Uvod u svojstva titanijuma i legura titana
1.1 Uvod u Titanium
Titanijum je nova vrsta materijala, koja ima prednosti niske gustine, visoke specifične čvrstoće, otpornosti na toplotu i otpornosti na koroziju. Teži samo upola manje od željeza, ali su njegova mehanička svojstva, kao što su čekić i izvlačenje, uporediva sa bakrom. Uopšteno govoreći, kako temperatura pada, otpor metala će se smanjiti, ali titanijum je naprotiv, što je temperatura niža, titan će postajati sve tvrđi i tvrđi, a supravodljivost će se pojaviti kada se dostigne kritična temperatura.
1.2 Uvod u leguru titana
Legura titanijuma i titanijum su u izvesnoj meri slični po prirodi, sa karakteristikama male gustine i velike čvrstoće, pored odličnih mehaničkih svojstava, jake otpornosti na koroziju. Štaviše, njegova termička čvrstoća je visoka, što je očigledno bolje od one od legure aluminijuma. U isto vrijeme, njegova mehanička svojstva se malo mijenjaju na niskim i ultra niskim temperaturama.
Nova tehnologija i primjena titanijuma
2.1 Metoda pripreme titanijuma
Iako je titan u prirodi relativno bogat, on je također rijedak metal jer je raspršen i teško ga je izdvojiti. Trenutno je priprema titana podijeljena u dvije kategorije: metodu termalne redukcije i metodu elektrolize rastaljene soli.
(1) Titan je pripremljen metodom termičke redukcije
Metoda termičke redukcije je na određenoj temperaturi, upotreba Li, Na, Mg, Ca i njegovog hidrida i drugih jakih redukcionih sredstava, titan iz jedinjenja titana kao što su TiCl4, TiO2, K2TiF6 redukcija. Prema različitim jedinjenjima titana, tehnologija pripreme titana termičkom redukcijom može se podijeliti u tri kategorije:
① REDOX metoda titan hlorida, kao što je Kroll metoda, Hunterova metoda, Armstrongova metoda i EMR metoda;
② REDOX metoda titanijum oksida, kao što je OS metoda, PRP proces, MHR metoda itd.
③ REDOX metoda titanata.
Trenutno se samo Kroll metoda i Hunter metoda mogu uspješno primijeniti u industrijskoj proizvodnji. Kroll metoda koristi magnezij za zamjenu titanijuma iz hlorida, a Hunterova metoda koristi metalni natrijum da zameni titanijum iz hlorida. Osim toga, međunarodna kompanija iz Čikaga u prahu titana razvila je Armstrongovu metodu, njena metoda pripreme je slična Hunter metodi, a također se koristi redukcijski agens natrij za pročišćavanje metala titanijuma. Sjedinjene Države već koriste ovu metodu za pretproizvodnju u tvornicama.
(2) Priprema titanijuma elektrolizom rastaljene soli
Kroll je 1959. godine predvidio da će elektroliza rastaljene soli zamijeniti Kroll kao dominantnu metodu proizvodnje titanijuma u narednih pet do deset godina. Tokom godina, istraživačke institucije i laboratorije u zemlji i inostranstvu razvile su ukupno više desetina novih tehnologija za pripremu titanijuma elektrolizom rastaljene soli, koje se prema sirovinama mogu podeliti u sledeće tri kategorije:
① Elektroliza titanata;
(2) Elektroliza titanijum hlorida;
③ Elektrolitička metoda titanijum oksida, uključujući FFC Cambridge metodu, MER proces, USTB metod, QIT proces, SOM metodu i elektrolitičku metodu jonske tečnosti, itd.
2.2 Nove upotrebe titanijuma
Od 1940-ih, upotreba titanijuma se brzo razvila i široko se koristi u avionima, raketama, projektilima, satelitima, svemirskim brodovima, brodovima, vojnoj industriji, medicinskom tretmanu i petrohemijskim poljima. Najnovije istraživanje pokazalo je da ljudsko tijelo sadrži određenu količinu titana, titan će stimulirati fagocitne stanice, može ojačati imunološku funkciju, pa su mnoge laboratorije posvećene razvoju i primjeni biološkog titana.
Nova tehnologija i primjena legure titana
3.1 Metoda pripreme legure titanijuma
Tradicionalna obrada legure titana uglavnom usvaja tehnologiju topljenja i lijevanja, najnovija tehnologija obrade podijeljena je na sljedeće:
(1) Tehnologija oblikovanja blizu mreže;
(2) Tehnologija zavarivanja linijskim trenjem;
(3) tehnologija superplastičnog oblikovanja;
(4) Tehnologija kompjuterske simulacije procesa pripreme i obrade materijala.
