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钛和铝的循环之道(上)

来源:空中客车发表时间:2025-08-18 09:23:50浏览量:497

空中客车正在重塑航空业制造中所用材料的生命周期。一架飞机的服役年限通常超过20年,其设计始终兼顾长效性与资源的优化利用。如今,随着关键技术的突破与进步,空客正着力提升其制造环节中减少铝和钛消耗的能力、退役飞机部件回收以及金属回收的能力。这对于铝和钛两种金属材料而言具有革命性意义。

钛和铝的循环之道(上)

什么是循环?

循环是一种旨在优化资源利用并减少浪费的生产和消费模式。这对于金属而言尤为重要,因为大多数金属理论上可以无限循环利用,而且质量不会下降。然而,尽管循环和回收利用导致再生材料使用的增长,但对原始金属的需求仍然超过了这种增长。

空客正致力于推动航空业价值链中材料的循环利用,尤其重点关注钛和铝两种金属。钛是航空结构制造中的主要金属之一,其合金主要用于制造(发动机)吊架、发动机和起落架。而铝则广泛用于飞机机身、机翼结构和内饰的制造。这两种金属均具有重量轻、耐腐蚀以及高强度重量比等特点。此外,钛还具备耐高温和良好的抗疲劳性能。

钛和铝的循环之道(上)

空客在提升这两种金属循环利用的努力贯穿于整个价值链,我们的目标是通过“10R原则”来提高循环性,这些原则体现在产品的设计方式(拒绝/refuse、减少/reduce、重新思考/rethink)、如何延长产品寿命(再利用/reuse、维修/repair、翻新/refurbish、改用途/repurpose和再制造/remanufacture),以及如何进行报废处理(回收/recycle 和再生/recover)之中。许多人可能已熟悉其简化版本:减少、再利用、回收(reduce, reuse, recycle)。

实现航空级钛和铝的真正循环(也称为闭环)是一项复杂的挑战,需要多方协作。因此,空客正积极联合广泛生态系统的合作伙伴,包括原材料供应商、零部件制造商、回收专家以及行业合作伙伴,共同推进多项倡议。

探索减少金属消耗的技术

虽然3D打印并不是一个新的制造概念,但我们一直在采用一种名为“叠层制造”(ALM)的特殊3D打印技术,以最小的浪费生产钛合金飞机部件。区别于传统的制造工艺,即需要使用大量原材料进行锻造成型或通过铣削加工(最终产生大量废料)的减材制造工艺,叠层制造允许只使用所需的材料制造零件。

钛和铝的循环之道(上)

事实上,ALM技术的应用带来了双赢局面:其过程不仅减少了原材料消耗,更显著降低了生产成本。航空制造领域主要采用两种ALM技术,以不同的方式减少原材料的使用。首先是粉末床熔融(PBF),它通过激光束将钛粉精确熔化成所需形状,通过逐层叠加薄至0.1毫米的层来构建零件。

这项技术目前已用于制造每架空客A350飞机所需的32个门锁轴。此前,空客A350飞机的门锁轴由10个独立的部件组装而成。如今,采用ALM技术后,仅需单个整体成型部件,其重量较传统锻造工艺制造的锁轴减轻了45%。具体而言,每架飞机即可减重超过四公斤,相当于在其20年服役周期内减少高达12.6万公斤的二氧化碳排放。

第二种方法是定向能量沉积(DED),它通过使用激光熔化钛丝,并将其沉积到指定位置,用于制造大型且形状规则的部件。该技术可以制造出“近净成形”的部件,即其形状已经非常接近最终的形状,但仍需进行完整的机械加工后才能达到安装标准。相较于传统的锻造方法,这种技术显著减少了在加工过程中需要去除的材料量。

2023年7月,首批两个采用DED技术制造的部件已安装在空客A350飞机上。DED技术被我们认为是目前最具发展前景的ALM技术,因为其研发周期较传统锻造工艺更短,并能有效缓解钛供应链压力。

从垃圾堆里回收金属碎片

尽管新的制造工艺可以减少金属消耗,但在生产过程中仍会产生一定程度的废料。为此,空客正在投资回收钛生产车间产生的废料。钛废料对于制造新的钛锭至关重要,因为航空级钛材料并非纯钛,其由原生合金(海绵钛)和再生钛混合制成。自2024年起,一家名为EcoTitanium*的公司致力于回收空客图卢兹圣埃洛伊工厂发动机吊架生产过程中产生的钛废料。截至2025年1月,该公司已从遍布法国的空客工厂累计回收了460吨废料进行加工处理,并一直努力建立来自德国Premium Aerotec工厂的钛废料闭环回收系统。

在生命周期末端处理方面,2025年6月,EcoTitanium公司在空客的领导下,与IMET Alloys公司合作,完成了首个含有空客发动机吊架报废钛金属铸锭的制造。该铸锭将由金属材料专家Aubert & Duval公司用于加工新的钛机身锻件,成为全球首个将报废钛再生料成功用于航空级材料生产的实例。

钛和铝的循环之道(上)

EcoTitanium公司是欧洲首家提供航空级再生钛的企业,有能力生产含量高达75%的再生钛锭,并将重新用于空客各机型项目的生产。相较传统海绵钛加工工艺,该公司的生产过程能耗能够降低75%,碳排放也相应大幅减少。

除了这些钛金属方面的举措之外,空客还与主要的铝材供应商Constellium和Novelis公司建立了合作伙伴关系,共同建立铝生产废料的闭环回收体系,目前正推进更多同类产业合作项目。空客旗下的五家工厂正联合外部机械加工商开展试点项目,旨在提升铝废料可追溯性,并制定确定回收成分比例的标准计算方法。该项目涵盖产生废料的机械加工商、负责废料收集分销,并确保可追溯性的废料经销商,以及熔炼厂。将这种闭环回收过程落实到位,将是朝着提高铝的可追溯性和行业统一处理标准迈出的重要一步。到2026年底,所有来自空客厂区的铝都将纳入这一闭环体系。

与钛一样,推动铝在制造环节之外的循环利用也是打造航空业循环模式的关键。由空客、赛峰集团和苏伊士集团合资成立的Tarmac Aerosave公司与Constellium公司合作,将飞机机身回收利用,制成符合航空制造标准的新型铝合金。两家公司近日宣布合作取得重大突破,成功将飞机机身的铝回收并重熔,制成适用于未来航空应用的新型高性能合金。这一进展意义重大,因为回收铝所需的能源仅为初次生产所需能源的5%,同时碳排放也能够减少95%。(未完待续)

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关键词: 空客 飞机部件回收 金属回收

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