Johdatus titaanin ja titaaniseosten ominaisuuksiin
1.1 Johdatus titaaniin
Titaani on uudentyyppinen materiaali, jonka etuna on alhainen tiheys, korkea ominaislujuus, lämmönkestävyys ja korroosionkestävyys. Se painaa vain puolet raudasta, mutta sen mekaaniset ominaisuudet, kuten vasara ja veto, ovat verrattavissa kupariin. Yleisesti ottaen lämpötilan laskeessa metallien vastus pienenee, mutta titaani päinvastoin, mitä alhaisempi lämpötila, titaanista tulee kovempaa ja kovempaa ja suprajohtavuus ilmaantuu, kun kriittinen lämpötila saavutetaan.
1.2 Johdatus titaaniseokseen
Titaaniseos ja titaani ovat luonteeltaan jossain määrin samankaltaisia, ja niillä on alhainen tiheys ja korkea lujuus, erinomaisten mekaanisten ominaisuuksiensa ja vahvan korroosionkestävyyden lisäksi. Lisäksi sen lämpölujuus on korkea, mikä on selvästi parempi kuin alumiiniseoksella. Samanaikaisesti sen mekaaniset ominaisuudet eivät muutu alhaisissa ja erittäin matalissa lämpötiloissa.
Uusi tekniikka ja titaanin sovellus
2.1 Titaanin valmistusmenetelmä
Vaikka titaania on luonnossa suhteellisen runsaasti, se on myös harvinainen metalli, koska se on hajallaan ja vaikeasti erotettavissa. Tällä hetkellä titaanin valmistus on jaettu kahteen luokkaan: lämpöpelkistysmenetelmä ja sulan suolan elektrolyysimenetelmä.
(1) Titaani valmistettiin lämpöpelkistysmenetelmällä
Terminen pelkistysmenetelmä on tietyssä lämpötilassa, Li:n, Na:n, Mg:n, Ca:n ja sen hydridin ja muiden vahvojen pelkistysaineiden käyttö, titaani titaaniyhdisteistä, kuten TiCl4, TiO2, K2TiF6 pelkistys. Eri titaaniyhdisteiden mukaan titaanin valmistustekniikka lämpöpelkistämällä voidaan jakaa kolmeen luokkaan:
① Titaanikloridi REDOX-menetelmä, kuten Kroll-menetelmä, Hunter-menetelmä, Armstrong-menetelmä ja EMR-menetelmä;
② Titaanioksidin REDOX-menetelmä, kuten OS-menetelmä, PRP-prosessi, MHR-menetelmä jne.
③ REDOX-menetelmä titanaatti.
Tällä hetkellä teollisessa tuotannossa voidaan soveltaa menestyksekkäästi vain Kroll-menetelmää ja Hunter-menetelmää. Kroll-menetelmässä käytetään magnesiumia korvaamaan titaani kloridista ja Hunter-menetelmässä natriummetallia korvaamaan titaani kloridista. Lisäksi Yhdysvaltojen Chicagon kansainvälinen titaanijauheyhtiö kehitti Armstrong-menetelmän, sen valmistusmenetelmä on samanlainen kuin Hunter-menetelmä, on myös natriumin pelkistysaineen käyttö titaanimetallin puhdistamiseen. Yhdysvallat käyttää jo tätä menetelmää esituotannossa tehtaissa.
(2) Titaanin valmistus sulan suolan elektrolyysillä
Vuonna 1959 Kroll ennusti, että sulan suolan elektrolyysi korvaisi Krollin hallitsevana titaanin tuotantomenetelmänä seuraavien 5-10 vuoden aikana. Tutkimuslaitokset ja laboratoriot kotimaassa ja ulkomailla ovat vuosien varrella kehittäneet yhteensä yli tusinaa uutta teknologiaa titaanin valmistamiseksi sulan suolan elektrolyysillä, jotka voidaan jakaa kolmeen luokkaan raaka-aineiden mukaan:
① Titanaatin elektrolyysi;
(2) titaanikloridin elektrolyysi;
③ Titaanioksidin elektrolyyttinen menetelmä, mukaan lukien FFC Cambridge-menetelmä, MER-prosessi, USTB-menetelmä, QIT-prosessi, SOM-menetelmä ja ioninen nestemäinen elektrolyyttimenetelmä jne.
