتيجة لذلك، تعتبر أشكال المنتجات عالية الأداء هذه مواد فائقة المقاومة للزحف والتي تلعب دورًا حاسمًا في تحسين أداء محركات الطائرات.
خاتمة
ومن المتوقع أن يؤدي الإنفاق المرتفع على المواد المتقدمة لتقليل إجمالي الإنفاق على الصيانة إلى جانب إدخال طائرات الجيل الجديد إلى تعزيز نطاق السبائك عالية الأداء خلال السنوات القليلة المقبلة. علاوة على ذلك، من المتوقع أن يمهد الإنفاق المتزايد على دمج التقنيات الجديدة، وتحديدًا تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد، الطريق أمام مصنعي المعدات الأصلية في قطاع الطيران لدمجها مع أفضل صفات السبائك الفائقة وتطوير مكونات مبتكرة للطائرات التجارية والعسكرية.
من المتوقع أن يشكل الاستثمار الأولي المكثف المطلوب للتأسيس إلى جانب التصنيع المحدود للسبائك عالية الأداء بأشكال مختلفة تحديًا رئيسيًا للمشترين العاملين في قطاع مصنعي المعدات الأصلية في مجال الطيران. علاوة على ذلك، من المتوقع أن يشكل التقلب في أسعار المواد الخام للمعادن بسبب ديناميكيات العرض المتقلبة من وجهات إنتاج المعادن من النيكل والألومنيوم والنحاس والحديد تحديًا رئيسيًا في ضمان الوصول إلى السبائك عالية الأداء لقطاع الطيران في العالم. المستقبل القريب.
تحلل أبحاث سوق Data Bridge أنه من المتوقع أن يشهد سوق السبائك عالية الأداء معدل نمو سنوي مركب قدره 5.80٪ من عام 2023 إلى عام 2030. بالإضافة إلى الأفكار حول سيناريوهات السوق مثل القيمة السوقية ومعدل النمو والتجزئة والتغطية الجغرافية واللاعبين الرئيسيين، تتضمن تقارير السوق التي تنظمها Data Bridge Market Research أيضًا تحليلًا متعمقًا للخبراء، والإنتاج والقدرات الممثلة جغرافيًا للشركة، وتخطيطات شبكة الموزعين والشركاء، وتحليل مفصل ومحدث لاتجاهات الأسعار، وتحليل العجز في سلسلة التوريد والطلب.
للحصول على فكرة مفصلة عن السوق، قم بزيارة https://www.databridgemarketresearch.com/ar/reports/global-high-performance-alloys-market
وقد خدمت DBMR أكثر من 40% من شركات Fortune 500 على المستوى الدولي ولديها شبكة تضم أكثر من 5000 عميل. سيكون فريقنا سعيدًا بمساعدتك في الرد على استفساراتك. يزور، https://www.databridgemarketresearch.com/ar/contact
اتصل بنا
