Úvod do vlastností titánu a titánových zliatin
1.1 Úvod do titánu
Titán je nový typ materiálu, ktorý má výhody nízkej hustoty, vysokej špecifickej pevnosti, tepelnej odolnosti a odolnosti proti korózii. Váži len polovicu toho, čo železo, ale jeho mechanické vlastnosti, ako je tepanie a ťahanie, sú porovnateľné s meďou. Vo všeobecnosti platí, že s klesajúcou teplotou sa znižuje odolnosť kovov, ale naopak u titánu platí, že čím je teplota nižšia, titán bude stále tvrdší a pri dosiahnutí kritickej teploty sa objaví supravodivosť.
1.2 Úvod do zliatiny titánu
Zliatina titánu a titán sú svojou povahou do určitej miery podobné, s charakteristikami nízkej hustoty a vysokej pevnosti, okrem vynikajúcich mechanických vlastností a silnej odolnosti proti korózii. Navyše má vysokú tepelnú pevnosť, ktorá je samozrejme lepšia ako u hliníkovej zliatiny. Zároveň sa jeho mechanické vlastnosti pri nízkej teplote a ultranízkej teplote nemenia.
Nová technológia a aplikácia titánu
2.1 Spôsob prípravy titánu
Hoci je titán v prírode pomerne hojný, je to tiež vzácny kov, pretože je rozptýlený a ťažko sa získava. V súčasnosti je príprava titánu rozdelená do dvoch kategórií: metóda tepelnej redukcie a metóda elektrolýzy roztavenej soli.
(1) Titán bol pripravený metódou tepelnej redukcie
Metóda tepelnej redukcie je pri určitej teplote, použitie Li, Na, Mg, Ca a jeho hydridu a iných silných redukčných činidiel, titánu zo zlúčenín titánu ako TiCl4, TiO2, K2TiF6 redukcia. Podľa rôznych zlúčenín titánu možno technológiu prípravy titánu tepelnou redukciou rozdeliť do troch kategórií:
① Metóda REDOX chloridu titaničitého, ako je Krollova metóda, Hunterova metóda, Armstrongova metóda a metóda EMR;
② REDOX metóda oxidu titaničitého, ako je metóda OS, proces PRP, metóda MHR atď.
③ REDOX metóda titanátu.
V súčasnosti je možné v priemyselnej výrobe úspešne aplikovať iba metódu Kroll a metódu Hunter. Metóda Kroll používa horčík na nahradenie titánu z chloridu a metóda Hunter používa kovový sodík na nahradenie titánu z chloridu. Okrem toho medzinárodná spoločnosť na výrobu titánového prášku v Spojených štátoch v Chicagu vyvinula metódu Armstrong, jej metóda prípravy je podobná metóde Hunter, je tiež použitie redukčného činidla sodíka na čistenie kovového titánu. Spojené štáty americké už túto metódu využívajú na predvýrobu v továrňach.
(2) Príprava titánu elektrolýzou roztavenej soli
V roku 1959 Kroll predpovedal, že elektrolýza roztavenej soli nahradí Kroll ako dominantný spôsob výroby titánu v priebehu nasledujúcich piatich až desiatich rokov. V priebehu rokov výskumné inštitúcie a laboratóriá doma i v zahraničí vyvinuli celkovo viac ako desiatku nových technológií na prípravu titánu elektrolýzou roztavenej soli, ktoré možno podľa surovín rozdeliť do troch kategórií:
① Elektrolýza titanátu;
(2) Elektrolýza chloridu titaničitého;
③ Elektrolytická metóda oxidu titánu, vrátane metódy FFC Cambridge, MER procesu, USTB metódy, QIT procesu, SOM metódy a metódy iónovej kvapaliny atď.
2.2 Nové využitie titánu
Od 40. rokov 20. storočia sa použitie titánu rýchlo rozvinulo a široko sa používa v lietadlách, raketách, raketách, satelitoch, kozmických lodiach, lodiach, vojenskom priemysle, medicíne a petrochemických oblastiach. Najnovší výskum zistil, že ľudské telo obsahuje určité množstvo titánu, titán bude stimulovať fagocytárne bunky, môže posilniť imunitnú funkciu, takže mnohé laboratóriá sa zaviazali k vývoju a aplikácii biologického titánu.
Nová technológia a aplikácia zliatiny titánu
3.1 Spôsob prípravy zliatiny titánu
Tradičné spracovanie zliatiny titánu vo všeobecnosti využíva technológiu tavenia a odlievania, najnovšia technológia spracovania sa delí na:
(1) Technológia tvarovania v blízkosti siete;
(2) Technológia zvárania pomocou trenia;
(3) technológia superplastického tvarovania;
(4) Počítačová simulačná technológia procesu prípravy a spracovania materiálu.
