Introduktion till egenskaperna hos titan och titanlegeringar
1.1 Introduktion till titan
Titan är en ny typ av material, som har fördelarna med låg densitet, hög specifik hållfasthet, värmebeständighet och korrosionsbeständighet. Den väger bara hälften så mycket som järn, men dess mekaniska egenskaper, som att hamra och dra, är jämförbara med koppar. Generellt sett, när temperaturen sjunker, kommer motståndet hos metaller att minska, men titan är tvärtom, ju lägre temperatur, titan blir hårdare och hårdare, och supraledning kommer att uppstå när den kritiska temperaturen uppnås.
1.2 Introduktion till titanlegering
Titanlegering och titanlegering liknar till viss del, med egenskaperna låg densitet och hög hållfasthet, förutom dess utmärkta mekaniska egenskaper, stark korrosionsbeständighet. Dessutom är dess termiska styrka hög, vilket uppenbarligen är bättre än aluminiumlegeringen. Samtidigt har dess mekaniska egenskaper liten förändring vid låg temperatur och ultralåg temperatur.
Ny teknik och tillämpning av titan
2.1 Framställningsmetod för titan
Även om titan är relativt rikligt i naturen är det också en sällsynt metall eftersom den är spridd och svår att extrahera. För närvarande är framställningen av titan indelad i två kategorier: termisk reduktionsmetod och smält saltelektrolysmetod.
(1) Titan framställdes genom termisk reduktionsmetod
Termisk reduktion metod är vid en viss temperatur, användningen av Li, Na, Mg, Ca och dess hydrid och andra starka reduktionsmedel, titan från titanföreningar såsom TiCl4, TiO2, K2TiF6 reduktion. Enligt de olika titanföreningarna kan tekniken för titanberedning genom termisk reduktion delas in i tre kategorier:
① Titaniumklorid REDOX-metoden, såsom Kroll-metoden, Hunter-metoden, Armstrong-metoden och EMR-metoden;
② REDOX-metod för titanoxid, såsom OS-metoden, PRP-processen, MHR-metoden, etc.
③ REDOX-metod för titanat.
För närvarande kan endast Kroll-metoden och Hunter-metoden framgångsrikt tillämpas i industriell produktion. Kroll-metoden använder magnesium för att ersätta titan från klorid, och Hunter-metoden använder natriummetall för att ersätta titan från klorid. Dessutom utvecklade USA Chicago internationella titanpulverföretag Armstrong-metoden, dess beredningsmetod liknar Hunter-metoden, är också användningen av reduktionsmedel natrium för att rena titanmetall. USA använder redan denna metod för förproduktion i fabriker.
(2) Framställning av titan genom elektrolys av smält salt
1959 förutspådde Kroll att elektrolys av smält salt skulle ersätta Kroll som den dominerande metoden för titanproduktion inom de kommande fem till tio åren. Under årens lopp har forskningsinstitutioner och laboratorier hemma och utomlands utvecklat totalt mer än ett dussin nya tekniker för framställning av titan genom smält saltelektrolys, som kan delas in i följande tre kategorier beroende på råvarorna:
① Elektrolys av titanat;
(2) Elektrolys av titanklorid;
③ Elektrolytisk metod för titanoxid, inklusive FFC Cambridge-metoden, MER-processen, USTB-metoden, QIT-processen, SOM-metoden och jonisk flytande elektrolytisk metod, etc.
2.2 Ny användning av titan
Sedan 1940-talet har användningen av titan utvecklats snabbt, och det har använts i stor utsträckning inom flygplan, raketer, missiler, satelliter, rymdskepp, fartyg, militär industri, medicinsk behandling och petrokemiska områden. Den senaste forskningen fann att människokroppen innehåller en viss mängd titan, titan stimulerar fagocytiska celler, kan stärka immunförsvaret, så många laboratorier är engagerade i utvecklingen och tillämpningen av biologiskt titan.
Ny teknik och tillämpning av titanlegering
3.1 Framställningsmetod för titanlegering
Titanlegering traditionell bearbetning antar i allmänhet smält- och gjutteknik, den senaste bearbetningstekniken är uppdelad i följande:
(1) Nära nätformningsteknik;
(2) Linjefriktionssvetsteknik;
(3) superplastisk formningsteknik;
(4) Datorsimuleringsteknik för materialberedning och bearbetningsprocess.
