Inleiding tot de eigenschappen van titanium en titaniumlegeringen
1.1 Inleiding tot titanium
Titanium is een nieuw type materiaal dat de voordelen heeft van een lage dichtheid, hoge specifieke sterkte, hittebestendigheid en corrosiebestendigheid. Het weegt slechts de helft zoveel als ijzer, maar de mechanische eigenschappen, zoals hameren en trekken, zijn vergelijkbaar met die van koper. Over het algemeen zal de weerstand van metalen afnemen als de temperatuur daalt, maar titanium is integendeel: hoe lager de temperatuur, titanium zal steeds harder worden en er zal supergeleiding optreden wanneer de kritische temperatuur wordt bereikt.
1.2 Inleiding tot titaniumlegering
Titaniumlegering en titanium zijn tot op zekere hoogte vergelijkbaar van aard, met de kenmerken van lage dichtheid en hoge sterkte, naast de uitstekende mechanische eigenschappen, sterke corrosieweerstand. Bovendien is de thermische sterkte hoog, wat duidelijk beter is dan die van een aluminiumlegering. Tegelijkertijd veranderen de mechanische eigenschappen weinig bij lage en ultralage temperaturen.
Nieuwe technologie en toepassing van titanium
2.1 Bereidingswijze van titanium
Hoewel titanium relatief overvloedig aanwezig is in de natuur, is het ook een zeldzaam metaal omdat het verspreid is en moeilijk te extraheren is. Momenteel is de bereiding van titanium verdeeld in twee categorieën: thermische reductiemethode en gesmolten-zoutelektrolysemethode.
(1) Titanium werd bereid door middel van een thermische reductiemethode
Thermische reductiemethode is bij een bepaalde temperatuur, het gebruik van Li, Na, Mg, Ca en zijn hydride en andere sterke reductiemiddelen, titanium uit titaniumverbindingen zoals TiCl4, TiO2, K2TiF6-reductie. Volgens de verschillende titaniumverbindingen kan de technologie van titaniumbereiding door thermische reductie in drie categorieën worden verdeeld:
① Titaanchloride REDOX-methode, zoals Kroll-methode, Hunter-methode, Armstrong-methode en EMR-methode;
② REDOX-methode van titaniumoxide, zoals OS-methode, PRP-proces, MHR-methode, enz.
③ REDOX-methode van titanaat.
Momenteel kunnen alleen de Kroll-methode en de Hunter-methode met succes worden toegepast in de industriële productie. De Kroll-methode gebruikt magnesium om titanium uit chloride te vervangen, en de Hunter-methode gebruikt natriummetaal om titanium uit chloride te vervangen. Bovendien heeft het internationale titaniumpoederbedrijf uit Chicago in de Verenigde Staten de Armstrong-methode ontwikkeld, de bereidingsmethode is vergelijkbaar met de Hunter-methode en ook het gebruik van reductiemiddel natrium om titaniummetaal te zuiveren. De Verenigde Staten gebruiken deze methode al voor pre-productie in fabrieken.
(2) Bereiding van titanium door middel van gesmolten zoutelektrolyse
In 1959 voorspelde Kroll dat elektrolyse van gesmolten zout Kroll binnen de komende vijf tot tien jaar zou vervangen als de dominante methode voor de productie van titanium. Door de jaren heen hebben onderzoeksinstellingen en laboratoria in binnen- en buitenland in totaal meer dan een dozijn nieuwe technologieën ontwikkeld voor de bereiding van titanium door middel van gesmolten zoutelektrolyse, die afhankelijk van de grondstoffen in de volgende drie categorieën kunnen worden onderverdeeld:
① Elektrolyse van titanaat;
(2) Elektrolyse van titaniumchloride;
③ Elektrolytische methode van titaniumoxide, inclusief FFC Cambridge-methode, MER-proces, USTB-methode, QIT-proces, SOM-methode en ionische vloeibare elektrolytische methode, enz.
2.2 Nieuwe toepassingen van titanium
Sinds de jaren veertig heeft het gebruik van titanium zich snel ontwikkeld en wordt het op grote schaal gebruikt in vliegtuigen, raketten, raketten, satellieten, ruimteschepen, schepen, de militaire industrie, medische behandelingen en petrochemische velden. Uit het laatste onderzoek is gebleken dat het menselijk lichaam een bepaalde hoeveelheid titanium bevat, titanium stimuleert fagocytische cellen en kan de immuunfunctie versterken, dus veel laboratoria zetten zich in voor de ontwikkeling en toepassing van biologisch titanium.
Nieuwe technologie en toepassing van titaniumlegering
3.1 Bereidingswijze van titaniumlegering
Traditionele verwerking van titaniumlegeringen maakt over het algemeen gebruik van smelt- en giettechnologie, de nieuwste verwerkingstechnologie is onderverdeeld in het volgende:
(1) Near-net-vormtechnologie;
(2) Lijnwrijvingslastechnologie;
(3) superplastische vormtechnologie;
(4) Computersimulatietechnologie van materiaalvoorbereiding en verwerkingsproces.