Technológia takmer čistého formovania zahŕňa laserové formovanie, presné liatie, presné zápustkové kovanie, práškovú metalurgiu, vstrekovanie a ďalšie metódy. Prášková metalurgia je použitie titánového prášku alebo prášku z titánovej zliatiny ako surovín po formovaní a spekaní, aby sa vyrobili titánové časti nového procesu. Prvým je výroba prášku, vo všeobecnosti pomocou metódy mechanického legovania, pomocou guľového mlyna na silný náraz, mletie a miešanie suroviny. Potom sa zliatina, ktorá vytvorila prášok, lisuje a formuje. Existujú dva spôsoby lisovania, a to tlakové tvarovanie a beztlakové tvarovanie. Účelom tohto kroku je vytvoriť určitý tvar a veľkosť lisovaného embrya a zabezpečiť mu určitú hustotu a pevnosť. Potom pri výrobe plazmového spekania blastoplazmovým výbojom bude použitie horného a spodného razenia a elektrickej elektródy špecifickým sintrovacím napájaním a lisovacím tlakom aplikovaným na spekaný prášok, po aktivácii výboja, termoplastickej deformácii a ochladení na dokončenie prípravy vysokovýkonné titánové materiály. Potom plazmou spekaná titánová zliatina na následné spracovanie, spravidla tepelné spracovanie alebo spracovanie plastov.
3.2 Nové použitia zliatin titánu
Zliatiny titánu boli v začiatkoch v oblasti letectva široko používané, hlavne pri výrobe leteckých motorov alebo pneumatických komponentov. Neskôr, s neustálym vývojom technológie, titánová zliatina vstúpila do života obyčajných ľudí, v továrni alebo domáce zariadenia majú tiež titánovú zliatinu postavu. Teraz sa krajiny a inštitúcie snažia vyvinúť nové zliatiny titánu tak, aby mali charakteristiky nízkej ceny a vysokého výkonu, nový vývoj titánových zliatin sa v posledných rokoch sústreďuje hlavne na nasledujúcich päť aspektov.
(1) Lekárska zliatina titánu
Zliatiny titánu s nízkou hustotou a dobrou biokompatibilitou sú ideálnymi medicínskymi materiálmi a možno ich dokonca implantovať do ľudského tela. Zliatiny titánu, ktoré sa predtým používali v medicíne, obsahujú vanád a hliník, ktoré môžu poškodiť ľudské telo. Ale v blízkej budúcnosti japonskí učenci vyvinuli nový typ zliatiny titánu s dobrou biokompatibilitou, ale zliatina ešte nebola sériovo vyrábaná, verí sa, že v blízkej budúcnosti sa takáto vysokokvalitná zliatina môže široko používať. v každodennom živote.
(2) Nehorľavá titánová zliatina
Zliatina na báze titánu, ktorá odoláva horeniu pri určitom tlaku, teplote a rýchlosti prúdenia vzduchu, je zliatina titánu spomaľujúca horenie. Spojené štáty, Rusko a Čína vyvinuli nové odporové zliatiny titánu, medzi ktorými Spojené štáty použijú tieto odporové zliatiny titánu na motor, pretože tieto zliatiny titánu nie sú citlivé na spaľovanie, takže môžu výrazne zlepšiť stabilitu motora.
(3) typ s vysokou pevnosťou a húževnatosťou
typ titánovej zliatiny má vlastnosti vysokej pevnosti, dobrej zvárateľnosti a vynikajúceho pracovného výkonu za studena a za tepla. Výskumníci používajú tento zákon, príprava titánovej zliatiny typu charakteristiky sú veľmi zrejmé: dobrý pracovný výkon za tepla, dobrá plasticita, dobrý zvárací výkon. A mechanické vlastnosti sa výrazne zlepšia po ošetrení starnutím roztoku. V súčasnosti Japonsko a Rusko pripravili takéto zliatiny titánu.
(4) Zlúčeniny titánu a hliníka
V porovnaní so všeobecnou zliatinou titánu má zlúčenina titánu a hliníka dobrý výkon pri vysokej teplote, dobrú odolnosť proti oxidácii a odolnosť proti tečeniu a hustota je menšia ako všeobecná zliatina titánu. Tieto vynikajúce vlastnosti sú predurčené k tomu, aby zlúčeniny Ti - Al odštartovali nový boom zliatin. Nová zliatina zlúčeniny titánu a hliníka bola syntetizovaná v Spojených štátoch a je v masovej výrobe.
