Titanium is een nieuw type materiaal met voordelen zoals een lage dichtheid, hoge specifieke sterkte, hittebestendigheid en corrosieweerstand. Het weegt slechts de helft zoveel als ijzer, maar de mechanische eigenschappen, zoals hameren en trekken, zijn hetzelfde als die van koper. Over het algemeen zal de slagvastheid van het metaal afnemen als de temperatuur daalt, maar titanium is het tegenovergestelde: hoe lager de temperatuur, hoe harder het titanium zal worden, en het fenomeen van supergeleiding zal optreden wanneer de kritische temperatuur wordt bereikt. Titaniumlegering en titanium zijn tot op zekere hoogte vergelijkbaar qua eigenschappen, met de kenmerken van lage dichtheid en hoge sterkte, naast de uitstekende mechanische eigenschappen en sterke corrosieweerstand. Bovendien is de thermische sterkte hoog, wat aanzienlijk beter is dan die van een aluminiumlegering, en veranderen de mechanische eigenschappen niet veel bij lage en ultra- lage temperaturen.
Bereidingswijze van titanium
Hoewel titanium relatief overvloedig aanwezig is in de natuur, is het ook een zeldzaam metaal vanwege de verspreiding ervan en de moeilijkheidsgraad bij de extractie. Momenteel is de bereiding van titanium verdeeld in twee categorieën: thermische reductiemethode en gesmolten-zoutelektrolysemethode.
1. Bereiding van titanium door middel van thermische reductiemethode
De thermische reductiemethode is het reduceren van titanium uit titaniumverbindingen zoals TiCl4, TiO2, K2TiF6, enz. bij een bepaalde temperatuur met behulp van sterke reductiemiddelen zoals Li, Na, Mg, Ca en hun hydriden. Volgens de verschillende titaniumverbindingen kan de technologie voor het bereiden van titanium door thermische reductie in drie categorieën worden verdeeld:
(1) Redox-methoden voor titaniumchloride, zoals Kroll-methode, Hunter-methode, Armstrong-methode en EMR-methode;
(2) redoxmethoden voor titaniumoxiden, zoals OS-methode, PRP-proces, MHR-methode, enz.;
(3) Redox-methode van titanaat.
Momenteel kunnen alleen de methoden van Kroll en Hunter met succes worden toegepast in de industriële productie. De Kroll-methode gebruikt magnesiummetaal om titanium in chloride te vervangen, en de Hunter-methode gebruikt natriummetaal om titanium in chloride te vervangen. Bovendien is de door Chicago International Titanium Powder Company ontwikkelde Armstrong-methode vergelijkbaar met de Hunter-methode, waarbij ook het reductiemiddel natrium wordt gebruikt om titaniummetaal te zuiveren. De Verenigde Staten zijn deze methode gaan gebruiken voor pre-productie in fabrieken.
2. Titanium wordt bereid door gesmolten zoutelektrolyse
In 1959 voorspelde Kroll dat gesmolten-zoutelektrolyse Kroll de komende vijf tot tien jaar zou vervangen als de reguliere methode voor de productie van titanium. In de loop der jaren hebben wetenschappelijke onderzoeksinstellingen en laboratoria in binnen- en buitenland meer dan een dozijn nieuwe technologieën ontwikkeld voor de bereiding van titanium door middel van gesmolten zoutelektrolyse, die op basis van grondstoffen in de volgende drie categorieën kunnen worden onderverdeeld:
(1) Elektrolysemethode van titanaat;
(2) Elektrolysemethode van titaniumchloride;
(3) Elektrolysemethoden voor titaniumoxiden, waaronder de FFC Cambridge-methode, MER-proces, USTB-methode, QIT-proces, SOM-methode en ionische vloeibare elektrolysemethode, enz.
Nieuwe toepassingen van titanium
Sinds de jaren 40 van de 20e eeuw heeft het gebruik van titanium zich snel ontwikkeld en wordt het op grote schaal gebruikt in vliegtuigen, raketten, raketten, kunstmatige satellieten, ruimtevaartuigen, schepen, de militaire industrie, de medische en petrochemische industrie. Uit het laatste onderzoek is gebleken dat het menselijk lichaam een bepaalde hoeveelheid titanium bevat, wat fagocyten stimuleert en de immuniteit kan versterken. Daarom houden veel laboratoria zich bezig met de ontwikkeling en toepassing van biotitanium.
