Introducere în proprietățile titanului și aliajelor de titan
1.1 Introducere în titan
Titanul este un nou tip de material, care are avantajele de densitate scăzută, rezistență specifică ridicată, rezistență la căldură și rezistență la coroziune. Cântărește doar jumătate decât fierul, dar proprietățile sale mecanice, cum ar fi ciocanul și tragerea, sunt comparabile cu cuprul. În general, pe măsură ce temperatura scade, rezistența metalelor va scădea, dar titanul este dimpotrivă, cu cât temperatura este mai scăzută, titanul va deveni din ce în ce mai dur, iar supraconductivitatea va apărea la atingerea temperaturii critice.
1.2 Introducere în aliajul de titan
Aliajul de titan și titanul sunt similare în natură într-o oarecare măsură, având caracteristicile de densitate scăzută și rezistență ridicată, pe lângă proprietățile sale mecanice excelente, rezistență puternică la coroziune. În plus, rezistența sa termică este mare, ceea ce este evident mai bună decât cea a aliajului de aluminiu. În același timp, proprietățile sale mecanice au puține modificări la temperatură scăzută și la temperatură foarte scăzută.
Noua tehnologie și aplicarea titanului
2.1 Metoda de preparare a titanului
Deși titanul este relativ abundent în natură, este și un metal rar deoarece este dispersat și greu de extras. În prezent, prepararea titanului este împărțită în două categorii: metoda de reducere termică și metoda de electroliză a sării topite.
(1) Titanul a fost preparat prin metoda de reducere termică
Metoda de reducere termică este la o anumită temperatură, utilizarea de Li, Na, Mg, Ca și hidrura sa și alți agenți reducători puternici, titan din compuși de titan, cum ar fi reducerea TiCl4, TiO2, K2TiF6. În funcție de diferiții compuși de titan, tehnologia de preparare a titanului prin reducerea termică poate fi împărțită în trei categorii:
① Metoda REDOX cu clorură de titan, cum ar fi metoda Kroll, metoda Hunter, metoda Armstrong și metoda EMR;
② Metoda REDOX de oxid de titan, cum ar fi metoda OS, procesul PRP, metoda MHR etc.
③ Metoda REDOX de titanat.
În prezent, doar metoda Kroll și metoda Hunter pot fi aplicate cu succes în producția industrială. Metoda Kroll folosește magneziu pentru a înlocui titanul din clorură, iar metoda Hunter folosește sodiu metalic pentru a înlocui titanul din clorură. În plus, compania internațională de pulbere de titan din Chicago din Statele Unite a dezvoltat metoda Armstrong, metoda sa de preparare este similară cu metoda Hunter, este, de asemenea, utilizarea agentului reducător de sodiu pentru a purifica metalul de titan. Statele Unite folosesc deja această metodă pentru pre-producție în fabrici.
(2) Prepararea titanului prin electroliza sării topite
În 1959, Kroll a prezis că electroliza sării topite îl va înlocui pe Kroll ca metodă dominantă de producție de titan în următorii cinci până la zece ani. De-a lungul anilor, instituțiile de cercetare și laboratoarele din țară și din străinătate au dezvoltat în total mai mult de o duzină de noi tehnologii de preparare a titanului prin electroliza sării topite, care pot fi împărțite în următoarele trei categorii în funcție de materii prime:
① Electroliza titanatului;
(2) Electroliza clorurii de titan;
③ Metoda electrolitică a oxidului de titan, inclusiv metoda FFC Cambridge, procesul MER, metoda USTB, procesul QIT, metoda SOM și metoda electrolitică lichidă ionică etc.
2.2 Noi utilizări ale titanului
Începând cu anii 1940, utilizarea titanului s-a dezvoltat rapid și a fost utilizat pe scară largă în avioane, rachete, rachete, sateliți, nave spațiale, nave, industria militară, tratament medical și domenii petrochimice. Cele mai recente cercetări au constatat că corpul uman conține o anumită cantitate de titan, titanul va stimula celulele fagocitare, poate întări funcția imunitară, așa că multe laboratoare sunt angajate în dezvoltarea și aplicarea titanului biologic.
Noua tehnologie și aplicarea aliajului de titan
3.1 Metoda de preparare a aliajului de titan
Prelucrarea tradițională a aliajului de titan adoptă, în general, tehnologia de topire și turnare, cea mai recentă tehnologie de procesare este împărțită în următoarele:
(1) Tehnologia de turnare aproape de net;
(2) Tehnologia de sudare prin frecare în linie;
(3) tehnologie de formare superplastică;
(4) Tehnologia de simulare pe calculator a procesului de pregătire și prelucrare a materialelor.
