航空航天领域对高性能合金的需求不断增长

概述

由于能够改善功能、增强生存能力并降低生命周期成本，制造业对先进材料的支出预计将继续是一个关键趋势。因此，先进材料（即高性能合金）在全球航空航天和国防领域的潜力不容忽视。尽管原始设备制造商在飞机制造中仍然偏爱铝，但高性能合金等先进材料因其优越的耐热性能、优异的强度以及在高于其他材料的温度下保持尺寸稳定性而受到工程师的青睐。

COVID-19 后限制的放松，加上千禧一代支付机票的意愿不断增强，预计将促使航空航天和国防领域的行业参与者开辟新的途径。此外，俄罗斯和乌克兰战争的后果在全球范围内创造了一个新的地缘政治方程式。从西方世界到中国和印度等新兴经济体，大多数政府预计将增加支出，以增强国内航空航天和国防领域的制造能力。因此，航空航天和国防领域的这种积极情绪预计将为未来几年采用先进材料（即高性能合金）铺平道路。

什么是高性能合金？

高性能合金或超级合金因其表现出优异的性能而得到应用，例如优异的机械强度、优异的抗热蠕变变形能力、表面稳定性和耐腐蚀性。这些材料被开发用于飞机活塞发动机涡轮增压器。随着新技术的出现，超级合金已发展成为生产航空航天和船舶涡轮发动机部件的关键原材料之一。这些特种材料的接受度不断提高，是因为人们越来越意识到航空航天业采取措施，以防止在合理的时间内暴露在严重的氧化环境和极端温度下。

高性能合金有镍、铁和钴等类别。一些主要的可用产品变体包括 Inconel、Hastelloy、Rene 合金、Waspaloy、Incoloy 和 TMS 合金。高温下优异的抗氧化和耐腐蚀性是关键特性之一，为航空航天领域的工程师选择高性能合金铺平了道路。

蠕变是影响航空结构部件（如燃气涡轮叶片）性能和耐久性的关键寿命因素。高性能合金由面心立方 (BCC) 金属组成，即钴、铁和镍，它们在高温下具有出色的抗蠕变性。因此，预计航空航天 OEM 会更倾向于这些产品形式，以限制蠕变的负面影响。

过去几年，镍基高性能合金因其能够在 800-1000 度高温下工作而获得了航空航天领域的足够市场空间。这些镍基产品变体由铬、铁、钛和钴材料组成。将各种材料融合成单一产品形式有望促进其在制造各种航空航天部件（即高压涡轮叶片、圆盘、燃烧室、加力燃烧器和推力反向器）中的应用。

航空航天业情景

由于解除 COVID-19 限制后客运需求不断增加，加上各国政府购买新军用飞机的支出增加，全球航空航天业一直在增长。截至2023年，全球飞机年出货量预计将超过5000架，价值超过1.5万亿美元。预计未来20年飞机需求量将达到4万多架，估值达81亿美元。航空航天产业分为民航飞机、私人客机、军用飞机、直升机、螺旋桨飞机五种重点产品。在这些关键产品中，民用和军用飞机是决定全球飞机工业走向的关键贡献者。

在过去的几年中，航空航天领域取得了以下发展，这将在不久的将来促进商用和国防飞机的生产：

• 2023年6月，GE航空航天公司与印度斯坦航空有限公司（HAL）签署了一份谅解备忘录（MoU），为印度空军生产98千牛顿推力的战斗机发动机。该发动机将为轻型战斗机 (LCA) Mark II 提供动力，并可能在 2024 年底实现商业化
• 2023年4月，空客与天津自贸区投资有限公司和中国航空工业集团公司签署了扩大A320飞机系列总装的协议。该协议将有助于支持该公司实现每年生产75架飞机的目标。月
• 2023年1月，波音宣布计划于2024年中期在华盛顿州埃弗里特增设一条新的737 MAX生产线。此外，该公司还计划在2025年至2026年期间将每月产量提高50架
• 2022年12月，日本政府宣布计划与英国和意大利合作开发下一代战斗机。该计划将对三菱FX战斗机取代美国老化的F2机队发挥关键作用。预计该协议将在对抗中国在印太地区不断增长的主张方面发挥关键作用
• 2022年11月，俄罗斯国防部透露计划扩大第五代多功能飞机Su-57产能
• 2022年10月，印度政府在印度古吉拉特邦为C-295飞机制造工厂奠基。作为西班牙空中客车防务航天公司与塔塔先进系统有限公司合作的一部分，该工厂将为印度空军生产 40 架 C-295 飞机
• 2022年5月，中国第一架国产客机完成首次商业飞行。这架客机是中国商飞公司（COMAC）开发的，型号为C919，预计载客量为130人。该公司透露，C919客机已订购超过1200架。此外，中国商飞还计划在未来五年内每年制造150架飞机
• 2022 年 3 月，洛克希德·马丁公司宣布计划向沙特阿拉伯航空航天业投资超过 10 亿美元。该计划将促进沙特阿拉伯的制造、研发和 MRO（维护、维修和运营）计划，从而反过来促进国内航空航天业的扩张

