Úvod do vlastností titanu a slitin titanu
1.1 Úvod do titanu
Titan je nový typ materiálu, který má výhody nízké hustoty, vysoké měrné pevnosti, tepelné odolnosti a odolnosti proti korozi. Váží jen polovinu toho, co železo, ale jeho mechanické vlastnosti, jako je tepání a tažení, jsou srovnatelné s mědí. Obecně lze říci, že s klesající teplotou klesá odolnost kovů, ale titan je naopak, čím nižší je teplota, titan bude stále tvrdší a při dosažení kritické teploty se objeví supravodivost.
1.2 Úvod do slitiny titanu
Titanová slitina a titan jsou do jisté míry podobné povahy, s charakteristikami nízké hustoty a vysoké pevnosti, kromě vynikajících mechanických vlastností, silné odolnosti proti korozi. Navíc má vysokou tepelnou pevnost, která je samozřejmě lepší než u hliníkové slitiny. Současně se jeho mechanické vlastnosti při nízké teplotě a ultranízké teplotě nemění.
Nová technologie a aplikace titanu
2.1 Způsob přípravy titanu
Přestože je titan v přírodě poměrně hojný, je to také vzácný kov, protože je rozptýlený a obtížně se získává. V současnosti se příprava titanu dělí do dvou kategorií: metoda tepelné redukce a metoda elektrolýzy roztavené soli.
(1) Titan byl připraven metodou tepelné redukce
Metoda tepelné redukce je při určité teplotě, použití Li, Na, Mg, Ca a jeho hydridu a dalších silných redukčních činidel, titan ze sloučenin titanu jako je TiCl4, TiO2, redukce K2TiF6. Podle různých sloučenin titanu lze technologii přípravy titanu tepelnou redukcí rozdělit do tří kategorií:
① REDOX metoda chloridu titaničitého, jako je Krollova metoda, Hunterova metoda, Armstrongova metoda a metoda EMR;
② REDOX metoda oxidu titaničitého, jako je metoda OS, proces PRP, metoda MHR atd.
③ REDOX metoda titanátu.
V současné době lze v průmyslové výrobě úspěšně aplikovat pouze Krollovu metodu a Hunterovu metodu. Krollova metoda používá hořčík k nahrazení titanu z chloridu a metoda Hunter používá kovový sodík k nahrazení titanu z chloridu. Kromě toho, Spojené státy Chicago mezinárodní společnost titanového prášku vyvinula metodu Armstrong, její způsob přípravy je podobný metodě Hunter, je také použití redukčního činidla sodíku k čištění kovového titanu. Spojené státy již tuto metodu používají pro předvýrobu v továrnách.
(2) Příprava titanu elektrolýzou roztavené soli
V roce 1959 Kroll předpověděl, že elektrolýza roztavené soli nahradí Kroll jako dominantní způsob výroby titanu během příštích pěti až deseti let. V průběhu let výzkumné instituce a laboratoře doma i v zahraničí vyvinuly celkem více než desítku nových technologií pro přípravu titanu elektrolýzou roztavené soli, které lze podle surovin rozdělit do tří kategorií:
① Elektrolýza titanátu;
(2) Elektrolýza chloridu titaničitého;
③ Elektrolytická metoda oxidu titaničitého, včetně metody FFC Cambridge, procesu MER, metody USTB, procesu QIT, metody SOM a metody elektrolytické iontové kapaliny atd.
2.2 Nová použití titanu
Od 40. let 20. století se používání titanu rychle rozvíjelo a byl široce používán v letadlech, raketách, raketách, satelitech, kosmických lodích, lodích, vojenském průmyslu, lékařském ošetření a petrochemických oborech. Nejnovější výzkum zjistil, že lidské tělo obsahuje určité množství titanu, titan bude stimulovat fagocytující buňky, může posílit imunitní funkce, takže mnoho laboratoří se zavázalo k vývoji a aplikaci biologického titanu.
Nová technologie a aplikace slitiny titanu
3.1 Způsob přípravy slitiny titanu
Tradiční zpracování slitiny titanu obecně přijímá technologii tavení a odlévání, nejnovější technologie zpracování se dělí na následující:
(1) Technologie tvarování v blízkosti sítě;
(2) Technologie liniového třecího svařování;
(3) technologie superplastického tváření;
(4) Technologie počítačové simulace procesu přípravy a zpracování materiálu.