2.2 Titaanin uudet käyttötavat
1940-luvulta lähtien titaanin käyttö on kehittynyt nopeasti ja sitä on käytetty laajalti lentokoneissa, raketteissa, ohjuksissa, satelliiteissa, avaruusaluksissa, laivoissa, sotateollisuudessa, lääketieteellisessä hoidossa ja petrokemian aloilla. Uusin tutkimus havaitsi, että ihmiskeho sisältää tietyn määrän titaania, titaani stimuloi fagosyyttisoluja, voi vahvistaa immuunijärjestelmää, joten monet laboratoriot ovat sitoutuneet kehittämään ja soveltamaan biologista titaania.
Uusi tekniikka ja titaaniseoksen sovellus
3.1 Titaaniseoksen valmistusmenetelmä
Titaaniseoksen perinteinen käsittely käyttää yleensä sulatus- ja valutekniikkaa, uusin käsittelytekniikka on jaettu seuraaviin:
(1) Lähellä verkkomuovaustekniikkaa;
(2) linjakitkahitsaustekniikka;
(3) superplastinen muovaustekniikka;
(4) Materiaalin valmistelu- ja käsittelyprosessin tietokonesimulaatiotekniikka.
Near net -muovaustekniikkaan kuuluvat lasermuovaus, tarkkuusvalu, tarkkuusmuovaus, jauhemetallurgia, suihkumuovaus ja muut menetelmät. Jauhemetallurgia on titaanijauheen tai titaaniseosjauheen käyttöä raaka-aineena muovauksen ja sintrauksen jälkeen titaaniosien valmistamiseksi uudesta prosessista. Ensimmäinen on jauheen tuotanto, yleensä mekaanisen seostuksen menetelmällä, kuulamyllyllä raaka-aineen voimakkaaseen iskemiseen, jauhamiseen ja sekoittamiseen. Sitten jauheena oleva seos puristetaan ja muodostetaan. On olemassa kaksi puristusmenetelmää, nimittäin painemuovaus ja ei-painemuovaus. Tämän vaiheen tarkoituksena on tehdä puristetun alkion muoto ja koko sekä tietty tiheys ja lujuus. Sitten blastoplasman purkausplasmasintrauksessa ylemmän ja alemman stanssauksen ja sähköelektrodin käyttö on spesifinen sintrausvirtalähde ja sintrattuun jauheeseen kohdistettu puristuspaine purkausaktivoinnin, termoplastisen muodonmuutoksen ja jäähdytyksen jälkeen korkean suorituskyvyn titaanimateriaalit. Sitten plasmasintrattu titaaniseos myöhempää käsittelyä varten, yleensä lämpökäsittelyä tai muovin käsittelyä varten.
3.2 Titaaniseosten uudet käyttötavat
Titaaniseoksia käytettiin laajasti ilmailualalla alkuaikoina, pääasiassa lentokoneiden moottoreiden tai pneumaattisten komponenttien valmistuksessa. Myöhemmin teknologian jatkuvan kehityksen myötä titaaniseos on tullut tavallisten ihmisten elämään, tehtaalla tai kodin laitteissa on myös titaaniseos kuva. Nyt maat ja instituutiot pyrkivät kehittämään uusia titaaniseoksia, jotta niillä on edullisia ja korkean suorituskyvyn ominaisuuksia. Titaaniseosten uusi kehitys on viime vuosina keskittynyt pääasiassa seuraaviin viiteen näkökohtaan.