Nära nätformningsteknologi inkluderar lasergjutning, precisionsgjutning, precisionsformsmidning, pulvermetallurgi, jetformning och andra metoder. Pulvermetallurgi är användningen av titanpulver eller titanlegeringspulver som råmaterial, efter gjutning och sintring, för att tillverka titandelar av den nya processen. Den första är produktionen av pulver, vanligtvis med hjälp av metoden för mekanisk legering, med hjälp av en kulkvarn för att kraftigt påverka, mala och röra om råmaterialet. Sedan pressas och formas legeringen som har bildat pulver. Det finns två pressningsmetoder, nämligen tryckformning och icke-tryckformning. Syftet med detta steg är att göra en viss form och storlek på det pressade embryot, och få det att ha en viss densitet och styrka. Sedan i den tillverkade av blastoplasmaurladdningsplasmasintring, kommer användningen av övre och nedre formstansning och elektrisk elektrod att vara specifik sintringsströmförsörjning och presstryck som appliceras på det sintrade pulvret, efter urladdningsaktivering, termoplastisk deformation och kylning för att slutföra beredningen av högpresterande titanmaterial. Sedan den plasmasintrade titanlegeringen för efterföljande behandling, vanligtvis värmebehandling eller plastbearbetning.
3.2 Ny användning av titanlegeringar
Titanlegeringar användes i stor utsträckning inom flyg- och rymdområdet under de första dagarna, främst vid tillverkning av flygplansmotorer eller pneumatiska komponenter. Senare, med den kontinuerliga utvecklingen av teknik, har titanlegering kommit in i livet för vanliga människor, i fabriken eller hemenheter har också titanlegeringsfigur. Nu kämpar länder och institutioner för att utveckla nya titanlegeringar, så att de har egenskaperna för låg kostnad och hög prestanda, den nya utvecklingen av titanlegeringar under de senaste åren är huvudsakligen koncentrerad till följande fem aspekter.
(1) Medicinsk titanlegering
Titanlegeringar med låg densitet och god biokompatibilitet är idealiska medicinska material och kan till och med implanteras i människokroppen. Titanlegeringar som tidigare använts inom det medicinska området innehåller vanadin och aluminium, vilket kan skada människokroppen. Men inom en snar framtid har japanska forskare utvecklat en ny typ av titanlegering, med god biokompatibilitet, men legeringen har ännu inte massproducerats, man tror att en sådan högkvalitativ legering kan användas i stor utsträckning inom en snar framtid i det dagliga livet.
(2) Flamskyddande titanlegering
Den titanbaserade legeringen som kan motstå förbränning under visst tryck, temperatur och luftflöde är en flamskyddad titanlegering. USA, Ryssland och Kina har utvecklat nya motstånd titanlegeringar, bland vilka USA kommer att applicera dessa motstånd titanlegeringar på motorn, eftersom dessa titanlegeringar inte är känsliga för förbränning, så kan avsevärt förbättra stabiliteten hos motorn.
(3) typ med hög hållfasthet och seghet
typ titanlegering har egenskaperna hög hållfasthet, god svetsbarhet och utmärkt kall- och varmarbetsprestanda. Forskare använder denna lag, framställningen av titanlegeringsegenskaper av typen är mycket uppenbara: bra varmarbetsprestanda, bra plasticitet, bra svetsprestanda. Och de mekaniska egenskaperna förbättras avsevärt efter lösningens åldringsbehandling. För närvarande har Japan och Ryssland framställt sådana titanlegeringar.
(4) Titan- och aluminiumföreningar
Jämfört med den allmänna titanlegeringen har titan-aluminiumföreningen bra högtemperaturprestanda, bra oxidationsbeständighet och krypmotstånd, och densiteten är mindre än den allmänna titanlegeringen. Dessa utmärkta egenskaper är avsedda för Ti - Al-föreningar kommer att starta en ny legeringsbom. Den nya titan-aluminiumföreningslegeringen har syntetiserats i USA och är i massproduktion.
