Sissejuhatus titaani ja titaanisulamite omadustesse
1.1 Sissejuhatus titaani
Titaan on uut tüüpi materjal, mille eelisteks on madal tihedus, kõrge eritugevus, kuumakindlus ja korrosioonikindlus. See kaalub ainult poole vähem kui raud, kuid selle mehaanilised omadused, nagu vasar ja tõmbamine, on võrreldavad vasega. Üldiselt võib öelda, et temperatuuri langedes metallide vastupidavus väheneb, titaanil aga vastupidi, mida madalam on temperatuur, muutub titaan aina kõvemaks ja kriitilise temperatuuri saavutamisel tekib ülijuhtivus.
1.2 Sissejuhatus titaanisulamisse
Titaanisulam ja titaan on olemuselt mingil määral sarnased, lisaks suurepärastele mehaanilistele omadustele ja tugevale korrosioonikindlusele iseloomustavad madala tiheduse ja suure tugevuse omadused. Lisaks on selle soojustugevus kõrge, mis on ilmselgelt parem kui alumiiniumisulamil. Samal ajal on selle mehaanilised omadused madalal ja ülimadalal temperatuuril vähe muutunud.
Uus tehnoloogia ja titaani rakendus
2.1 Titaani valmistamise meetod
Kuigi titaani leidub looduses suhteliselt palju, on see ka haruldane metall, kuna on hajutatud ja raskesti eraldatav. Praegu on titaani valmistamine jagatud kahte kategooriasse: termilise redutseerimise meetod ja sulasoola elektrolüüsi meetod.
(1) Titaan valmistati termilise redutseerimise meetodil
Termilise redutseerimise meetod on teatud temperatuuril, Li, Na, Mg, Ca ja selle hüdriidi ja teiste tugevate redutseerivate ainete, titaani kasutamine titaaniühenditest nagu TiCl4, TiO2, K2TiF6 redutseerimine. Erinevate titaaniühendite järgi võib titaani termilise redutseerimise teel valmistamise tehnoloogia jagada kolme kategooriasse:
① Titaankloriidi REDOX-meetod, näiteks Krolli meetod, Hunteri meetod, Armstrongi meetod ja EMR-meetod;
② Titaanoksiidi REDOX-meetod, näiteks OS-meetod, PRP-protsess, MHR-meetod jne.
③ REDOX meetod titanate.
Praegu saab tööstuslikus tootmises edukalt rakendada vaid Krolli meetodit ja Hunteri meetodit. Krolli meetodi puhul kasutatakse titaani asendamiseks kloriidist magneesiumi ja Hunteri meetodi puhul titaani asendamiseks kloriidist naatriummetalli. Lisaks töötas Ameerika Ühendriikide Chicago rahvusvaheline titaanipulbri ettevõte välja Armstrongi meetodi, selle valmistamismeetod sarnaneb Hunteri meetodiga, samuti kasutatakse titaanmetalli puhastamiseks naatriumi redutseerivat ainet. USA kasutab seda meetodit juba tehastes eeltootmiseks.
(2) Titaani valmistamine sulasoola elektrolüüsiga
1959. aastal ennustas Kroll, et järgmise viie kuni kümne aasta jooksul asendab Krolli kui domineeriva titaani tootmismeetodi sulasoola elektrolüüs. Aastate jooksul on kodu- ja välismaised uurimisasutused ja laborid välja töötanud kokku enam kui tosin uut tehnoloogiat titaani valmistamiseks sulasoola elektrolüüsi teel, mille saab vastavalt toorainele jagada kolme kategooriasse:
① Titanaadi elektrolüüs;
(2) titaankloriidi elektrolüüs;
③ Titaanoksiidi elektrolüütiline meetod, sealhulgas FFC Cambridge'i meetod, MER-protsess, USTB-meetod, QIT-protsess, SOM-meetod ja ioonse vedeliku elektrolüütiline meetod jne.
2.2 Titaani uued kasutusalad
Alates 1940. aastatest on titaani kasutamine kiiresti arenenud ning seda on laialdaselt kasutatud lennukites, rakettides, rakettides, satelliitides, kosmoselaevades, laevades, sõjatööstuses, meditsiinis ja naftakeemia valdkonnas. Viimased uuringud näitasid, et inimkeha sisaldab teatud koguses titaani, titaan stimuleerib fagotsüütrakke, võib tugevdada immuunfunktsiooni, nii et paljud laborid on pühendunud bioloogilise titaani väljatöötamisele ja kasutamisele.
Uus tehnoloogia ja titaanisulami rakendus
3.1 Titaanisulami valmistamise meetod
Titaanisulamite traditsiooniline töötlemine kasutab üldiselt sulatus- ja valamistehnoloogiat, uusim töötlemistehnoloogia jaguneb järgmisteks:
(1) võrguvormimise tehnoloogia;
(2) joonhõõrdekeevitustehnoloogia;
(3) superplastilise vormimise tehnoloogia;
(4) Materjali ettevalmistamise ja töötlemise protsessi arvutisimulatsiooni tehnoloogia.
