December 11, 2025
Ở độ cao hành trình 30.000 feet, máy bay hiện đại vận chuyển an toàn hàng trăm hành khách thông qua sự kết hợp giữa kỹ thuật chính xác và vật liệu được lựa chọn cẩn thận. Trong khi công nghệ hàng không tiên tiến nhận được nhiều sự chú ý, những người hùng thầm lặng của an toàn bay là các hợp kim kim loại chuyên dụng tạo thành xương sống của mọi máy bay thương mại.
Thiết kế máy bay đặt ra những yêu cầu đặc biệt đối với vật liệu. Các bộ phận phải chịu được sự chênh lệch áp suất cực lớn, dao động nhiệt độ từ -65°F đến 300°F và chu kỳ ứng suất lặp đi lặp lại trong khi vẫn nhẹ nhất có thể để tối đa hóa hiệu quả sử dụng nhiên liệu. Điều này đòi hỏi các kỹ sư phải đưa ra các đánh đổi có tính toán giữa các hợp kim kim loại khác nhau, chọn vật liệu tối ưu cho từng bộ phận máy bay dựa trên các yêu cầu cụ thể của nó.
Di sản hàng không của nhôm bắt nguồn từ các bộ phận động cơ của anh em nhà Wright, và ngày nay, hợp kim nhôm chiếm khoảng 80% trọng lượng rỗng của một máy bay chở khách hiện đại. Sức hấp dẫn của kim loại này nằm ở tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng đặc biệt và khả năng chống ăn mòn tự nhiên — một số máy bay thậm chí còn bỏ qua việc sơn trên bề mặt nhôm để tiết kiệm trọng lượng.
Tuy nhiên, điểm yếu của nhôm xuất hiện ở nhiệt độ cao, nơi độ bền của nó giảm nhanh chóng. Các kỹ sư giải quyết hạn chế này thông qua các hợp kim tiên tiến như nhôm 7075, kết hợp đồng, magiê và kẽm để tăng cường độ bền và độ bền cho các ứng dụng quan trọng.
Mặc dù thép nặng gấp ba lần nhôm, nhưng độ bền, độ cứng và khả năng chịu nhiệt vượt trội của nó khiến nó trở nên không thể thiếu đối với các bộ phận máy bay chịu tải trọng lớn. Chiếm 11-13% vật liệu của máy bay, thép cung cấp sự hỗ trợ quan trọng trong càng hạ cánh, các bộ phận cánh và các chốt chịu lực cao, nơi độ bền vượt trội hơn các cân nhắc về trọng lượng.
Được mệnh danh là “kim loại không gian”, hợp kim titan kết hợp sức mạnh đặc biệt, khả năng chịu nhiệt và bảo vệ chống ăn mòn. Mặc dù chi phí cao hơn, các hợp kim này đã trở nên cần thiết cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe bao gồm các bộ phận động cơ, cấu trúc cánh gần nguồn nhiệt và các chốt quan trọng. Khi các phương pháp sản xuất được cải thiện, vai trò của titan trong hàng không tiếp tục mở rộng.
Trong môi trường khắc nghiệt của động cơ phản lực, siêu hợp kim gốc niken hoạt động ở những nơi các kim loại khác không làm được. Các vật liệu chuyên dụng này duy trì tính toàn vẹn về cấu trúc của chúng trong cánh tuabin và buồng đốt phải đối mặt với nhiệt độ vượt quá 2.000°F, đảm bảo hoạt động động cơ đáng tin cậy trong điều kiện khắc nghiệt.
Trong khi kim loại chiếm ưu thế trong việc chế tạo máy bay, vật liệu composite sợi carbon đang được sử dụng ngày càng nhiều cho các cấu trúc không quan trọng, mang lại khả năng tiết kiệm trọng lượng ấn tượng. Hợp kim đồng vẫn rất quan trọng đối với hệ thống điện, trong khi magiê được sử dụng hạn chế trong các bộ phận nhạy cảm với trọng lượng.
Khoa học vật liệu tiếp tục vượt qua các ranh giới với các hợp kim mới mang lại độ bền, khả năng chống mỏi và bảo vệ chống ăn mòn được cải thiện. Nghiên cứu tập trung vào hợp kim nhôm-liti để giảm trọng lượng, công thức titan tiên tiến cho các ứng dụng nhiệt độ cao và các kỹ thuật sản xuất sáng tạo như in 3D cho các bộ phận phức tạp.
Việc lựa chọn cẩn thận và phát triển liên tục các hợp kim kim loại vẫn là nền tảng cho sự tiến bộ của hàng không, cho phép đi lại bằng đường hàng không an toàn hơn, hiệu quả hơn và có trách nhiệm với môi trường. Khi các yêu cầu về hiệu suất máy bay tăng lên, những vật liệu này sẽ tiếp tục tạo thành nền tảng cho sự đổi mới trong hàng không vũ trụ.
