Uvod v lastnosti titana in titanovih zlitin
1.1 Uvod v Titanium
Titan je nova vrsta materiala, ki ima prednosti nizke gostote, visoke specifične trdnosti, toplotne odpornosti in odpornosti proti koroziji. Tehta le polovico manj kot železo, vendar so njegove mehanske lastnosti, kot sta udarjanje in vlečenje, primerljive z bakrom. Na splošno se z nižanjem temperature upornost kovin zmanjša, titan pa nasprotno, nižja kot je temperatura, titan postaja vse trši in trši, superprevodnost pa se bo pojavila, ko bo dosežena kritična temperatura.
1.2 Uvod v titanovo zlitino
Titanova zlitina in titan sta si po naravi do neke mere podobna, z značilnostmi nizke gostote in visoke trdnosti, poleg odličnih mehanskih lastnosti, močne odpornosti proti koroziji. Poleg tega je njegova toplotna trdnost visoka, kar je očitno boljše kot pri aluminijevih zlitinah. Hkrati se njegove mehanske lastnosti pri nizki in ultranizki temperaturi malo spremenijo.
Nova tehnologija in uporaba titana
2.1 Metoda priprave titana
Čeprav je titana v naravi relativno veliko, je tudi redka kovina, ker je razpršen in ga je težko pridobivati. Trenutno je priprava titana razdeljena na dve kategoriji: metoda termične redukcije in metoda elektrolize staljene soli.
(1) Titan je bil pripravljen z metodo termične redukcije
Metoda toplotne redukcije je pri določeni temperaturi, uporaba Li, Na, Mg, Ca in njegovega hidrida ter drugih močnih redukcijskih sredstev, titana iz titanovih spojin, kot so redukcija TiCl4, TiO2, K2TiF6. Glede na različne titanove spojine lahko tehnologijo priprave titana s toplotno redukcijo razdelimo v tri kategorije:
① Metoda REDOX s titanovim kloridom, kot je metoda Kroll, Hunterjeva metoda, Armstrongova metoda in metoda EMR;
② Metoda REDOX titanovega oksida, kot je metoda OS, postopek PRP, metoda MHR itd.
③ REDOX metoda titanata.
Trenutno se lahko v industrijski proizvodnji uspešno uporabljata samo Krollova metoda in Hunterjeva metoda. Krollova metoda uporablja magnezij za zamenjavo titana iz klorida, Hunterjeva metoda pa uporablja kovinski natrij za zamenjavo titana iz klorida. Poleg tega je ameriško mednarodno podjetje za titanov prah v Chicagu razvilo Armstrongovo metodo, njena metoda priprave je podobna Hunterjevi metodi, je tudi uporaba redukcijskega sredstva natrij za čiščenje kovinskega titana. Združene države že uporabljajo to metodo za predproizvodnjo v tovarnah.
(2) Priprava titana z elektrolizo staljene soli
Leta 1959 je Kroll napovedal, da bo elektroliza staljene soli nadomestila Kroll kot prevladujočo metodo proizvodnje titana v naslednjih petih do desetih letih. Z leti so raziskovalne ustanove in laboratoriji doma in v tujini razvili skupaj več kot ducat novih tehnologij za pripravo titana z elektrolizo staljene soli, ki jih lahko glede na surovine razdelimo v naslednje tri kategorije:
① Elektroliza titanata;
(2) elektroliza titanovega klorida;
③ Elektrolitska metoda titanovega oksida, vključno z metodo FFC Cambridge, postopkom MER, metodo USTB, postopkom QIT, metodo SOM in metodo ionske tekočinske elektrolize itd.
2.2 Nove uporabe titana
Od leta 1940 se uporaba titana hitro razvija in se pogosto uporablja v letalih, raketah, raketah, satelitih, vesoljskih ladjah, ladjah, vojaški industriji, medicini in petrokemičnih področjih. Najnovejša raziskava je pokazala, da človeško telo vsebuje določeno količino titana, bo titan stimuliral fagocitne celice, lahko okrepi imunsko funkcijo, zato so številni laboratoriji zavezani k razvoju in uporabi biološkega titana.
Nova tehnologija in uporaba titanove zlitine
3.1 Metoda priprave titanove zlitine
Tradicionalna obdelava titanove zlitine na splošno uporablja tehnologijo taljenja in litja, najnovejša tehnologija obdelave pa je razdeljena na naslednje:
(1) tehnologija skoraj neto oblikovanja;
(2) Tehnologija varjenja s trenjem;
(3) tehnologija superplastičnega oblikovanja;
(4) Računalniška simulacijska tehnologija priprave materiala in procesa obdelave.