航空航天和国防材料的广泛使用可以归因于满足轻型飞机的成本和环境要求以及结构完整性的维护要求。到 2028 年，航空航天和国防材料市场规模将达到 305.2 亿美元，预计在 2021 年至 2028 年的预测期内将以 4.10% 的速度增长。

要了解有关该研究的更多信息，请访问 https://www.databridgemarketresearch.com/zh/reports/global-aerospace-and-defense-materials-market

航空航天领域的高性能合金

到2022年，航空航天领域将占全球高性能合金市场的50%以上。超级合金可用于各种飞机，即商用飞机、货机、公务机和军用飞机。大多数航空航天原始设备制造商更喜欢在涡轮风扇发动机中使用高性能合金，因为它具有出色的耐热性和卓越的防腐蚀性能。此外，这些合金在过去几年中已在机身结构和紧固件部件以及涡轮叶片等应用中获得认可。

表：常用高性能合金

为什么选择高性能合金？

高性能合金是制造航空航天结构各种部件的首选，因为它们能够表现出以下主要特征和优点：-

• 优异的抗蠕变性

蠕变是一种失效模式，其中部件在低于其极限拉伸强度的应力水平下变形。高性能的产品形式可以使涡轮叶片在极端发热和重向心力负载下运行。在航空航天工业引入高性能合金之前，大量使用非抗蠕变材料导致涡轮叶片在旋转时无法加长，从而与发动机壳体产生干扰

• 优异的耐热性

喷气涡轮机可以在压缩进气和燃料时产生高推力水平。因此，通过高压缩可以产生发动机的大量功率，从而增加了发热量。高性能合金可用于产生高燃烧压力，从而显着提高发动机效率

• 沉淀硬化

高性能合金能够形成两相平衡微观结构，从而影响合金元素自行排列的能力并提供针对不同失效模式的保护

高性能合金的类型

镍基合金

• 哈氏合金：- 这些镍合金是铬和钼的组合，有助于表现出卓越的耐腐蚀性、良好的焊接性和优异的耐酸性。其变体之一，即哈氏合金 X，已在航空航天工业中使用了 50 多年，因为它提供了优异的耐高温、抗氧化和抗渗碳等性能。这些变体有助于抵抗因氧化引起的应力开裂，并在温度暴露至 1600°F 时保持延展性。因此，飞机 OEM 更喜欢将哈氏合金 X 用于发动机涡轮、排气管和其他飞机部件。

Data Bridge Market Research分析称，到2030年，全球镍合金市场价值预计将达到19,370,672,300美元，2023年至2030年的复合年增长率为5.59%。市场报告还全面涵盖了定价分析、专利分析等内容。和技术进步。

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铬镍铁合金：-这些镍基产品形式是铬和铁的组合，用于在高温下提供腐蚀保护。 Inconel 有 Inconel 625 和 Inconel 718 两种变体，常用于航空航天工业。此类变体可用于高温航空航天应用，即燃料喷嘴、加力燃烧室环和其他发动机部件。铬镍铁合金的有效利用可以抵抗喷射流体和其他液体造成的腐蚀。此外，铬镍铁合金在过去几年中还被用于火箭和太空探索船。

铜基合金：铜基高性能合金用于表现出优异的机械性能和可加工性。下面列出了一些属性：-

• 与镍基合金相比具有优异的耐热性
• 卓越的防腐蚀保护
• 高温下具有良好的抗热疲劳性能
• 更好的焊接性

铁基合金：-铁基超级合金具有以下特性：

• 与镍同类产品相比，具有出色的耐磨性
• 卓越的抗蠕变性
• 良好的焊接性
• 优异的机械加工性

高性能合金制造前景

近年来，高温合金加工已从传统的铸造方法向定向凝固铸造、单晶铸造等先进技术转变。定向凝固铸造的工作原理是，模具被设计成包含一个内表面，与其他材料相比，该内表面被认为更冷。该过程是通过使用水冷热交换器来执行的。这种铸造工艺能够控制晶界方向，这为航空航天原始设备制造商的工程师在特定方向设计组件铺平了道路。因此，优选采用定向凝固铸造来生产喷气涡轮发动机部件。

