שימושים חדשים בסגסוגות טיטניום

טיטניום הוא סוג חדש של חומר עם יתרונות כמו צפיפות נמוכה, חוזק ספציפי גבוה, עמידות בחום ועמידות בפני קורוזיה. הוא שוקל רק חצי מברזל, אבל התכונות המכניות שלו כמו פטיש ושרטוט זהות לנחושת. באופן כללי, ככל שהטמפרטורה יורדת, התנגדות הפגיעה של המתכת תפחת, אך טיטניום הוא הפוך, ככל שהטמפרטורה נמוכה יותר, כך הטיטניום יהפוך קשה יותר, ותופעת מוליכות העל תתרחש כאשר הטמפרטורה הקריטית תגיע. סגסוגת טיטניום וטיטניום דומים במאפיינים במידה מסוימת, עם מאפיינים של צפיפות נמוכה וחוזק גבוה, בנוסף לתכונות המכאניות המצוינות שלו ועמידותו החזקה בפני קורוזיה. יתרה מכך, החוזק התרמי שלו גבוה, שהוא טוב משמעותית מזה של סגסוגת אלומיניום, והתכונות המכניות שלו לא משתנות הרבה בטמפרטורה נמוכה ובטמפרטורה-נמוכה במיוחד.

שיטת הכנה של טיטניום

למרות שטיטניום קיים בשפע יחסית בטבע, זוהי גם מתכת נדירה בגלל פיזורה וקשיי המיצוי שלה. כיום, הכנת טיטניום מחולקת לשתי קטגוריות: שיטת הפחתה תרמית ושיטת אלקטרוליזה של מלח מותך.

1. הכנת טיטניום בשיטת הפחתה תרמית

שיטת ההפחתה התרמית היא הפחתת טיטניום מתרכובות טיטניום כגון TiCl4, TiO2, K2TiF6 וכו' בטמפרטורה מסוימת תוך שימוש בחומרים מפחיתים חזקים כגון Li, Na, Mg, Ca וההידרידים שלהם. על פי תרכובות הטיטניום השונות, ניתן לחלק את הטכנולוגיה של הכנת טיטניום על ידי הפחתה תרמית לשלוש קטגוריות:

(1) שיטות חיזור של טיטניום כלוריד, כגון שיטת קרול, שיטת האנטר, שיטת ארמסטרונג ושיטת EMR;

(2) שיטות חיזור של תחמוצות טיטניום, כגון שיטת מערכת ההפעלה, תהליך PRP, שיטת MHR וכו';

(3) שיטת חיזור של טיטנאט.

נכון לעכשיו, רק את שיטות קרול והאנטר ניתן ליישם בהצלחה בייצור תעשייתי. שיטת קרול משתמשת במתכת מגנזיום כדי להחליף טיטניום בכלוריד, ושיטת האנטר משתמשת במתכת נתרן כדי להחליף טיטניום בכלוריד. בנוסף, שיטת ארמסטרונג שפותחה על ידי Chicago International Titanium Powder Company דומה לשיטת האנטר, המשתמשת גם בחומר המצמצם נתרן לטיהור מתכת טיטניום. ארצות הברית החלה להשתמש בשיטה זו לייצור קדם-במפעלים.

2. טיטניום מוכן על ידי אלקטרוליזה של מלח מותך

בשנת 1959, קרול חזה כי אלקטרוליזה של מלח מותך תחליף את קרול כשיטה המרכזית לייצור טיטניום ב-5-10 השנים הבאות. במהלך השנים פיתחו מוסדות מחקר מדעיים ומעבדות בארץ ובחו"ל יותר מתריסר טכנולוגיות חדשות להכנת טיטניום על ידי אלקטרוליזה של מלח מותך, שניתן לחלקן לשלוש הקטגוריות הבאות לפי חומרי גלם:

(1) שיטת אלקטרוליזה של טיטנאט;

(2) שיטת אלקטרוליזה של טיטניום כלוריד;

(3) שיטות אלקטרוליזה של תחמוצות טיטניום, לרבות שיטת FFC Cambridge, תהליך MER, שיטת USTB, תהליך QIT, שיטת SOM ושיטת אלקטרוליזה נוזלית יונית וכו'.

שימושים חדשים בטיטניום

מאז שנות ה-40 של המאה ה-20, השימוש בטיטניום התפתח במהירות והיה בשימוש נרחב בכלי טיס, רקטות, טילים, לוויינים מלאכותיים, חלליות, ספינות, תעשייה צבאית, תעשיות רפואיות ופטרוכימיות. המחקר האחרון מצא שגוף האדם מכיל כמות מסוימת של טיטניום, הממריץ פגוציטים ויכול לחזק חסינות, ולכן מעבדות רבות מחויבות לפיתוח ויישום של ביוטיטניום.

שיטת הכנה של סגסוגת טיטניום

העיבוד המסורתי של סגסוגת טיטניום מאמץ בדרך כלל טכנולוגיית התכה ויציקה, וטכנולוגיית העיבוד העדכנית ביותר מחולקת לסוגים הבאים:

ליד-טכנולוגיית דפוס רשת ;

טכנולוגיית ריתוך חיכוך תיל;

טכנולוגיית דפוס סופר-פלסטיק;