(5) Högtemperatur titanlegering
Genom att kombinera den snabba stelningsmetoden och pulvermetallurgimetoden har titanlegeringen framställd av fiber- eller partikelförstärkt komposit utmärkta mekaniska egenskaper vid hög temperatur. Temperaturgränsen för högtemperatur titanlegering är mycket högre än för vanlig titanlegering. För närvarande har USA förberett en ny högtemperatur titanlegering.
(6) Titannickellegering
En legering av titan och nickel, känd som en "minneslegering", görs till en förutbestämd form. Efter att ha formats, om den deformerats av yttre krafter, kan den återställas till sitt ursprungliga utseende med lite värme. Denna legering kan användas inom olika områden som instrumentering och elektroniska enheter.
Aktuell status för utveckling av titanlegeringsmaterial i Kina
Titanlegering hänvisar till en mängd olika legeringsmetaller gjorda av titan och andra metaller. Under de senaste åren har Kina ofta utfärdat policyer för att uppmuntra forskning och utveckling, produktion och tillämpning av titanlegeringsmaterial. På den globala marknaden används titanlegeringsmaterial främst inom flygindustrin, försvarsindustrin och andra industrier. Bland dem står applikationsefterfrågan inom flygindustrin för cirka 50%, främst för tillverkning av flygplan och motorer. I efterfrågestrukturen för titanmaterial i vårt land används titanbearbetningsmaterial huvudsakligen inom den kemiska industrin, och andelen titanmaterial som används i inhemsk rymd är endast 20%, vilket indikerar att det finns stor potential på marknaden för titan. material som används inom flyget i vårt land. För närvarande, inom området för avancerad titanlegering, finns det få företag som kan massproducera stavar och tråd av titanlegering för militär luftfart i vårt land, vilket är ett "duopol" konkurrensmönster.
1. Policyn uppmuntrar utvecklingen av titanlegeringsmaterial
Titanlegeringar hänvisar till en mängd olika legerade metaller gjorda av titan och andra metaller. Många länder i världen har insett vikten av titanlegeringsmaterial och har bedrivit forskning och utveckling på det och har tillämpats i praktiken. Under de senaste åren har Kina ofta utfärdat policyer för att uppmuntra forskning och utveckling, produktion och tillämpning av titanlegeringsmaterial. Under 2019, enligt informationen som avslöjas i vägledningskatalogen för industriell strukturjustering (2019 utkast), högpresterande ultrafina, ultragrova, sammansatta hårdmetallmaterial och djupbearbetningsprodukter, titanlegeringsmaterial med låg modul, korrosionsbeständiga titanlegeringsmaterial, titanlegeringsfästen för flyg och så vidare kommer att anges som uppmuntrade projekt för industriell strukturanpassning.
2. Titanlegeringsmaterial används huvudsakligen inom flyg- och militära områden
På den globala marknaden används titanlegeringsmaterial främst inom flygindustrin, försvarsindustrin och andra industrier. Bland dem står applikationsefterfrågan inom flygindustrin för cirka 50%, främst för tillverkning av flygplan och motorer. I efterfrågestrukturen för titanmaterial i Kina används titanbearbetningsmaterial huvudsakligen inom det kemiska området. Den viktigaste skillnaden jämfört med världen är inom flygområdet. Titanmaterial som används inom flyget har alltid stått för cirka 53 % av den totala efterfrågan på titanmaterial i världen, medan andelen titanmaterial som används i inhemsk rymdfart endast är 20 %, vilket indikerar att det fortfarande finns stor potential på marknaden för titan. material som används inom flyget i Kina.
Sammanfattning
Titan har många ojämförliga fördelar med metall, med samhällets framsteg kommer utvecklingen av vetenskap och teknik, titan och titanlegering att användas mer allmänt, mänsklig efterfrågan på titan och titanlegering kommer att öka och höga produktionskostnader är en av de främsta skälen till att begränsa marknadsföringen och användningen av titan och titanlegering. Därför kan utvecklingen och tillämpningen av låg kostnad, storskalig och ekologisk miljöskydd kontinuerlig produktionsprocess göra titan och titanlegeringar mer allmänt använda.