Tehnologija skoraj neto oblikovanja vključuje lasersko oblikovanje, natančno litje, natančno kovanje, prašno metalurgijo, jet brizganje in druge metode. Praškasta metalurgija je uporaba titanovega prahu ali prahu iz titanove zlitine kot surovin po oblikovanju in sintranju za proizvodnjo titanovih delov po novem postopku. Prvi je proizvodnja prahu, na splošno z uporabo metode mehanskega legiranja, z uporabo krogličnega mlina za močno udarjanje, mletje in mešanje surovine. Nato se zlitina, ki je oblikovala prah, stisne in oblikuje. Obstajata dve metodi stiskanja, in sicer tlačno oblikovanje in oblikovanje brez tlaka. Namen tega koraka je izdelati določeno obliko in velikost stisnjenega zarodka ter doseči določeno gostoto in moč. Nato bo pri sintranju plazme s praznjenjem blastoplazme uporaba zgornjega in spodnjega prebijanja matrice in električne elektrode posebna napajalna energija za sintranje in pritisk na sintrani prah po aktivaciji praznjenja, termoplastični deformaciji in ohlajanju za dokončanje priprave visoko zmogljivi titanovi materiali. Nato plazemsko sintrana titanova zlitina za nadaljnjo obdelavo, običajno toplotno obdelavo ali plastično obdelavo.
3.2 Nove uporabe titanovih zlitin
Titanove zlitine so se v zgodnjih dneh pogosto uporabljale na področju letalstva, predvsem v proizvodnji letalskih motorjev ali pnevmatskih komponent. Kasneje, z nenehnim razvojem tehnologije, je titanova zlitina vstopila v življenje navadnih ljudi, v tovarni ali domačih napravah je tudi slika titanove zlitine. Zdaj se države in institucije trudijo razviti nove titanove zlitine, tako da imajo lastnosti nizkih stroškov in visoke zmogljivosti, nov razvoj titanovih zlitin v zadnjih letih je v glavnem osredotočen na naslednjih pet vidikov.
(1) Medicinska titanova zlitina
Titanove zlitine z nizko gostoto in dobro biokompatibilnostjo so idealni medicinski materiali in jih je mogoče celo vsaditi v človeško telo. Titanove zlitine, ki so se prej uporabljale v medicini, vsebujejo vanadij in aluminij, ki lahko škodujeta človeškemu telesu. Toda v bližnji prihodnosti so japonski znanstveniki razvili novo vrsto titanove zlitine z dobro biokompatibilnostjo, vendar zlitina še ni bila masovno proizvedena, domneva se, da bo v bližnji prihodnosti tako visokokakovostno zlitino mogoče široko uporabljati v vsakdanjem življenju.
(2) Ognjevarna titanova zlitina
Titanova zlitina na osnovi titana, ki se lahko upre gorenju pod določenim tlakom, temperaturo in pretokom zraka, je titanova zlitina, ki zavira gorenje. Združene države, Rusija in Kitajska so razvile nove odporne titanove zlitine, med katerimi bodo Združene države te odporne titanove zlitine uporabile za motor, ker te titanove zlitine niso občutljive na zgorevanje, zato lahko močno izboljšajo stabilnost motorja.
(3) tip z visoko trdnostjo in žilavostjo
tip titanove zlitine ima značilnosti visoke trdnosti, dobre varljivosti in odlične delovne zmogljivosti v hladnem in vročem. Raziskovalci uporabljajo ta zakon, značilnosti priprave titanove zlitine tipa so zelo očitne: dobra vroča obdelava, dobra plastičnost, dobra učinkovitost varjenja. In mehanske lastnosti so močno izboljšane po zdravljenju s staranjem raztopine. Trenutno sta Japonska in Rusija pripravili takšne titanove zlitine.
(4) Titanove in aluminijeve spojine
V primerjavi s splošno titanovo zlitino ima spojina titanovega aluminija dobro delovanje pri visokih temperaturah, dobro odpornost proti oksidaciji in odpornost proti lezenju, gostota pa je manjša od splošne titanove zlitine. Te odlične lastnosti so namenjene Ti-Al spojinam, ki bodo sprožile nov razmah zlitin. Nova zlitina spojine titan-aluminij je bila sintetizirana v Združenih državah in je v masovni proizvodnji.
