Upoznavanje sa svojstvima titana i titanovih legura
1.1 Uvod u titan
Titan je nova vrsta materijala koji ima prednosti male gustoće, visoke specifične čvrstoće, otpornosti na toplinu i otpornosti na koroziju. Teži samo upola manje od željeza, ali njegova mehanička svojstva, poput udaranja čekićem i izvlačenja, usporediva su s bakrom. Općenito govoreći, kako se temperatura smanjuje, otpor metala će se smanjivati, ali titan je naprotiv, što je temperatura niža, titan će postajati sve tvrđi i tvrđi, a supravodljivost će se pojaviti kada se postigne kritična temperatura.
1.2 Uvod u leguru titana
Legura titana i titan donekle su slične prirode, s karakteristikama niske gustoće i visoke čvrstoće, uz izvrsna mehanička svojstva, jaku otpornost na koroziju. Štoviše, njegova toplinska čvrstoća je visoka, što je očito bolje od one aluminijske legure. U isto vrijeme, njegova mehanička svojstva se malo mijenjaju na niskim i ultra-niskim temperaturama.
Nova tehnologija i primjena titana
2.1 Metoda pripreme titana
Iako je titan relativno zastupljen u prirodi, također je rijedak metal jer je raspršen i teško ga je ekstrahirati. Trenutno se priprema titana dijeli u dvije kategorije: metoda toplinske redukcije i metoda elektrolize rastaljene soli.
(1) Titan je pripremljen metodom toplinske redukcije
Metoda toplinske redukcije je na određenoj temperaturi, upotreba Li, Na, Mg, Ca i njegovog hidrida i drugih jakih redukcijskih sredstava, titan iz titanovih spojeva kao što su TiCl4, TiO2, K2TiF6 redukcija. Prema različitim spojevima titana, tehnologija pripreme titana toplinskom redukcijom može se podijeliti u tri kategorije:
① REDOX metoda titanijevog klorida, kao što je Krollova metoda, Hunterova metoda, Armstrongova metoda i EMR metoda;
② REDOX metoda titan 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. Krollova metoda koristi magnezij za zamjenu titana iz klorida, a Hunterova metoda koristi metalni natrij za zamjenu titana iz klorida. Osim toga, međunarodna tvrtka za prah titana iz Sjedinjenih Američkih Država u Chicagu razvila je Armstrongovu metodu, čija je metoda pripreme slična Hunterovoj metodi, također je upotreba redukcijskog sredstva natrija za pročišćavanje metalnog titana. Sjedinjene Države već koriste ovu metodu za pretproizvodnju u tvornicama.
(2) Priprema titana elektrolizom rastaljene soli
Godine 1959. Kroll je predvidio da će elektroliza rastaljene soli zamijeniti Kroll kao dominantnu metodu proizvodnje titana u sljedećih pet do deset godina. Tijekom godina, istraživačke institucije i laboratoriji u zemlji i inozemstvu razvili su ukupno više od desetak novih tehnologija za pripremu titana elektrolizom rastaljene soli, koje se mogu podijeliti u sljedeće tri kategorije prema sirovinama:
① Elektroliza titanata;
(2) Elektroliza titanijevog klorida;
③ Elektrolitička metoda titanijevog oksida, uključujući FFC Cambridge metodu, MER proces, USTB metodu, QIT proces, SOM metodu i metodu ionske tekuće elektrolize itd.
2.2 Nove upotrebe titana
Od 1940-ih, uporaba titana se brzo razvila, i naširoko se koristi u zrakoplovima, raketama, projektilima, satelitima, svemirskim letjelicama, brodovima, vojnoj industriji, medicinskim tretmanima i petrokemijskim poljima. Najnovije istraživanje pokazalo je da ljudsko tijelo sadrži određenu količinu titana, titan će stimulirati fagocitne stanice, može ojačati imunološku funkciju, tako da su mnogi laboratoriji predani razvoju i primjeni biološkog titana.
Nova tehnologija i primjena legure titana
3.1 Metoda pripreme legure titana
Tradicionalna obrada legure titana općenito prihvaća tehnologiju taljenja i lijevanja, najnovija tehnologija obrade podijeljena je na sljedeće:
(1) tehnologija gotovo neto kalupljenja;
(2) Tehnologija zavarivanja trenjem;
(3) tehnologija superplastičnog oblikovanja;
(4) Tehnologija računalne simulacije procesa pripreme i obrade materijala.