Võrguvalu tehnoloogia hõlmab laservormimist, täppisvalu, täppisvalu sepistamist, pulbermetallurgiat, joavormimist ja muid meetodeid. Pulbermetallurgia on titaanipulbri või titaanisulami pulbri kasutamine toorainena pärast vormimist ja paagutamist, et valmistada uue protsessi titaanist osasid. Esimene on pulbri tootmine, tavaliselt mehaanilise legeerimise meetodil, kasutades kuulveskit, et toormaterjali tugevalt kokku lüüa, jahvatada ja segada. Seejärel pressitakse ja vormitakse sulam, millest on moodustunud pulber. On kaks pressimismeetodit, nimelt survevormimine ja survevaba vormimine. Selle sammu eesmärk on muuta pressitud embrüo teatud kuju ja suurus ning muuta see teatud tiheduse ja tugevusega. Seejärel kasutatakse blastoplasma tühjendusplasma paagutamisel ülemise ja alumise stantsi mulgustamist ja elektrilist elektroodi spetsiaalset paagutatud pulbri toiteallikat ja survet, mis rakendatakse pärast tühjenemise aktiveerimist, termoplastilist deformatsiooni ja jahutamist, et lõpetada paagutatud pulbri ettevalmistamine. suure jõudlusega titaanmaterjalid. Seejärel plasma paagutatud titaanisulam järgnevaks töötlemiseks, üldiselt kuumtöötlemiseks või plasti töötlemiseks.
3.2 Titaanisulamite uued kasutusalad
Titaanisulameid kasutati esimestel päevadel kosmosetööstuses laialdaselt, peamiselt lennukimootorite või pneumaatiliste komponentide tootmisel. Hiljem, tehnoloogia pideva arenguga, on titaanisulam jõudnud tavainimeste ellu, tehases või kodus on seadmetel ka titaanisulamist figuur. Nüüd tegelevad riigid ja institutsioonid uute titaanisulamite väljatöötamisega, et neil oleks madala hinna ja suure jõudlusega omadused, titaanisulamite uusarendus viimastel aastatel on keskendunud peamiselt viiele järgmisele aspektile.
(1) Meditsiiniline titaanisulam
Madala tihedusega ja hea biosobivusega titaanisulamid on ideaalsed meditsiinilised materjalid ja neid saab isegi inimkehasse siirdada. Varem meditsiinivaldkonnas kasutatud titaanisulamid sisaldavad vanaadiumi ja alumiiniumi, mis võivad kahjustada inimkeha. Kuid lähitulevikus on Jaapani teadlased välja töötanud uut tüüpi titaanisulami, millel on hea biosobivus, kuid sulamit pole veel massiliselt toodetud, arvatakse, et lähitulevikus saab sellist kvaliteetset sulamit laialdaselt kasutada. igapäevaelus.
(2) Leegiaeglustav titaanisulam
Titaani baassulam, mis talub põlemist teatud rõhul, temperatuuril ja õhuvoolukiirusel, on leegiaeglustav titaanisulam. Ameerika Ühendriigid, Venemaa ja Hiina on välja töötanud uued vastupidavad titaanisulamid, mille hulgas Ameerika Ühendriigid rakendavad neid vastupidavaid titaanisulameid mootorile, kuna need titaanisulamid ei ole põlemistundlikud ja võivad seega oluliselt parandada mootori stabiilsust.
(3) suure tugevuse ja sitkusega tüüp
tüüpi titaanisulamil on kõrge tugevuse, hea keevitatavuse ja suurepärase külma- ja kuumtöötlemisomadused. Teadlased kasutavad seda seadust, valmistades -tüüpi titaanisulami omadused on väga ilmsed: hea kuumtöötlemine, hea plastilisus, hea keevitusvõime. Ja mehaanilised omadused on pärast lahuse vananemist oluliselt paranenud. Praegu on sellised titaanisulamid valmistanud Jaapan ja Venemaa.
(4) Titaani ja alumiiniumi ühendid
Võrreldes üldise titaanisulamiga on titaanalumiiniumühendil hea kõrge temperatuurikindlus, hea oksüdatsiooni- ja roomamiskindlus ning tihedus on väiksem kui üldisel titaanisulamil. Need suurepärased omadused on mõeldud selleks, et Ti-Al ühendid käivitavad uue sulamite buumi. Uus titaani-alumiiniumi segusulam on sünteesitud USA-s ja on masstootmises.