Tehnologija skorog neto kalupa uključuje lasersko livenje, precizno livenje, precizno kovanje u kalupima, metalurgiju praha, mlazno livenje i druge metode. Metalurgija praha je upotreba praha titanijuma ili praha legure titana kao sirovina, nakon oblikovanja i sinterovanja, kako bi se proizveli titanijumski delovi novog procesa. Prvi je proizvodnja praha, uglavnom metodom mehaničkog legiranja, koristeći kuglični mlin za snažno udaranje, mljevenje i miješanje sirovine. Zatim se legura koja je formirala prah presuje i formira. Postoje dvije metode presovanja, odnosno oblikovanje pod pritiskom i oblikovanje bez pritiska. Svrha ovog koraka je napraviti određeni oblik i veličinu presovanog embrija, te učiniti da on ima određenu gustinu i snagu. Zatim će se kod sinteriranja plazme s pražnjenjem blastoplazme, korištenjem gornjeg i donjeg štancanja i električne elektrode vršiti specifično napajanje za sinteriranje i pritisak pritiska koji se primjenjuje na sinterirani prah, nakon aktivacije pražnjenja, termoplastične deformacije i hlađenja kako bi se završila priprema. titanijumski materijali visokih performansi. Zatim plazma sinterovana legura titana za naknadnu obradu, općenito toplinsku obradu ili plastičnu obradu.
3.2 Nove upotrebe titanijumskih legura
Titanijumske legure su se u ranim danima široko koristile u vazduhoplovstvu, uglavnom u proizvodnji avionskih motora ili pneumatskih komponenti. Kasnije, uz kontinuirani razvoj tehnologije, legura titanijuma je ušla u život običnih ljudi, u fabričkim ili kućnim uređajima takođe imaju figuru od legure titana. Sada se zemlje i institucije trude da razviju nove legure titanijuma, tako da imaju karakteristike niske cene i visokih performansi, novi razvoj titanijumskih legura poslednjih godina uglavnom je koncentrisan na sledećih pet aspekata.
(1) Medicinska legura titanijuma
Legure titana male gustine i dobre biokompatibilnosti su idealni medicinski materijali i mogu se čak implantirati u ljudsko tijelo. Legure titana koje su se ranije koristile u medicinskom polju sadrže vanadijum i aluminijum, koji mogu naštetiti ljudskom tijelu. Ali u bliskoj budućnosti, japanski naučnici razvili su novu vrstu legure titanijuma, sa dobrom biokompatibilnošću, ali legura još nije masovno proizvedena, veruje se da će se u bliskoj budućnosti takva visokokvalitetna legura moći široko koristiti. u svakodnevnom životu.
(2) Legura titanijuma otporna na plamen
Legura na bazi titanijuma koja može odoleti sagorevanju pod određenim pritiskom, temperaturom i brzinom protoka vazduha je legura titanijuma otporna na plamen. Sjedinjene Američke Države, Rusija i Kina razvile su nove legure titanijuma otpornosti, među kojima će Sjedinjene Američke Države primijeniti ove legure titanijuma otpornosti na motor, jer te legure titana nisu osjetljive na sagorijevanje, pa mogu uvelike poboljšati stabilnost motora.
(3) tip visoke čvrstoće i žilavosti
Tip legura titanijuma ima karakteristike visoke čvrstoće, dobre zavarljivosti i odličnih performansi hladnog i toplog rada. Istraživači koriste ovaj zakon, karakteristike pripreme legure titana su vrlo očigledne: dobre performanse toplog rada, dobra plastičnost, dobre performanse zavarivanja. A mehanička svojstva su znatno poboljšana nakon tretmana starenjem otopine. Trenutno su Japan i Rusija pripremili takve legure titanijuma.
(4) Jedinjenja titana i aluminijuma
U poređenju sa opštom legurom titanijuma, jedinjenje titanijum aluminijuma ima dobre performanse pri visokim temperaturama, dobru otpornost na oksidaciju i otpornost na puzanje, a gustina je manja od opšte legure titana. Ove odlične karakteristike namijenjene su jedinjenjima Ti-Al pokrenut će novi bum legure. Nova legura titanijum-aluminijum sintetizovana je u Sjedinjenim Državama i u masovnoj je proizvodnji.