(1) Lääketieteellinen titaaniseos
Titaaniseokset, joilla on pieni tiheys ja hyvä biologinen yhteensopivuus, ovat ihanteellisia lääketieteellisiä materiaaleja, ja niitä voidaan jopa istuttaa ihmiskehoon. Aiemmin lääketieteen alalla käytetyt titaaniseokset sisältävät vanadiinia ja alumiinia, jotka voivat aiheuttaa haittaa ihmiskeholle. Mutta lähitulevaisuudessa japanilaiset tutkijat ovat kehittäneet uuden tyyppisen titaaniseoksen, jolla on hyvä biologinen yhteensopivuus, mutta seosta ei ole vielä massatuotantona, uskotaan, että lähitulevaisuudessa tällaista korkealaatuista metalliseosta voidaan käyttää laajasti jokapäiväisessä elämässä.
(2) Paloa hidastava titaaniseos
Titaanipohjainen metalliseos, joka kestää palamista tietyssä paineessa, lämpötilassa ja ilman virtausnopeudessa, on paloa hidastava titaaniseos. Yhdysvallat, Venäjä ja Kiina ovat kehittäneet uusia vastustuskykyisiä titaaniseoksia, joista Yhdysvallat soveltaa näitä vastustuskykyisiä titaaniseoksia moottoriin, koska nämä titaaniseokset eivät ole herkkiä palamiselle, joten ne voivat parantaa huomattavasti moottorin vakautta.
(3) tyyppi, jolla on korkea lujuus ja sitkeys
tyyppisellä titaaniseoksella on korkea lujuus, hyvä hitsattavuus ja erinomainen kylmä- ja kuumatyöskentelykyky. Tutkijat käyttävät tätä lakia, valmistelu -tyyppisen titaaniseoksen ominaisuudet ovat hyvin ilmeisiä: hyvä kuumatyöstö, hyvä plastisuus, hyvä hitsausteho. Ja mekaaniset ominaisuudet paranevat huomattavasti liuosvanhenemiskäsittelyn jälkeen. Tällä hetkellä Japani ja Venäjä ovat valmistaneet tällaisia titaaniseoksia.
(4) Titaani- ja alumiiniyhdisteet
Verrattuna yleiseen titaaniseokseen, titaanialumiiniyhdisteellä on hyvä suorituskyky korkeassa lämpötilassa, hyvä hapettumisenkestävyys ja virumisenkestävyys, ja tiheys on pienempi kuin yleisellä titaaniseoksella. Nämä erinomaiset ominaisuudet on tarkoitettu siihen, että Ti - Al -yhdisteet käynnistävät uuden metalliseospuomin. Uusi titaani-alumiiniseos on syntetisoitu Yhdysvalloissa ja on massatuotannossa.
(5) Korkean lämpötilan titaaniseos
Yhdistämällä nopean jähmettymismenetelmän ja jauhemetallurgiamenetelmän kuitu- tai hiukkasvahvisteisella komposiitilla valmistetulla titaaniseoksella on erinomaiset korkean lämpötilan mekaaniset ominaisuudet. Korkean lämpötilan titaaniseoksen lämpötilaraja on paljon korkeampi kuin tavallisen titaaniseoksen. Tällä hetkellä Yhdysvallat on valmistellut uuden korkean lämpötilan titaaniseoksesta.
(6) Titaani-nikkeliseos
Titaanin ja nikkelin seos, joka tunnetaan nimellä "muistiseos", tehdään ennalta määrättyyn muotoon. Muotoilun jälkeen, jos ulkoiset voimat muuttavat muotoaan, se voidaan palauttaa alkuperäiseen ulkomuotoonsa pienellä lämmöllä. Tätä seosta voidaan käyttää useilla aloilla, kuten instrumenteissa ja elektronisissa laitteissa.