Technologie téměř čistého formování zahrnuje laserové lisování, přesné lití, přesné zápustkové kování, práškovou metalurgii, tryskové lisování a další metody. Prášková metalurgie je použití titanového prášku nebo prášku z titanové slitiny jako surovin po lisování a slinování, aby se vyrobily titanové části nového procesu. Prvním je výroba prášku, obecně metodou mechanického legování, pomocí kulového mlýna k silnému nárazu, mletí a míchání suroviny. Poté se slitina, která vytvořila prášek, lisuje a formuje. Existují dva způsoby lisování, a to tlakové tvarování a beztlakové tvarování. Účelem tohoto kroku je vytvořit určitý tvar a velikost lisovaného embrya a zajistit mu určitou hustotu a pevnost. Poté při výrobě plazmového slinování blastoplazmovým výbojem, použití horního a spodního děrování a elektrické elektrody bude specifický slinovací zdroj energie a lisovací tlak aplikovaný na slinutý prášek, po aktivaci výboje, termoplastické deformaci a ochlazení k dokončení přípravy vysoce výkonné titanové materiály. Poté plazmově slinutá titanová slitina pro následné zpracování, obecně tepelné zpracování nebo zpracování plastů.
3.2 Nová použití slitin titanu
Titanové slitiny byly v raných dobách široce používány v leteckém průmyslu, zejména při výrobě leteckých motorů nebo pneumatických komponentů. Později, s neustálým rozvojem technologie, titanová slitina vstoupila do života obyčejných lidí, v továrně nebo domácí zařízení mají také titanovou slitinu postavu. Nyní se země a instituce snaží vyvinout nové slitiny titanu tak, aby měly charakteristiky nízké ceny a vysokého výkonu, nový vývoj slitin titanu se v posledních letech soustředí především na následujících pět aspektů.
(1) Lékařská slitina titanu
Slitiny titanu s nízkou hustotou a dobrou biokompatibilitou jsou ideálními lékařskými materiály a lze je dokonce implantovat do lidského těla. Slitiny titanu dříve používané v lékařské oblasti obsahují vanad a hliník, které mohou poškodit lidské tělo. Ale v blízké budoucnosti japonští učenci vyvinuli nový typ titanové slitiny s dobrou biokompatibilitou, ale slitina ještě nebyla sériově vyráběna, věří se, že v blízké budoucnosti může být taková vysoce kvalitní slitina široce používána v každodenním životě.
(2) Nehořlavá titanová slitina
Slitina na bázi titanu, která odolává spalování za určitého tlaku, teploty a rychlosti proudění vzduchu, je slitina titanu zpomalující hoření. Spojené státy, Rusko a Čína vyvinuly nové slitiny odolného titanu, mezi nimiž Spojené státy použijí tyto slitiny odolného titanu na motor, protože tyto slitiny titanu nejsou citlivé na spalování, takže mohou výrazně zlepšit stabilitu motoru.
(3) typ s vysokou pevností a houževnatostí
titanová slitina typu má vlastnosti vysoké pevnosti, dobré svařitelnosti a vynikajícího pracovního výkonu za studena i za tepla. Výzkumníci používají tento zákon, příprava typu titanové slitiny vlastnosti jsou velmi zřejmé: dobrý pracovní výkon za tepla, dobrá plasticita, dobrý svařovací výkon. A mechanické vlastnosti se výrazně zlepší po ošetření stárnutím v roztoku. V současné době připravilo takové titanové slitiny Japonsko a Rusko.
(4) Sloučeniny titanu a hliníku
Ve srovnání s obecnou slitinou titanu má sloučenina titanu a hliníku dobrý výkon při vysokých teplotách, dobrou odolnost proti oxidaci a odolnost proti tečení a hustotu je menší než obecná slitina titanu. Tyto vynikající vlastnosti jsou předurčeny k tomu, aby sloučeniny Ti - Al odstartovaly nový boom slitin. Nová slitina titanu a hliníku byla syntetizována ve Spojených státech a je v sériové výrobě.