(5) Visokotemperaturna legura titanijuma
Kombinacijom metode brzog očvršćavanja i metode metalurgije praha, legura titanijuma pripremljena kompozitom ojačanim vlaknima ili česticama ima odlične mehaničke karakteristike pri visokim temperaturama. Temperaturna granica legure titanijuma visoke temperature je mnogo viša od one obične legure titana. Trenutno su Sjedinjene Države pripremile novu visokotemperaturnu leguru titana.
(6) Legura titanijum nikla
Legura titanijuma i nikla, poznata kao "memorija legura", pravi se u unapred određeni oblik. Nakon oblikovanja, ako se deformira vanjskim silama, može se vratiti u prvobitni izgled uz malo topline. Ova legura se može koristiti u raznim oblastima kao što su instrumenti i elektronski uređaji.
Trenutni status razvoja materijala od legure titana u Kini
Titanijumska legura odnosi se na razne legure metala napravljenih od titanijuma i drugih metala. Posljednjih godina Kina je često izdavala politike za poticanje istraživanja i razvoja, proizvodnje i primjene materijala od legura titanijuma. Na globalnom tržištu, materijali od legura titana se uglavnom koriste u avio industriji, odbrambenoj industriji i drugim industrijama. Među njima, potražnja za primjenom u avio industriji čini oko 50%, uglavnom za proizvodnju aviona i motora. U strukturi potražnje za titanijumskim materijalima u našoj zemlji, materijali za preradu titanijuma se uglavnom koriste u oblasti hemijske industrije, a udeo titanijumskih materijala koji se koriste u domaćem vazduhoplovstvu je samo 20%, što ukazuje da postoji veliki potencijal na tržištu titanijuma. materijala koji se koriste u vazduhoplovstvu u našoj zemlji. Trenutno, u oblasti visokokvalitetnih legura titanijuma, malo je preduzeća koja mogu masovno proizvoditi šipku i žicu od legure titanijuma za vojnu avijaciju u našoj zemlji, što je „duopol“ model konkurencije.
1. Politika podstiče razvoj materijala od legura titanijuma
Legure titana se odnose na razne legirane metale napravljene od titanijuma i drugih metala. Mnoge zemlje u svijetu su uvidjele važnost materijala od legura titanijuma, te su na njima sprovele istraživanja i razvoj, te se primjenjuju u praksi. Posljednjih godina Kina je često izdavala politike za poticanje istraživanja i razvoja, proizvodnje i primjene materijala od legura titanijuma. U 2019. godini, prema informacijama objavljenim u Katalogu smjernica za prilagođavanje industrijske strukture (nacrt iz 2019.), ultra-fini, ultra grubi cementirani karbidni materijali visokih performansi i proizvodi za dubinsku obradu, materijali od legure titanijuma niskog modula, otporni na koroziju materijali od legura titanijuma, pričvršćivači od legure titana za vazduhoplovstvo i tako dalje biće navedeni kao preporučljivi projekti za prilagođavanje industrijske strukture.
2. Materijali od legure titanijuma se uglavnom koriste u vazduhoplovstvu i vojnim poljima
Na globalnom tržištu, materijali od legura titana se uglavnom koriste u avio industriji, odbrambenoj industriji i drugim industrijama. Među njima, potražnja za primjenom u avio industriji čini oko 50%, uglavnom za proizvodnju aviona i motora. U strukturi potražnje za titanijumskim materijalima u Kini, materijali za preradu titana uglavnom se koriste u hemijskom polju. Najvažnija razlika u odnosu na svet je u oblasti avijacije. Titanijumski materijali koji se koriste u vazduhoplovstvu uvek su činili oko 53% ukupne potražnje za titanijumskim materijalima u svetu, dok je udeo titanijumskih materijala koji se koriste u domaćem vazduhoplovstvu samo 20%, što ukazuje da još uvek postoji veliki potencijal na tržištu titanijuma. materijala koji se koriste u avijaciji u Kini.
Rezime
Titanijum ima mnoge neuporedive prednosti metala, sa napretkom društva, razvojem nauke i tehnologije, titanijum i legura titanijuma će se sve više koristiti, ljudska potražnja za titanijumom i legurom titana će biti sve veća, a visoka cena proizvodnje je jedna od glavni razlozi za ograničavanje promocije i upotrebe titanijuma i legura titana. Stoga, razvoj i primjena jeftinog, opsežnog i ekološkog kontinuiranog procesa proizvodnje za zaštitu okoliša može učiniti titanijum i legure titana širom primjenom.