Tehnologia de turnare aproape de net include turnarea cu laser, turnarea de precizie, forjarea cu matriță de precizie, metalurgia pulberilor, turnarea cu jet și alte metode. Metalurgia pulberilor este utilizarea pulberii de titan sau a pulberii de aliaj de titan ca materii prime, după turnare și sinterizare, astfel încât să se producă piese de titan ale noului proces. Prima este producția de pulbere, folosind în general metoda de aliere mecanică, folosind o moară cu bile pentru a lovi puternic, măcina și amesteca materia primă. Apoi, aliajul care a format pulbere este presat și format. Există două metode de presare, și anume formarea sub presiune și formarea fără presiune. Scopul acestui pas este de a face o anumită formă și dimensiune a embrionului presat și de a-l face să aibă o anumită densitate și rezistență. Apoi, în realizarea sinterizării cu plasmă cu descărcare de blastoplasmă, utilizarea stanării superioare și inferioare a matriței și a electrodului electric va fi sursa de alimentare de sinterizare specifică și presiunea de presare aplicată pulberii sinterizate, după activarea descărcării, deformarea termoplastică și răcirea pentru a finaliza pregătirea materiale de titan de înaltă performanță. Apoi, aliajul de titan sinterizat cu plasmă pentru tratarea ulterioară, în general, tratamentul termic sau prelucrarea plasticului.
3.2 Noi utilizări ale aliajelor de titan
Aliajele de titan au fost utilizate pe scară largă în domeniul aerospațial în primele zile, în principal în producția de motoare de avioane sau componente pneumatice. Mai târziu, odată cu dezvoltarea continuă a tehnologiei, aliajul de titan a intrat în viața oamenilor obișnuiți, în fabrică sau dispozitivele de acasă au, de asemenea, figura din aliaj de titan. Acum, țările și instituțiile se străduiesc să dezvolte noi aliaje de titan, astfel încât să aibă caracteristici de cost scăzut și performanță ridicată, noua dezvoltare a aliajelor de titan din ultimii ani este concentrată în principal în următoarele cinci aspecte.
(1) Aliaj medical de titan
Aliajele de titan cu densitate scăzută și biocompatibilitate bună sunt materiale medicale ideale și pot fi chiar implantate în corpul uman. Aliajele de titan folosite anterior în domeniul medical conțin vanadiu și aluminiu, care pot dăuna organismului uman. Dar, în viitorul apropiat, savanții japonezi au dezvoltat un nou tip de aliaj de titan, cu o bună biocompatibilitate, dar aliajul nu a fost încă produs în masă, se crede că, în viitorul apropiat, un astfel de aliaj de înaltă calitate poate fi utilizat pe scară largă. în viața de zi cu zi.
(2) Aliaj de titan ignifug
Aliajul de bază de titan care poate rezista combustiei la o anumită presiune, temperatură și debit de aer este aliajul de titan ignifug. Statele Unite ale Americii, Rusia și China au dezvoltat noi aliaje de titan rezistente, printre care Statele Unite vor aplica aceste aliaje de titan rezistent la motor, deoarece aceste aliaje de titan nu sunt sensibile la ardere, astfel încât pot îmbunătăți foarte mult stabilitatea motorului.
(3) tip cu rezistență și duritate ridicate
Tipul aliajului de titan are caracteristicile de înaltă rezistență, sudabilitate bună și performanță excelentă de lucru la rece și la cald. Cercetătorii folosesc această lege, pregătirea de tip aliaj de titan caracteristicile sunt foarte evidente: performanță bună de lucru la cald, plasticitate bună, performanță bună de sudare. Și proprietățile mecanice sunt mult îmbunătățite după tratamentul de îmbătrânire în soluție. În prezent, Japonia și Rusia au pregătit astfel de aliaje de titan.
(4) Compuși de titan și aluminiu
În comparație cu aliajul general de titan, compusul de titan-aluminiu are performanțe bune la temperaturi ridicate, rezistență bună la oxidare și rezistență la fluaj, iar densitatea este mai mică decât aliajul general de titan. Aceste caracteristici excelente sunt destinate compușilor Ti - Al vor declanșa un nou boom de aliaj. Noul aliaj compus titan - aluminiu a fost sintetizat în Statele Unite și este în producție de masă.