Near-net-molding-technologie omvat lasergieten, precisiegieten, precisiesmeden van matrijzen, poedermetallurgie, straalgieten en andere methoden. Poedermetallurgie is het gebruik van titaniumpoeder of titaniumlegeringspoeder als grondstof, na het vormen en sinteren, om titaniumonderdelen van het nieuwe proces te vervaardigen. De eerste is de productie van poeder, meestal met behulp van de methode van mechanisch legeren, waarbij een kogelmolen wordt gebruikt om de grondstof krachtig te slaan, te malen en te roeren. Vervolgens wordt de legering waaruit poeder is gevormd, geperst en gevormd. Er zijn twee persmethoden, namelijk drukvormen en niet-drukvormen. Het doel van deze stap is om het geperste embryo een bepaalde vorm en grootte te geven en het een bepaalde dichtheid en sterkte te geven. Vervolgens zal bij het maken van het blastoplasma-ontladingsplasma-sinteren het gebruik van bovenste en onderste matrijsponsen en elektrische elektrode een specifieke sinterstroomvoorziening zijn en drukdruk uitgeoefend op het gesinterde poeder, na ontladingsactivering, thermoplastische vervorming en koeling om de voorbereiding te voltooien. hoogwaardige titaniummaterialen. Vervolgens wordt de plasmagesinterde titaniumlegering gebruikt voor daaropvolgende behandeling, meestal warmtebehandeling of kunststofverwerking.
3.2 Nieuwe toepassingen van titaniumlegeringen
Titaniumlegeringen werden in de beginperiode veel gebruikt in de lucht- en ruimtevaart, voornamelijk bij de productie van vliegtuigmotoren of pneumatische componenten. Later, met de voortdurende ontwikkeling van de technologie, is titaniumlegering in het leven van gewone mensen terechtgekomen, in de fabriek of thuis hebben apparaten ook een figuur van titaniumlegering. Nu landen en instellingen zich inspannen om nieuwe titaniumlegeringen te ontwikkelen, zodat ze de kenmerken hebben van lage kosten en hoge prestaties, concentreert de nieuwe ontwikkeling van titaniumlegeringen de afgelopen jaren zich voornamelijk op de volgende vijf aspecten.
(1) Medische titaniumlegering
Titaniumlegeringen met een lage dichtheid en goede biocompatibiliteit zijn ideale medische materialen en kunnen zelfs in het menselijk lichaam worden geïmplanteerd. Titaniumlegeringen die voorheen op medisch gebied werden gebruikt, bevatten vanadium en aluminium, die schade aan het menselijk lichaam kunnen veroorzaken. Maar in de nabije toekomst hebben Japanse wetenschappers een nieuw type titaniumlegering ontwikkeld, met goede biocompatibiliteit, maar de legering is nog niet in massa geproduceerd. Er wordt aangenomen dat een dergelijke hoogwaardige legering in de nabije toekomst op grote schaal kan worden gebruikt. in het dagelijks leven.
(2) Vlamvertragende titaniumlegering
De titaniumbasislegering die bestand is tegen verbranding onder bepaalde druk, temperatuur en luchtstroomsnelheid is een vlamvertragende titaniumlegering. De Verenigde Staten, Rusland en China hebben nieuwe weerstandstitaniumlegeringen ontwikkeld, waaronder de Verenigde Staten deze weerstandstitaniumlegeringen op de motor zullen toepassen, omdat deze titaniumlegeringen niet gevoelig zijn voor verbranding en dus de stabiliteit van de motor aanzienlijk kunnen verbeteren.
(3) type met hoge sterkte en taaiheid
type titaniumlegering heeft de kenmerken van hoge sterkte, goede lasbaarheid en uitstekende koude en warme werkprestaties. Onderzoekers gebruiken deze wet, de kenmerken van de bereiding van titaniumlegeringen zijn heel duidelijk: goede prestaties bij warm werken, goede plasticiteit, goede lasprestaties. En de mechanische eigenschappen zijn aanzienlijk verbeterd na de oplossingsverouderingsbehandeling. Momenteel hebben Japan en Rusland dergelijke titaniumlegeringen vervaardigd.
(4) Titanium- en aluminiumverbindingen
Vergeleken met de algemene titaniumlegering heeft de titaniumaluminiumverbinding goede prestaties bij hoge temperaturen, goede oxidatieweerstand en kruipweerstand, en de dichtheid is minder dan die van de algemene titaniumlegering. Deze uitstekende eigenschappen zijn bestemd voor Ti-Al-verbindingen die een nieuwe hausse aan legeringen zullen veroorzaken. De nieuwe titanium-aluminiumverbindingslegering is in de Verenigde Staten gesynthetiseerd en is in massaproductie.
(5) Titaniumlegering voor hoge temperaturen
Door de snelle stollingsmethode en de poedermetallurgiemethode te combineren, heeft de titaniumlegering, vervaardigd uit vezel- of deeltjesversterkt composiet, uitstekende mechanische eigenschappen bij hoge temperaturen. De temperatuurlimiet van een titaniumlegering op hoge temperatuur is veel hoger dan die van een gewone titaniumlegering. Momenteel hebben de Verenigde Staten een nieuwe titaniumlegering voor hoge temperaturen voorbereid.