Tehnologija gotovo neto kalupljenja uključuje lasersko kalupljenje, precizno lijevanje, precizno kovanje, metalurgiju praha, mlazno kalupljenje i druge metode. Metalurgija praha je upotreba titanovog praha ili praha od legure titana kao sirovina, nakon kalupljenja i sinteriranja, kako bi se proizveli titanski dijelovi novog procesa. Prvi je proizvodnja praha, općenito koristeći metodu mehaničkog legiranja, koristeći kuglični mlin za snažno udaranje, mljevenje i miješanje sirovine. Zatim se legura koja je formirala prah preša i oblikuje. Postoje dvije metode prešanja, naime oblikovanje pritiskom i oblikovanje bez pritiska. Svrha ovog koraka je napraviti određeni oblik i veličinu prešanog embrija, te mu dati određenu gustoću i čvrstoću. Zatim će u sinteriranju s plazmom pražnjenja blastoplazme, upotreba gornjeg i donjeg probijanja matrice i električne elektrode biti specifično napajanje za sinteriranje i tlak prešanja primijenjen na sinterirani prah, nakon aktivacije pražnjenja, termoplastične deformacije i hlađenja kako bi se dovršila priprema titanijski materijali visokih performansi. Zatim se legura titana sinterira plazmom za naknadnu obradu, općenito toplinsku obradu ili plastičnu obradu.
3.2 Nove upotrebe legura titana
Titanijeve legure u ranim su se danima naširoko koristile u području zrakoplovstva, uglavnom u proizvodnji zrakoplovnih motora ili pneumatskih komponenti. Kasnije, uz kontinuirani razvoj tehnologije, legura titana je ušla u život običnih ljudi, u tvornici ili kućnim uređajima također postoji figura od legure titana. Sada zemlje i institucije pokušavaju razviti nove legure titana, tako da imaju karakteristike niske cijene i visokih performansi, novi razvoj legura titana posljednjih godina uglavnom je koncentriran na sljedećih pet aspekata.
(1) Medicinska legura titana
Legure titana niske gustoće i dobre biokompatibilnosti idealni su medicinski materijali i mogu se čak ugraditi u ljudsko tijelo. Legure titana koje su se prije koristile u medicini sadrže vanadij i aluminij koji mogu štetiti ljudskom tijelu. Ali u bliskoj budućnosti, japanski znanstvenici razvili su novu vrstu legure titana, s dobrom biokompatibilnošću, ali legura još nije masovno proizvedena, vjeruje se da će se u bliskoj budućnosti takva visokokvalitetna legura moći široko koristiti u svakodnevnom životu.
(2) Zapaljiva legura titana
Legura na bazi titana koja se može oduprijeti izgaranju pod određenim tlakom, temperaturom i brzinom protoka zraka je legura titana koja usporava plamen. Sjedinjene Države, Rusija i Kina razvile su nove otporne legure titana, među kojima će Sjedinjene Države primijeniti te otporne legure titana na motor, jer te legure titana nisu osjetljive na izgaranje, pa mogu uvelike poboljšati stabilnost motora.
(3) tip visoke čvrstoće i žilavosti
vrsta legura titana ima karakteristike visoke čvrstoće, dobre zavarljivosti i izvrsnih radnih performansi na hladnom i vrućem. Istraživači koriste ovaj zakon, karakteristike pripreme -tipa legure titana su vrlo očite: dobra radna izvedba u vrućem stanju, dobra plastičnost, dobra izvedba zavarivanja. A mehanička svojstva su znatno poboljšana nakon tretmana starenjem otopine. Trenutno su Japan i Rusija pripremili takve legure titana.
(4) Spojevi titana i aluminija
U usporedbi s općom legurom titana, spoj titan-aluminij ima dobre performanse pri visokim temperaturama, dobru otpornost na oksidaciju i otpornost na puzanje, a gustoća je manja od opće legure titana. Ove izvrsne karakteristike namijenjene su Ti-Al spojevima koji će pokrenuti novi procvat legura. Nova legura spoja titana i aluminija sintetizirana je u Sjedinjenim Državama iu masovnoj je proizvodnji.