另一方面，单晶铸造不仅被认为是直接凝固工艺的临时版本，因为前者可以消除晶界引起的滑移、空化和夹杂物等问题。此外，单晶工艺能够在为飞机部件制造的部件中诱导抗蠕变性。因此，航空航天原始设备制造商预计会更喜欢单晶铸造工艺，因为人们越来越多地接受抗蠕变性作为评估商用和客机部件质量的关键参数。

下一代飞机：新机遇

波音和空客等飞机原始设备制造商的倾向转向强调经济、环境、电气化和效率四大支柱，预计将推动下一代飞机的发展。例如，2021 年 5 月，空客宣布计划开发下一代 A322，飞机总长度将达到 50 米。飞机的蠕变强度和高温保护是关键属性，在提高飞机下一代变体的整体效率方面发挥着关键作用。因此，高性能合金是航空航天领域的原始设备制造商的首选，作为生产下一代飞机发动机和叶片衬套等各种部件的先进材料，以便实现更好的热保护和出色的蠕变强度。

竞争和制造商对航空航天业的反应

大多数高性能合金制造公司都将其产品形式专门针对航空航天领域。该行业被国际和地区参与者渗透，他们利用战略合作伙伴关系来维持其市场份额。主要制造商包括美国铝业公司 (Alcoa Inc.)；日立金属有限公司；奥托昆普；阿勒格尼技术公司；海恩斯国际公司；木匠技术；和 VSMPO-Avisma 公司。

一些新公司正在通过推出创新产品来赢得市场空间。例如，2019年9月，瑞典Digital Metal AB推出了一款针对极端环境的新型双粘合剂喷射3D打印高性能合金。这些产品以 DM 247 和 DM 625 为前置，采用卓越的粘合剂喷射技术，可通过在环境温度下打印而无需施加任何热量来防止这些问题。 DM 247 源自 MAR M247，它可用于在极端温度下生产涡轮叶片和其他航空航天应用。另一方面，DM 625 属于铬镍铁合金牌号，适用于海水、化学加工设备、核能和航空航天领域。

随着增材制造在全球范围内的出现，预计高性能合金制造公司可能会投资与增材供应商形成战略联盟，以便尽快推出下一代产品类别。此外，大多数航空航天领域的科学家认为高性能合金适合3D打印。因此，飞机制造原始设备制造商预计将在单一产品类别中使用独特的粘合剂技术和超级合金的 USP 的完美结合。

Data Bridge Market Research分析称，在2023年至2030年的预测期内，该市场将以20.9%的复合年增长率增长，预计到2030年将达到91,853.88百万美元。推动增材制造市场增长的主要因素是需求的增加适用于汽车和航空航天工业的轻质部件。

要了解有关该研究的更多信息， https://www.databridgemarketresearch.com/zh/reports/global-additive-manufacturing-market

在过去的几年里，航空航天领域的研究机构一直在增加支出，开发用于飞机生产的下一代超级合金。例如，2020 年 2 月，NASA 宣布开发镍基超级合金，使用特定合金元素限制 700°C 以上温度下的有害变形。这些镍基高性能合金采用粉末冶金 (PM) 成分，限制有害的伽马相转变并在蠕变变形过程中诱发堆垛层错。众所周知，飞机结构中的材料在高温负载下容易发生塑性变形。因此，这些高性能产品形式被认为是优异的抗蠕变材料，在提高飞机发动机的性能方面发挥着至关重要的作用。

结论

为了减少总维护支出而对先进材料的高额支出，加上新一代飞机的推出，预计将在未来几年内扩大高性能合金的范围。此外，采用新技术（即 3D 打印技术）的支出不断增加，预计将为航空航天业 OEM 厂商将其与最佳品质的超级合金相结合并为商用和军用飞机开发创新组件铺平道路。

合并所需的大量初始投资，加上高性能合金加工成各种形状的能力有限，预计将对航空航天原始设备制造商领域的买家构成重大挑战。此外，由于镍、铝、铜和铁等金属生产目的地的供应动态波动，预计金属原材料价格的波动将对确保航空航天领域获得高性能合金构成关键挑战。不远的将来。

Data Bridge Market Research 分析，高性能合金市场预计在 2023 年至 2030 年期间的复合年增长率为 5.80%。除了对市场价值、增长率、细分、地理覆盖范围和主要参与者等市场情景的见解之外，Data Bridge Market Research 策划的市场报告还包括深入的专家分析、按地理位置表示的公司生产和产能、分销商和合作伙伴的网络布局、详细和更新的价格趋势分析以及供应链和需求的缺口分析。

要详细了解市场，请访问 https://www.databridgemarketresearch.com/zh/reports/global-high-performance-alloys-market