(5) Aliaj de titan la temperatură ridicată
Prin combinarea metodei de solidificare rapidă cu metoda metalurgiei pulberilor, aliajul de titan preparat din compozit armat cu fibre sau particule are caracteristici mecanice excelente la temperatură ridicată. Limita de temperatură a aliajului de titan la temperatură înaltă este mult mai mare decât cea a aliajului de titan obișnuit. În prezent, Statele Unite au pregătit un nou aliaj de titan la temperatură înaltă.
(6) Aliaj titan-nichel
Un aliaj de titan și nichel, cunoscut sub numele de „aliaj de memorie”, este realizat într-o formă predeterminată. După ce a fost modelat, dacă este deformat de forțe externe, poate fi redat la aspectul inițial cu puțină căldură. Acest aliaj poate fi utilizat în diverse domenii, cum ar fi instrumente și dispozitive electronice.
Starea actuală a dezvoltării materialelor din aliaj de titan în China
Aliajul de titan se referă la o varietate de aliaje de metale din titan și alte metale. În ultimii ani, China a emis frecvent politici pentru a încuraja cercetarea și dezvoltarea, producția și aplicarea materialelor din aliaje de titan. Pe piața globală, materialele din aliaj de titan sunt utilizate în principal în industria aviației, industria de apărare și alte industrii. Dintre acestea, cererea de aplicații în industria aviației reprezintă aproximativ 50%, în principal pentru fabricarea de avioane și motoare. În structura cererii de materiale de titan în țara noastră, materialele de prelucrare a titanului sunt utilizate în principal în domeniul industriei chimice, iar proporția de materiale de titan utilizate în industria aerospațială internă este de numai 20%, ceea ce indică faptul că există un potențial mare pe piața titanului. materiale folosite în aviaţie în ţara noastră. În prezent, în domeniul aliajului de titan de ultimă generație, există puține întreprinderi care pot produce în masă tije și sârme din aliaj de titan pentru aviație militară în țara noastră, care este un model de competiție „duopol”.
1. Politica încurajează dezvoltarea materialelor din aliaje de titan
Aliajele de titan se referă la o varietate de metale aliate realizate din titan și alte metale. Multe țări din lume și-au dat seama de importanța materialelor din aliaje de titan și au efectuat cercetări și dezvoltare pe aceasta și au fost aplicate în practică. În ultimii ani, China a emis frecvent politici pentru a încuraja cercetarea și dezvoltarea, producția și aplicarea materialelor din aliaje de titan. În 2019, conform informațiilor dezvăluite în Catalogul de orientare pentru ajustarea structurii industriale (proiectul 2019), materiale de carbură cimentată cu structură compozită ultrafine, ultragrosiere, de înaltă performanță și produse de prelucrare profundă, materiale din aliaj de titan cu modul redus, rezistente la coroziune Materialele din aliaj de titan, elementele de fixare din aliaj de titan pentru industria aerospațială și așa mai departe vor fi listate ca proiecte încurajate pentru ajustarea structurii industriale.
2. Materialele din aliaj de titan sunt utilizate în principal în domeniul aerospațial și militar
Pe piața globală, materialele din aliaj de titan sunt utilizate în principal în industria aviației, industria de apărare și alte industrii. Dintre acestea, cererea de aplicații în industria aviației reprezintă aproximativ 50%, în principal pentru fabricarea de avioane și motoare. În structura cererii de materiale de titan în China, materialele de prelucrare a titanului sunt utilizate în principal în domeniul chimic. Cea mai importantă diferență față de lume este în domeniul aviației. Materialele de titan utilizate în aviație au reprezentat întotdeauna aproximativ 53% din cererea totală de materiale de titan din lume, în timp ce proporția de materiale de titan utilizate în industria aerospațială internă este de doar 20%, ceea ce indică faptul că există încă un potențial mare pe piața de titan. materiale utilizate în aviație în China.
Rezumat
Titanul are multe avantaje incomparabile ale metalului, odată cu progresul societății, dezvoltarea științei și tehnologiei, titanul și aliajele de titan vor fi utilizate mai pe scară largă, cererea umană pentru titan și aliaje de titan va crește, iar costul ridicat de producție este unul dintre principalele motive pentru a limita promovarea și utilizarea titanului și a aliajului de titan. Prin urmare, dezvoltarea și aplicarea unui proces de producție continuă cu costuri reduse, la scară largă și ecologică de protecție a mediului poate face titanul și aliajele de titan mai utilizate pe scară largă.