(5) Visokotemperaturna titanova zlitina
S kombinacijo metode hitrega strjevanja in metode praškaste metalurgije ima titanova zlitina, pripravljena z vlakni ali z delci ojačanega kompozita, odlične mehanske lastnosti pri visokih temperaturah. Temperaturna meja visokotemperaturne titanove zlitine je veliko višja od običajne titanove zlitine. Trenutno so Združene države pripravile novo visokotemperaturno titanovo zlitino.
(6) Zlitina titanovega niklja
Zlitina titana in niklja, znana kot "spominska zlitina", je oblikovana v vnaprej določeno obliko. Če se po oblikovanju deformira zaradi zunanjih sil, se lahko povrne v prvotni videz z malo toplote. Ta zlitina se lahko uporablja na različnih področjih, kot so instrumenti in elektronske naprave.
Trenutno stanje razvoja materiala iz titanove zlitine na Kitajskem
Titanova zlitina se nanaša na različne kovinske zlitine iz titana in drugih kovin. V zadnjih letih je Kitajska pogosto izdajala politike za spodbujanje raziskav in razvoja, proizvodnje in uporabe materialov iz titanovih zlitin. Na svetovnem trgu se materiali iz titanovih zlitin uporabljajo predvsem v letalski industriji, obrambni industriji in drugih industrijah. Med njimi povpraševanje po aplikacijah v letalski industriji predstavlja približno 50 %, predvsem za proizvodnjo letal in motorjev. V strukturi povpraševanja po titanovih materialih v naši državi se materiali za predelavo titana uporabljajo predvsem na področju kemične industrije, delež titanovih materialov, ki se uporabljajo v domači vesoljski industriji, pa je le 20%, kar kaže na velik potencial na trgu titana. materiali, ki se uporabljajo v letalstvu pri nas. Trenutno je na področju vrhunskih titanovih zlitin le malo podjetij, ki lahko množično proizvajajo palico in žico iz titanove zlitine za vojaško letalstvo v naši državi, kar je "duopolni" konkurenčni vzorec.
1. Politika spodbuja razvoj materialov iz titanovih zlitin
Titanove zlitine se nanašajo na različne legirane kovine iz titana in drugih kovin. Številne države na svetu so spoznale pomen materialov iz titanovih zlitin in izvedle raziskave in razvoj na tem področju ter se uporabile v praksi. V zadnjih letih je Kitajska pogosto izdajala politike za spodbujanje raziskav in razvoja, proizvodnje in uporabe materialov iz titanovih zlitin. Leta 2019 so glede na informacije, razkrite v katalogu smernic za prilagoditev industrijske strukture (osnutek 2019), visoko zmogljivi ultrafini, ultra grobi materiali iz cementnega karbida s kompozitno strukturo in izdelki za globoko obdelavo, materiali iz titanovih zlitin z nizkim modulom, odporni proti koroziji materiali iz titanove zlitine, pritrdilni elementi iz titanove zlitine za letalstvo in tako naprej bodo navedeni kot spodbujala projekte za prilagoditev industrijske strukture.
2. Materiali iz titanove zlitine se uporabljajo predvsem v letalstvu in vojski
Na svetovnem trgu se materiali iz titanovih zlitin uporabljajo predvsem v letalski industriji, obrambni industriji in drugih industrijah. Med njimi povpraševanje po aplikacijah v letalski industriji predstavlja približno 50 %, predvsem za proizvodnjo letal in motorjev. V strukturi povpraševanja po materialih iz titana na Kitajskem se materiali za obdelavo titana uporabljajo predvsem na kemičnem področju. Najpomembnejša razlika v primerjavi s svetom je na področju letalstva. Titanovi materiali, ki se uporabljajo v letalstvu, so vedno predstavljali približno 53% celotnega povpraševanja po titanovih materialih na svetu, medtem ko je delež titanovih materialov, ki se uporabljajo v domači vesoljski industriji, le 20%, kar kaže, da je na trgu titana še vedno velik potencial. materiali, ki se uporabljajo v letalstvu na Kitajskem.
Povzetek
Titan ima veliko neprimerljivih prednosti kovine, z napredkom družbe, razvojem znanosti in tehnologije se bosta titan in titanove zlitine vse bolj uporabljala, človeško povpraševanje po titanu in titanovih zlitinah se bo povečevalo, visoki proizvodni stroški pa so eden od glavni razlogi za omejevanje promocije in uporabe titana in titanovih zlitin. Zato lahko razvoj in uporaba nizkocenovnega, obsežnega in okolju prijaznega neprekinjenega proizvodnega procesa povzroči širšo uporabo titana in titanovih zlitin.