Bereidingswijze van titaniumlegering
De traditionele verwerking van titaniumlegeringen maakt over het algemeen gebruik van smelt- en giettechnologie, en de nieuwste verwerkingstechnologie is onderverdeeld in de volgende typen:
near-net-molding-technologie;
draadwrijvingslastechnologie;
superplastische giettechnologie;
Near{0}}net-moldingtechnologie omvat laservormen, precisiegieten, precisiesmeden van matrijzen, poedermetallurgie, straalgieten en andere methoden. Poedermetallurgie is een nieuw proces waarbij titaniumpoeder of titaniumlegeringspoeder als grondstof wordt gebruikt, gegoten en gesinterd, en vervolgens titaniumonderdelen worden vervaardigd. De eerste is de productie van poeder, waarbij doorgaans gebruik wordt gemaakt van de methode van mechanisch legeren, waarbij gebruik wordt gemaakt van een kogelmolen om de grondstoffen krachtig te vermalen, te roeren en te roeren. De legering die een poeder heeft gevormd, wordt vervolgens volgens twee persmethoden geperst, namelijk drukvormen en drukloos vormen. Het doel van deze stap is om het embryo een bepaalde vorm en grootte te geven en het een bepaalde dichtheid en sterkte te geven. Vervolgens wordt het afgewerkte blanco materiaal plasmagesinterd en wordt een specifieke sinterkrachtbron en persdruk op het gesinterde poeder uitgeoefend met behulp van de bovenste en onderste matrijspons- en energie-elektroden, en wordt het hoogwaardige titaniummateriaal bereid door ontladingsactivering, thermoplastische vervorming en koeling. Vervolgens wordt de titaniumlegering die plasmasinteren heeft ondergaan, vervolgens behandeld, meestal een warmtebehandeling of kunststofverwerking.
Nieuwe toepassingen van titaniumlegeringen
Titaniumlegeringen werden in de begintijd veel gebruikt in de lucht- en ruimtevaart, voornamelijk voor de productie van vliegtuigmotoren of pneumatische componenten. Later, met de voortdurende ontwikkeling van technologie, is titaniumlegering in het leven van gewone mensen terechtgekomen, en titaniumlegering wordt ook aangetroffen in fabrieken of huishoudelijke apparaten. Nu concurreren landen en instellingen om nieuwe titaniumlegeringen te ontwikkelen, zodat deze de kenmerken hebben van lage kosten en hoge prestaties, en de nieuwe ontwikkeling van titaniumlegeringen van de afgelopen jaren concentreert zich voornamelijk op de volgende vijf aspecten.
1. Medische titaniumlegering
Titaniumlegering heeft een lage dichtheid en goede biocompatibiliteit, waardoor het een ideaal medisch materiaal is en zelfs in het menselijk lichaam kan worden geïmplanteerd. Recentelijk hebben Japanse wetenschappers echter een nieuw type titaniumlegering ontwikkeld met een goede biocompatibiliteit, maar op dit moment is deze legering nog niet op grote schaal-geproduceerd, en er wordt aangenomen dat legeringen van zulke hoge-kwaliteit in de nabije toekomst op grote schaal in het dagelijks leven kunnen worden gebruikt.
2. Vlamvertragende titaniumlegering
Legeringen op basis van titanium- die bestand zijn tegen verbranding bij bepaalde drukken, temperaturen en luchtstroomsnelheden zijn titaniumweerstanden. De Verenigde Staten, Rusland en China hebben achtereenvolgens nieuwe resistieve titaniumlegeringen ontwikkeld, waaronder de Verenigde Staten deze resistieve titaniumlegeringen toepassen op motoren, omdat deze titaniumlegeringen ongevoelig zijn voor verbranding en dus de stabiliteit van de motor aanzienlijk kunnen verbeteren.
3. Type met hoge sterkte en hoge taaiheid
-type titaniumlegering heeft de kenmerken van hoge sterkte, goede lasbaarheid en uitstekende koude en warme verwerkingsprestaties. De onderzoekers gebruikten deze wet om titaniumlegeringen van het type -te bereiden met duidelijke kenmerken: goede mechanische bewerkingsprestaties door geestelijke hitte, goede plasticiteit en goede lasprestaties. En de mechanische eigenschappen worden aanzienlijk verbeterd na een oplossingsverouderingsbehandeling. Momenteel hebben Japan en Rusland dergelijke titaniumlegeringen vervaardigd.
4. Titanium-aluminiumverbindingen
Vergeleken met gewone titaniumlegeringen hebben titaniumaluminiumverbindingen goede prestaties bij hoge temperaturen, goede oxidatieweerstand en kruipweerstand, en zijn ze minder dicht dan gewone titaniumlegeringen. Deze uitstekende eigenschappen zijn voorbestemd om een nieuwe hausse aan legeringselementen in titanium-aluminiumverbindingen teweeg te brengen. Momenteel hebben de Verenigde Staten deze nieuwe legering van titanium-aluminiumverbinding gesynthetiseerd en is deze in massaproductie.
5. Titaniumlegering voor hoge- temperaturen
Titaniumlegeringen die zijn bereid door snelle stollingsmethoden en poedermetallurgische methoden te combineren met vezel- of deeltjesversterkte composieten- hebben uitstekende mechanische eigenschappen- bij hoge temperaturen. De gebruikstemperatuurlimiet van een titaniumlegering met hoge- temperatuur is veel hoger dan die van een gewone titaniumlegering. Momenteel is in de Verenigde Staten een nieuwe titaniumlegering voor hoge-temperaturen vervaardigd.
6. Titanium-nikkellegering
De legering bestaande uit titanium en nikkel wordt een "geheugenlegering" genoemd, die in een vooraf bepaalde vorm wordt gemaakt en vervolgens wordt gevormd om zijn oorspronkelijke uiterlijk te herstellen met een lichte verwarming als deze wordt vervormd door externe krachten. Deze legering kan op verschillende gebieden worden gebruikt, zoals instrumentatie en elektronische apparaten.