(5) Kõrge temperatuuriga titaanisulam
Kombineerides kiire tahkumismeetodi ja pulbermetallurgia meetodi, on kiududega või osakestega tugevdatud komposiidist valmistatud titaanisulamil suurepärased kõrge temperatuuriga mehaanilised omadused. Kõrge temperatuuriga titaanisulami temperatuuripiirang on palju kõrgem kui tavalisel titaanisulamil. Praegu on Ameerika Ühendriigid valmistanud uue kõrge temperatuuriga titaanisulami.
(6) Titaannikli sulam
Titaani ja nikli sulam, mida nimetatakse "mälusulamiks", valmistatakse etteantud kujuga. Pärast vormimist, kui see on väliste jõudude mõjul deformeerunud, saab väikese kuumusega taastada esialgse välimuse. Seda sulamit saab kasutada erinevates valdkondades, nagu mõõteriistad ja elektroonikaseadmed.
Titaanisulamite materjalide arendamise hetkeseis Hiinas
Titaanisulam viitab mitmesugustele titaanist ja muudest metallidest valmistatud sulamitele. Viimastel aastatel on Hiina sageli välja andnud poliitikat titaanisulamist materjalide uurimis- ja arendustegevuse, tootmise ja kasutamise soodustamiseks. Ülemaailmsel turul kasutatakse titaanisulamist materjale peamiselt lennutööstuses, kaitsetööstuses ja muudes tööstusharudes. Nende hulgas moodustab lennundustööstuse nõudlus ligikaudu 50%, peamiselt lennukite ja mootorite tootmiseks. Meie riigi titaanmaterjalide nõudluse struktuuris kasutatakse titaani töötlemise materjale peamiselt keemiatööstuses ja kodumaises kosmosetööstuses kasutatavate titaanmaterjalide osakaal on vaid 20%, mis näitab, et titaani turul on suur potentsiaal. meie riigis lennunduses kasutatavad materjalid. Praegu on tipptasemel titaanisulamite valdkonnas vähe ettevõtteid, mis suudavad meie riigis toota sõjalennunduse titaanisulamist varda ja traati massiliselt, mis on "duopoli" konkurentsimuster.
1. Poliitika julgustab titaanisulamist materjalide väljatöötamist
Titaanisulamid viitavad mitmesugustele titaanist ja muudest metallidest valmistatud legeeritud metallidele. Paljud maailma riigid on mõistnud titaanisulamist materjalide tähtsust ning viinud läbi selle uurimis- ja arendustegevuse ning seda on rakendatud ka praktikas. Viimastel aastatel on Hiina sageli välja andnud poliitikat titaanisulamist materjalide uurimis- ja arendustegevuse, tootmise ja kasutamise soodustamiseks. 2019. aastal on tööstusstruktuuride reguleerimise juhendi kataloogis (2019. aasta mustand) avaldatud teabe kohaselt suure jõudlusega ülipeened, ülijämedad, komposiitstruktuuriga tsementeeritud karbiidmaterjalid ja sügavtöötlustooted, madala mooduliga titaanisulamist materjalid, korrosioonikindlad titaanisulamist materjalid, titaanisulamist kinnitusdetailid lennunduses ja nii edasi loetletakse julgustatavate projektidena tööstuse struktuuri kohandamiseks.
2. Titaanisulamist materjale kasutatakse peamiselt kosmose- ja sõjanduses
Ülemaailmsel turul kasutatakse titaanisulamist materjale peamiselt lennutööstuses, kaitsetööstuses ja muudes tööstusharudes. Nende hulgas moodustab lennundustööstuse nõudlus ligikaudu 50%, peamiselt lennukite ja mootorite tootmiseks. Hiina titaanmaterjalide nõudluse struktuuris kasutatakse titaani töötlemise materjale peamiselt keemiavaldkonnas. Kõige olulisem erinevus võrreldes maailmaga on lennunduses. Lennunduses kasutatavad titaanmaterjalid on alati moodustanud umbes 53% kogu maailma titaanmaterjalide nõudlusest, samas kui kodumaises kosmosetööstuses kasutatavate titaanmaterjalide osakaal on vaid 20%, mis näitab, et titaani turul on veel suur potentsiaal. Hiinas lennunduses kasutatavad materjalid.
Kokkuvõte
Titaanil on metalliga võrreldes palju võrreldamatuid eeliseid, ühiskonna arengu, teaduse ja tehnoloogia arenguga kasutatakse titaani ja titaanisulamit laialdasemalt, inimeste nõudlus titaani ja titaanisulami järele kasvab ning kõrged tootmiskulud on üks titaani ja titaanisulami edendamise ja kasutamise piiramise peamised põhjused. Seetõttu võib odava, suuremahulise ja ökoloogilise keskkonnakaitse pideva tootmisprotsessi väljatöötamine ja rakendamine muuta titaani ja titaanisulamid laialdasemalt kasutatavaks.
