Alumiiniumi ja titaani sulamid: kas neid saab kosmosetööstuses vahetada?

Vaidlused alumiiniumisulamist solenoidide ja titaanisulamist kosmose- ja kosmosesolenoidide üle äratasid Boeingu uue õhulaeva õhulekkeprobleemi ajal laialdast tähelepanu. Arutelu ei puuduta ainult kosmoseaparaadi ohutust, vaid puudutab ka materjaliteaduse põhiküsimust: kas alumiiniumisulameid saab edasi anda titaanisulamiteks või mitte? Sellele küsimusele vastamiseks peame tegema põhjaliku analüüsi mitmest dimensioonist, nagu kvaliteet, protsess, koostis ja rakendusvaldkonnad.
Kvaliteedi arutelu
Lennunduse valdkonnas on materjalide kvaliteet otseselt seotud õhusõidukite jõudluse ja ohutusega. Titaanisulam, mis on tuntud oma suure tugevuse, madala tiheduse, korrosioonikindluse ja muude suurepäraste omaduste poolest, on materjal suure jõudlusega lennukite tootmiseks. Seevastu, kuigi alumiiniumisulamil on ka kõrge tugevus, on see kõrge temperatuuri ja korrosioonikindluse poolest madalam kui titaanisulam. Seetõttu ei saa alumiiniumisulamid kvaliteedi seisukohast titaanisulameid täielikult asendada.
Protsesside erinevused
Titaanisulamit on raske töödelda ja see nõuab spetsiaalseid töötlemisseadmeid ja -tehnoloogiat. Alumiiniumsulami töötlemine on suhteliselt lihtne ja hind on madalam. Kuid see protsesside erinevus määrab ka nende kohaldamisala kosmosevaldkonnas. Titaanisulameid kasutatakse nende ainulaadsete omaduste tõttu laialdaselt kriitilistes osades, nagu mootorid ja telikud, samas kui alumiiniumisulameid kasutatakse sagedamini mittekandvates konstruktsioonides, näiteks lennukite kestades.

Koosseis
Arutelu selle üle, kas alumiiniumsulamid sobivad titaanisulamitele, sõltub materjali koostise mõistmisest. Kuigi enamik inimkonnas praegu kasutatavatest titaanisulamitest sisaldab alumiiniumi (nt Ti-6Al-4V sulam), ei tähenda see, et alumiiniumisulamitega saaks lihtsalt titaanisulameid asendada. Ti-6Al-4V-sulamite alumiiniumisisaldus moodustab sulamist väga väikese osa ja selle toimivuse määrab peamiselt titaani, alumiiniumi ja vanaadiumi suhe. Seetõttu on alumiiniumisulamite ja titaanisulamite vahel olulised erinevused puhtalt koostise seisukohast.

Erinevused rakendusvaldkondades
Lennundustööstuses sõltub erinevate materjalide kasutamine jõudluse ja kulude vahelisest kompromissist. Titaanisulameid kasutatakse laialdaselt kriitilistes piirkondades nende suure jõudluse, kuid kõrgemate kuludega, samas kui alumiiniumisulameid kasutatakse laialdaselt mittekandvates konstruktsioonides nende madalama hinna ja parema jõudluse tõttu. Selline tööjaotus ei ole juhuslik, vaid põhineb pikaajalisel praktikal ja kogemusel.
Kokkuvõttes ei saa alumiiniumisulameid edasi anda titaanisulamiteks. Kuigi mõnel juhul võivad alumiiniumisulamid titaanisulamite funktsioone osaliselt asendada, on selline asendamine piiratud ja ohtlik sellises keskkonnas nagu lennundus, kus materjali jõudlus on äärmiselt nõudlik. Seetõttu ei tohiks Boeingu uue õhulaeva õhulekke probleemi puhul ignoreerida materjalivaliku tähtsust, vaid pigem süvitsi uurida ja välja selgitada probleemi tegelik põhjus.