(5) Vysokoteplotní titanová slitina
Kombinací metody rychlého tuhnutí a metody práškové metalurgie má slitina titanu připravená kompozitem vyztuženým vlákny nebo částicemi vynikající mechanické vlastnosti při vysokých teplotách. Teplotní limit vysokoteplotní titanové slitiny je mnohem vyšší než u běžné titanové slitiny. V současné době Spojené státy připravily novou vysokoteplotní titanovou slitinu.
(6) Slitina titan-nikl
Slitina titanu a niklu, známá jako "paměťová slitina", je vyrobena do předem určeného tvaru. Po vytvarování, je-li deformován vnějšími silami, může být troškou tepla obnoven do původního vzhledu. Tato slitina může být použita v různých oblastech, jako jsou přístroje a elektronická zařízení.
Současný stav vývoje materiálů z titanové slitiny v Číně
Slitina titanu se týká různých slitinových kovů vyrobených z titanu a dalších kovů. V posledních letech Čína často vydává zásady na podporu výzkumu a vývoje, výroby a aplikace materiálů ze slitin titanu. Na celosvětovém trhu se materiály ze slitiny titanu používají hlavně v leteckém průmyslu, obranném průmyslu a dalších průmyslových odvětvích. Mezi nimi poptávka po aplikacích v leteckém průmyslu tvoří asi 50 %, zejména pro výrobu letadel a motorů. Ve struktuře poptávky po titanových materiálech v naší zemi se materiály na zpracování titanu používají především v oblasti chemického průmyslu a podíl titanových materiálů používaných v domácím letectví je pouze 20%, což naznačuje, že na trhu s titanem je velký potenciál materiály používané v letectví u nás. V současné době je v oblasti špičkových titanových slitin v naší zemi jen málo podniků, které mohou hromadně vyrábět tyče a dráty z vojenské letecké titanové slitiny, což je "duopolní" soutěžní vzor.
1. Politika podporuje vývoj materiálů ze slitin titanu
Slitiny titanu označují různé legované kovy vyrobené z titanu a dalších kovů. Mnoho zemí světa si uvědomilo důležitost materiálů slitiny titanu a provedlo na nich výzkum a vývoj a bylo použito v praxi. V posledních letech Čína často vydává zásady na podporu výzkumu a vývoje, výroby a aplikace materiálů ze slitin titanu. V roce 2019, podle informací zveřejněných v Katalogu pokynů pro úpravy průmyslové struktury (návrh 2019), vysoce výkonné ultrajemné, ultrahrubé materiály s kompozitní strukturou slinutého karbidu a produkty hlubokého zpracování, materiály ze slitiny titanu s nízkým modulem, odolné vůči korozi materiály z titanové slitiny, spojovací prvky z titanové slitiny pro letectví a kosmonautiku a tak dále budou uvedeny jako podporované projekty pro úpravu průmyslové struktury.
2. Materiály ze slitiny titanu se používají hlavně v letectví a vojenství
Na celosvětovém trhu se materiály ze slitiny titanu používají hlavně v leteckém průmyslu, obranném průmyslu a dalších průmyslových odvětvích. Mezi nimi poptávka po aplikacích v leteckém průmyslu tvoří asi 50 %, zejména pro výrobu letadel a motorů. Ve struktuře poptávky po titanových materiálech v Číně se materiály na zpracování titanu používají hlavně v chemické oblasti. Nejdůležitější rozdíl oproti světu je v oblasti letectví. Titanové materiály používané v letectví vždy představovaly asi 53 % celkové poptávky po titanových materiálech ve světě, zatímco podíl titanových materiálů používaných v domácím letectví je pouze 20 %, což naznačuje, že na trhu s titanem stále existuje velký potenciál. materiály používané v letectví v Číně.
Shrnutí
Titan má mnoho nesrovnatelných výhod kovu, s pokrokem společnosti, rozvojem vědy a techniky se bude titan a slitina titanu více používat, lidská poptávka po titanu a slitinách titanu se bude zvyšovat a vysoké výrobní náklady jsou jednou z hlavní důvody pro omezení propagace a používání titanu a slitin titanu. Proto vývoj a aplikace levného, rozsáhlého a ekologického nepřetržitého výrobního procesu na ochranu životního prostředí může vést k širšímu použití titanu a slitin titanu.