Titaaniseosmateriaalien kehityksen nykytila Kiinassa
Titaaniseos viittaa useisiin seosmetalleihin, jotka on valmistettu titaanista ja muista metalleista. Viime vuosina Kiina on usein julkaissut politiikkaa edistääkseen titaaniseosmateriaalien tutkimusta ja kehitystä, tuotantoa ja käyttöä. Maailmanmarkkinoilla titaaniseosmateriaaleja käytetään pääasiassa lentoteollisuudessa, puolustusteollisuudessa ja muilla teollisuudenaloilla. Niistä ilmailuteollisuuden sovelluskysyntä on noin 50 %, pääasiassa lentokoneiden ja moottoreiden valmistuksessa. Maamme titaanimateriaalien kysyntärakenteessa titaanin käsittelymateriaaleja käytetään pääasiassa kemianteollisuudessa, ja kotimaisessa ilmailussa käytettyjen titaanimateriaalien osuus on vain 20%, mikä osoittaa, että titaanimarkkinoilla on suuri potentiaali maamme ilmailussa käytetyt materiaalit. Tällä hetkellä korkealaatuisten titaaniseosten alalla on vain vähän yrityksiä, jotka voivat tuottaa massatuotantoa sotilaslentokoneen titaaniseoksesta tankoja ja lankoja maassamme, mikä on "duopoli" -kilpailumalli.
1. Politiikka kannustaa titaaniseosmateriaalien kehittämiseen
Titaaniseokset viittaavat erilaisiin seostettuihin metalleihin, jotka on valmistettu titaanista ja muista metalleista. Monet maat maailmassa ovat ymmärtäneet titaaniseosmateriaalien merkityksen ja tehneet niitä koskevaa tutkimusta ja kehitystä sekä sovellettu käytännössä. Viime vuosina Kiina on usein julkaissut politiikkaa edistääkseen titaaniseosmateriaalien tutkimusta ja kehitystä, tuotantoa ja käyttöä. Vuonna 2019 Guidance Catalog for Industrial Structure Adjustment (2019-luonnos) julkistettujen tietojen mukaan korkean suorituskyvyn ultrahienoja, erittäin karkeita, komposiittirakenteisia sementoituja kovametallimateriaaleja ja syväprosessointituotteita, matalamoduuliset titaaniseosmateriaalit, korroosionkestävät titaaniseosmateriaalit, titaaniseoskiinnikkeet ilmailu- ja avaruuskäyttöön ja niin edelleen luetellaan suositelluiksi hankkeiksi teollisuuden rakenteen säätöön.
2. Titaaniseosmateriaaleja käytetään pääasiassa ilmailu- ja sotilasaloilla
Maailmanmarkkinoilla titaaniseosmateriaaleja käytetään pääasiassa lentoteollisuudessa, puolustusteollisuudessa ja muilla teollisuudenaloilla. Niistä ilmailuteollisuuden sovelluskysyntä on noin 50 %, pääasiassa lentokoneiden ja moottoreiden valmistuksessa. Titaanimateriaalien kysyntärakenteessa Kiinassa titaanin käsittelymateriaaleja käytetään pääasiassa kemian alalla. Tärkein ero maailmaan verrattuna on ilmailualalla. Ilmailussa käytetyt titaanimateriaalit ovat aina muodostaneet noin 53 % maailman titaanimateriaalien kokonaiskysynnästä, kun taas kotimaisessa ilmailussa käytettyjen titaanimateriaalien osuus on vain 20 %, mikä osoittaa, että titaanimarkkinoilla on vielä paljon potentiaalia. materiaalit, joita käytetään ilmailussa Kiinassa.
Yhteenveto
Titaanilla on monia metalliin verrattuna vertaansa vailla olevia etuja, yhteiskunnan kehityksen, tieteen ja teknologian kehityksen myötä titaania ja titaaniseosta käytetään laajemmin, ihmisten kysyntä titaanille ja titaaniseokselle kasvaa, ja korkeat tuotantokustannukset ovat yksi tärkeimmät syyt rajoittaa titaanin ja titaaniseoksen edistämistä ja käyttöä. Siksi halpojen, laajamittaisten ja ekologisten ympäristönsuojelun jatkuvan tuotantoprosessin kehittäminen ja soveltaminen voi laajentaa titaanin ja titaaniseosten käyttöä.