(5) Vysokoteplotná titánová zliatina
Kombináciou metódy rýchleho tuhnutia a metódy práškovej metalurgie má titánová zliatina pripravená vláknami alebo časticami vystuženými kompozitmi vynikajúce mechanické vlastnosti pri vysokých teplotách. Teplotný limit vysokoteplotnej titánovej zliatiny je oveľa vyšší ako u bežnej titánovej zliatiny. V súčasnosti Spojené štáty americké pripravili novú vysokoteplotnú zliatinu titánu.
(6) Zliatina titán-nikel
Zliatina titánu a niklu, známa ako "pamäťová zliatina", je vyrobená do vopred určeného tvaru. Po vytvarovaní, ak sa zdeformuje vonkajšími silami, sa dá trochou tepla vrátiť do pôvodného vzhľadu. Táto zliatina môže byť použitá v rôznych oblastiach, ako sú prístrojové vybavenie a elektronické zariadenia.
Súčasný stav vývoja materiálu zliatiny titánu v Číne
Zliatina titánu sa vzťahuje na rôzne zliatinové kovy vyrobené z titánu a iných kovov. V posledných rokoch Čína často vydáva politiku na podporu výskumu a vývoja, výroby a aplikácie materiálov zo zliatiny titánu. Na svetovom trhu sa materiály zliatiny titánu používajú hlavne v leteckom priemysle, obrannom priemysle a iných odvetviach. Spomedzi nich predstavuje dopyt po aplikácii v leteckom priemysle asi 50 %, najmä pri výrobe lietadiel a motorov. V štruktúre dopytu po titánových materiáloch v našej krajine sa materiály na spracovanie titánu používajú hlavne v oblasti chemického priemyslu a podiel titánových materiálov používaných v domácom letectve je iba 20%, čo naznačuje, že na trhu s titánom existuje veľký potenciál. materiálov používaných v letectve u nás. V súčasnosti v oblasti špičkových titánových zliatin existuje len málo podnikov, ktoré môžu v našej krajine hromadne vyrábať tyče a drôty z titánovej zliatiny pre vojenské letectvo, čo je "duopolný" konkurenčný vzor.
1. Politika podporuje vývoj materiálov zliatiny titánu
Zliatiny titánu označujú rôzne legované kovy vyrobené z titánu a iných kovov. Mnoho krajín sveta si uvedomilo dôležitosť materiálov zliatiny titánu a uskutočnilo výskum a vývoj na nich a boli aplikované v praxi. V posledných rokoch Čína často vydáva politiku na podporu výskumu a vývoja, výroby a aplikácie materiálov zo zliatiny titánu. V roku 2019, podľa informácií uvedených v Usmerňovacom katalógu pre úpravu priemyselnej štruktúry (návrh 2019), vysokovýkonné ultrajemné, ultrahrubé materiály s kompozitnou štruktúrou slinutého karbidu a produkty hlbokého spracovania, materiály zo zliatiny titánu s nízkym modulom, odolné voči korózii materiály zo zliatiny titánu, spojovacie prvky zo zliatiny titánu pre letecký priemysel atď. budú uvedené ako podporované projekty na úpravu priemyselnej štruktúry.
2. Materiály zo zliatiny titánu sa používajú hlavne v kozmickom a vojenskom priemysle
Na svetovom trhu sa materiály zliatiny titánu používajú hlavne v leteckom priemysle, obrannom priemysle a iných odvetviach. Spomedzi nich predstavuje dopyt po aplikácii v leteckom priemysle asi 50 %, najmä pri výrobe lietadiel a motorov. V štruktúre dopytu po titánových materiáloch v Číne sa materiály na spracovanie titánu používajú hlavne v chemickej oblasti. Najdôležitejší rozdiel oproti svetu je v oblasti letectva. Titánové materiály používané v letectve vždy predstavovali približne 53 % celkového dopytu po titánových materiáloch vo svete, zatiaľ čo podiel titánových materiálov používaných v domácom letectve je len 20 %, čo naznačuje, že na trhu s titánom stále existuje veľký potenciál. materiály používané v letectve v Číne.
Zhrnutie
Titán má mnoho neporovnateľných výhod kovu, s pokrokom spoločnosti, rozvojom vedy a techniky sa bude titán a zliatina titánu viac používať, ľudský dopyt po titáne a titánovej zliatine sa bude zvyšovať a vysoké výrobné náklady sú jedným z hlavné dôvody na obmedzenie propagácie a používania titánu a zliatin titánu. Preto vývoj a aplikácia lacného, rozsiahleho a ekologického nepretržitého výrobného procesu na ochranu životného prostredia môže zvýšiť využitie titánu a zliatin titánu.