(6) Titanium-nikkellegering
Een legering van titanium en nikkel, bekend als een "geheugenlegering", wordt in een vooraf bepaalde vorm gemaakt. Nadat het is gevormd en vervormd door externe krachten, kan het met een beetje warmte in zijn oorspronkelijke uiterlijk worden hersteld. Deze legering kan op verschillende gebieden worden gebruikt, zoals instrumentatie en elektronische apparaten.
Huidige status van de ontwikkeling van titaniumlegeringsmaterialen in China
Titaniumlegering verwijst naar een verscheidenheid aan gelegeerde metalen gemaakt van titanium en andere metalen. De afgelopen jaren heeft China regelmatig beleid uitgevaardigd om onderzoek en ontwikkeling, productie en toepassing van materialen van titaniumlegeringen aan te moedigen. Op de wereldmarkt worden materialen van titaniumlegeringen voornamelijk gebruikt in de luchtvaartindustrie, defensie-industrie en andere industrieën. Onder hen is de vraag naar toepassingen in de luchtvaartindustrie goed voor ongeveer 50%, voornamelijk voor de productie van vliegtuigen en motoren. In de vraagstructuur van titaniummaterialen in ons land worden titaniumverwerkingsmaterialen voornamelijk gebruikt op het gebied van de chemische industrie, en het aandeel titaniummaterialen dat in de binnenlandse lucht- en ruimtevaart wordt gebruikt, bedraagt slechts 20%, wat aangeeft dat er een groot potentieel is op de titaniummarkt. materialen die in ons land in de luchtvaart worden gebruikt. Op dit moment zijn er op het gebied van hoogwaardige titaniumlegeringen in ons land weinig ondernemingen die in ons land massaal staven en draden van titaniumlegeringen uit de militaire luchtvaart kunnen produceren, wat een "duopolie" concurrentiepatroon is.
1. Het beleid stimuleert de ontwikkeling van materialen van titaniumlegeringen
Titaniumlegeringen verwijzen naar een verscheidenheid aan gelegeerde metalen gemaakt van titanium en andere metalen. Veel landen in de wereld hebben het belang van titaniumlegeringsmaterialen ingezien, hebben er onderzoek en ontwikkeling op uitgevoerd en het in de praktijk toegepast. De afgelopen jaren heeft China regelmatig beleid uitgevaardigd om onderzoek en ontwikkeling, productie en toepassing van materialen van titaniumlegeringen aan te moedigen. In 2019, volgens de informatie bekendgemaakt in de Guidance Catalog for Industrial Structure Adjustment (2019 Draft), hoogwaardige ultrafijne, ultragrove, composietstructuur gecementeerde carbidematerialen en diepverwerkingsproducten, materialen van titaniumlegering met lage modulus, corrosiebestendig Materialen van titaniumlegeringen, bevestigingsmiddelen van titaniumlegeringen voor de lucht- en ruimtevaart, enzovoort, zullen worden vermeld als aangemoedigde projecten voor aanpassing van de industriële structuur.
2. Materialen van titaniumlegeringen worden voornamelijk gebruikt in de lucht- en ruimtevaart en op militair gebied
Op de wereldmarkt worden materialen van titaniumlegeringen voornamelijk gebruikt in de luchtvaartindustrie, defensie-industrie en andere industrieën. Onder hen is de vraag naar toepassingen in de luchtvaartindustrie goed voor ongeveer 50%, voornamelijk voor de productie van vliegtuigen en motoren. In de vraagstructuur van titaniummaterialen in China worden titaniumverwerkingsmaterialen voornamelijk gebruikt op chemisch gebied. Het belangrijkste verschil met de wereld ligt op luchtvaartgebied. Titaniummaterialen die in de luchtvaart worden gebruikt, zijn altijd verantwoordelijk geweest voor ongeveer 53% van de totale vraag naar titaniummaterialen in de wereld, terwijl het aandeel titaniummaterialen dat in de binnenlandse lucht- en ruimtevaart wordt gebruikt slechts 20% bedraagt, wat aangeeft dat er nog steeds een groot potentieel is op de markt voor titanium materialen die in de luchtvaart in China worden gebruikt.
Samenvatting
Titanium heeft veel onvergelijkbare voordelen van metaal. Met de vooruitgang van de samenleving, de ontwikkeling van wetenschap en technologie, zullen titanium en titaniumlegeringen op grotere schaal worden gebruikt, zal de menselijke vraag naar titanium en titaniumlegeringen toenemen en zijn hoge productiekosten een van de belangrijkste redenen om de promotie en het gebruik van titanium en titaniumlegeringen te beperken. Daarom kan de ontwikkeling en toepassing van een goedkoop, grootschalig en ecologisch continu productieproces voor milieubescherming ervoor zorgen dat titanium en titaniumlegeringen op grotere schaal worden gebruikt.