(5) Visokotemperaturna legura titana
Kombinacijom metode brzog skrućivanja i metode metalurgije praha, legura titana pripremljena od kompozita ojačanog vlaknima ili česticama ima izvrsna mehanička svojstva pri visokim temperaturama. Temperaturna granica visokotemperaturne legure titana mnogo je viša nego kod obične legure titana. Trenutno su Sjedinjene Države pripremile novu visokotemperaturnu leguru titana.
(6) Legura titan nikla
Legura titana i nikla, poznata kao "memorijska legura", izrađuje se u unaprijed određeni oblik. Nakon oblikovanja, ako se deformira pod utjecajem vanjskih sila, može se vratiti u izvorni izgled s malo topline. Ova se legura može koristiti u raznim područjima kao što su instrumentacija i elektronički uređaji.
Trenutačni status razvoja materijala od legure titana u Kini
Legura titana odnosi se na različite metalne legure izrađene od titana i drugih metala. Posljednjih godina Kina je često izdavala politike za poticanje istraživanja i razvoja, proizvodnje i primjene materijala od legura titana. Na globalnom tržištu, materijali od legure titana uglavnom se koriste u zrakoplovnoj industriji, obrambenoj industriji i drugim industrijama. Među njima, potražnja za primjenom u zrakoplovnoj industriji iznosi oko 50%, uglavnom za proizvodnju zrakoplova i motora. U strukturi potražnje za materijalima od titana u našoj zemlji, materijali za obradu titana uglavnom se koriste u području kemijske industrije, a udio titanskih materijala koji se koriste u domaćem zrakoplovstvu je samo 20%, što ukazuje na veliki potencijal na tržištu titana. materijala koji se koriste u zrakoplovstvu kod nas. Trenutačno, u području vrhunske legure titana, postoji nekoliko poduzeća koja mogu masovno proizvoditi šipku i žicu od legure titana za vojno zrakoplovstvo u našoj zemlji, što je "duopol" obrazac natjecanja.
1. Politika potiče razvoj materijala od legura titana
Legure titana odnose se na niz legiranih metala izrađenih od titana i drugih metala. Mnoge zemlje u svijetu uvidjele su važnost materijala od legura titana, te su provele istraživanja i razvoj na njima, te su primijenjene u praksi. Posljednjih godina Kina je često izdavala politike za poticanje istraživanja i razvoja, proizvodnje i primjene materijala od legura titana. U 2019. godini, prema informacijama objavljenim u Katalogu smjernica za prilagodbu industrijske strukture (nacrt iz 2019.), visokoučinkoviti ultra-fini, ultra-grubi, kompozitni materijali od cementnog karbida i proizvodi duboke obrade, materijali od legure titana niskog modula, otporni na koroziju materijali od legure titana, pričvršćivači od legure titana za zrakoplovstvo i tako dalje bit će navedeni kao poticao projekte prilagodbe industrijske strukture.
2. Materijali od legura titana uglavnom se koriste u zrakoplovstvu i vojnim poljima
Na globalnom tržištu, materijali od legure titana uglavnom se koriste u zrakoplovnoj industriji, obrambenoj industriji i drugim industrijama. Među njima, potražnja za primjenom u zrakoplovnoj industriji iznosi oko 50%, uglavnom za proizvodnju zrakoplova i motora. U strukturi potražnje za materijalima od titana u Kini, materijali za obradu titana uglavnom se koriste u kemijskom području. Najvažnija razlika u odnosu na svijet je u području zrakoplovstva. Materijali od titana koji se koriste u zrakoplovstvu uvijek su činili oko 53% ukupne potražnje za materijalima od titana u svijetu, dok je udio materijala od titana koji se koriste u domaćem zrakoplovstvu samo 20%, što ukazuje da još uvijek postoji veliki potencijal na tržištu titana. materijala koji se koriste u zrakoplovstvu u Kini.
Sažetak
Titan ima mnoge neusporedive prednosti od metala, s napretkom društva, razvojem znanosti i tehnologije, titan i titanove legure će se sve više koristiti, ljudska potražnja za titanom i titanovim legurama će se povećavati, a visoki troškovi proizvodnje jedan su od glavni razlozi za ograničavanje promocije i upotrebe titana i titanovih legura. Stoga razvoj i primjena jeftinih, velikih i ekoloških kontinuiranih proizvodnih procesa za zaštitu okoliša može učiniti titan i titanove legure široj upotrebi.