טכנולוגיית Near-net molding כוללת יצירת לייזר, יציקה מדויקת, פרזול תבנית מדויק, מתכות אבקה, יציקת סילון ושיטות אחרות. מטלורגיית אבקה היא תהליך חדש המשתמש באבקת טיטניום או אבקת סגסוגת טיטניום כחומר גלם, יצוק ומסינטר, ולאחר מכן מייצר חלקי טיטניום. הראשון הוא ייצור אבקה, שמשתמש בדרך כלל בשיטה של ​​סגסוגת מכנית, ומשתמש בטחנת כדורים כדי להשפיע חזק, לטחון ולערבב את חומרי הגלם. לאחר מכן, הסגסוגת שיצרה אבקה נלחצת לשתי שיטות לחיצה, כלומר יצירת לחץ וצורה ללא לחץ. מטרת שלב זה היא ליצור צורה וגודל מסוימים של העובר ולגרום לו לצפיפות וחוזק מסוימים. לאחר מכן, החומר הריק המוגמר משוחרר בסינטר פלזמה, ומקור כוח סינטר ולחץ לחיצה ספציפיים מופעלים על האבקה המחוברת באמצעות האלקטרודות העליונות והתחתונות של ניקוב ואנרגיה, וחומר הטיטניום בעל הביצועים הגבוהים-מוכן על ידי הפעלת פריקה, עיוות תרמופלסטי וקירור. לאחר מכן, סגסוגת הטיטניום שעברה סינטר פלזמה מטופלת לאחר מכן, בדרך כלל טיפול בחום או עיבוד פלסטי.

שימושים חדשים בסגסוגות טיטניום

סגסוגות טיטניום היו בשימוש נרחב בתחום התעופה והחלל בימים הראשונים, בעיקר שימשו לייצור מנועי מטוסים או רכיבים פניאומטיים. מאוחר יותר, עם ההתפתחות המתמשכת של הטכנולוגיה, סגסוגת טיטניום נכנסה לחייהם של אנשים רגילים, וסגסוגת טיטניום נמצאת גם במפעלים או במכשירים ביתיים. כעת מדינות ומוסדות מתחרים על פיתוח סגסוגות טיטניום חדשות כדי שיהיו להן את המאפיינים של עלות נמוכה וביצועים גבוהים, והפיתוח החדש של סגסוגות טיטניום בשנים האחרונות מתרכז בעיקר בחמשת ההיבטים הבאים.

1. סגסוגת טיטניום רפואית

לסגסוגת טיטניום יש צפיפות נמוכה ותאימות ביולוגית טובה, מה שהופך אותה לחומר רפואי אידיאלי ואף ניתן להשתיל אותה בגוף האדם. עם זאת, לאחרונה, חוקרים יפנים פיתחו סוג חדש של סגסוגת טיטניום עם תאימות ביולוגית טובה, אך נכון לעכשיו, סגסוגת זו לא יוצרה-המונית, ומאמינים שבעתיד הקרוב, ניתן להשתמש בסגסוגות- באיכות כה גבוהה בחיי היומיום.

2. סגסוגת טיטניום מעכבת בעירה

סגסוגות מבוססות טיטניום- שיכולות לעמוד בפני בעירה בלחצים, טמפרטורות ומהירויות זרימת אוויר מסוימות הן נגדי טיטניום. ארצות הברית, רוסיה וסין פיתחו ברציפות סגסוגות טיטניום עמידות חדשות, ביניהן ארצות הברית מיישמת סגסוגות טיטניום התנגדות אלו למנועים, מכיוון שסגסוגות טיטניום אלו אינן רגישות לבעירה, כך שהן יכולות לשפר מאוד את יציבות המנוע.

3. סוג חוזק גבוה וקשיחות גבוהה

לסגסוגת טיטניום מסוג -המאפיינים של חוזק גבוה, יכולת ריתוך טובה וביצועי עיבוד קר וחמים מצוינים. החוקרים השתמשו בחוק זה כדי להכין סגסוגות טיטניום מסוג -עם מאפיינים ברורים: ביצועים טובים של עיבוד חום רוחני, פלסטיות טובה וביצועי ריתוך טובים. והתכונות המכניות שלו משתפרות מאוד לאחר טיפול-תמיסת ההזדקנות. נכון לעכשיו, יפן ורוסיה הכינו סגסוגות טיטניום כאלה.

4. תרכובות אלומיניום-טיטניום

בהשוואה לסגסוגות טיטניום רגילות, לתרכובות אלומיניום טיטניום יש ביצועים טובים בטמפרטורה גבוהה, עמידות טובה בחמצון ועמידות לזחילה, והן פחות צפופות מסגסוגות טיטניום רגילות. המאפיינים המצוינים האלה נועדו להפעיל בום חדש מסגסוגת בתרכובות אלומיניום-טיטניום. נכון לעכשיו, ארה"ב סינתזה את סגסוגת האלומיניום- החדשה הזו של טיטניום והיא נמצאת בייצור המוני.

5. סגסוגת טיטניום-בטמפרטורה גבוהה

סגסוגות טיטניום שהוכנו על ידי שילוב של שיטות מיצוק מהירות ושיטות מתכות אבקה באמצעות סיבים או חלקיקים מחוזקים-בעלות מאפיינים מכניים מעולים-בטמפרטורה גבוהה. מגבלת טמפרטורת השימוש של סגסוגת טיטניום בטמפרטורה גבוהה- גבוהה בהרבה מזו של סגסוגת טיטניום רגילה. נכון לעכשיו, הוכנה בארצות הברית סגסוגת טיטניום חדשה בטמפרטורה גבוהה-.

6. סגסוגת ניקל טיטניום-

הסגסוגת המורכבת מטיטניום וניקל נקראת "סגסוגת זיכרון", אשר נעשית לצורה מוגדרת מראש ולאחר מכן מעוצבת כך שתחזיר את המראה המקורי שלה בחימום קל אם היא מתעוותת על ידי כוחות חיצוניים. ניתן להשתמש בסגסוגת זו בתחומים שונים כגון מכשור ומכשירים אלקטרוניים.