Титан — это новый тип материала, обладающий такими преимуществами, как низкая плотность, высокая удельная прочность, термостойкость и коррозионная стойкость. Он весит вдвое меньше железа, но его механические свойства, такие как ковка и волочение, такие же, как у меди. Вообще говоря, при понижении температуры ударная вязкость металла будет уменьшаться, а у титана все наоборот: чем ниже температура, тем тверже становится титан, и при достижении критической температуры произойдет явление сверхпроводимости. Титановый сплав и титан в некоторой степени схожи по свойствам, характеризуются низкой плотностью и высокой прочностью, а также превосходными механическими свойствами и сильной коррозионной стойкостью. При этом его термическая прочность высока, что значительно лучше, чем у алюминиевого сплава, а механические свойства не сильно изменяются при низкой и сверхнизкой температуре.
Способ получения титана
Хотя титан относительно распространен в природе, он также является редким металлом из-за его дисперсности и сложности добычи. В настоящее время получение титана делится на две категории: метод термического восстановления и метод электролиза расплавленных солей.
1. Получение титана методом термического восстановления.
Метод термического восстановления заключается в восстановлении титана из соединений титана, таких как TiCl4, TiO2, K2TiF6 и др., при определенной температуре с использованием сильных восстановителей, таких как Li, Na, Mg, Ca и их гидриды. По различным соединениям титана технологию получения титана термическим восстановлением можно разделить на три категории:
(1) окислительно-восстановительные методы хлорида титана, такие как метод Кролла, метод Хантера, метод Армстронга и метод ЭМИ;
(2) окислительно-восстановительные методы оксидов титана, такие как метод OS, процесс PRP, метод MHR и т. д.;
(3) Окислительно-восстановительный метод титаната.
В настоящее время в промышленном производстве могут успешно применяться только методы Кролла и Хантера. В методе Кролла для замены титана в хлориде используется металлический магний, а в методе Хантера для замены титана в хлориде используется металлический натрий. Кроме того, метод Армстронга, разработанный Chicago International Titanium Powder Company, аналогичен методу Хантера, в котором для очистки металлического титана также используется восстановитель натрий. В США начали использовать этот метод для предварительного производства на заводах.
2. Титан получают электролизом расплавленных солей.
В 1959 году Кролл предсказал, что электролиз расплавленных солей заменит Кролла в качестве основного метода производства титана в ближайшие 5-10 лет. За прошедшие годы научно-исследовательские институты и лаборатории в стране и за рубежом разработали более десятка новых технологий получения титана методом электролиза расплавленных солей, которые в зависимости от сырья можно разделить на следующие три категории:
(1) метод электролиза титаната;
(2) метод электролиза хлорида титана;
(3) Методы электролиза оксидов титана, включая Кембриджский метод FFC, процесс MER, метод USTB, процесс QIT, метод SOM и метод электролиза ионной жидкости и т. д.
Новое применение титана
С 40-х годов 20 века применение титана быстро развивалось и широко применялось в самолетах, ракетах, ракетах, искусственных спутниках, космических кораблях, кораблях, военной промышленности, медицинской и нефтехимической промышленности. Последние исследования показали, что в организме человека содержится определенное количество титана, который стимулирует фагоциты и может укрепить иммунитет, поэтому многие лаборатории занимаются разработкой и применением биотитана.
Способ получения титанового сплава
Традиционная обработка титанового сплава обычно использует технологию плавки и литья, а новейшая технология обработки делится на следующие типы:
технология почти-чистого формования;
технология сварки трением проволоки;
технология сверхпластического литья;
Почти-технология формования включает в себя лазерную формовку, прецизионное литье, прецизионную штамповку, порошковую металлургию, струйное формование и другие методы. Порошковая металлургия — это новый процесс, в котором в качестве сырья используется титановый порошок или порошок титанового сплава, который формуется и спекается, а затем изготавливаются титановые детали. Первый - это производство порошка, при котором обычно используется метод механического легирования и используется шаровая мельница для сильного воздействия, измельчения и перемешивания сырья. Сплав, из которого образовался порошок, затем прессуют двумя методами прессования, а именно формованием под давлением и формованием без давления. Цель этого шага — придать эмбриону определенную форму и размер, а также придать ему определенную плотность и прочность. Затем готовый материал заготовки подвергается плазменному спеканию, и к спеченному порошку прикладывается определенный источник энергии для спекания и давление прессования с помощью верхних и нижних штамповочных и питающих электродов, а высокоэффективный титановый материал приготавливается путем активации разряда, термопластической деформации и охлаждения. Затем титановый сплав, прошедший плазменное спекание, подвергается последующей обработке, обычно термообработке или пластической обработке.
Новые применения титановых сплавов
Титановые сплавы на заре широко использовались в аэрокосмической отрасли, в основном для изготовления авиационных двигателей или пневматических компонентов. Позже, с непрерывным развитием технологий, титановый сплав вошел в жизнь обычных людей, а также титановый сплав встречается на заводах или в бытовых устройствах. Сейчас страны и учреждения конкурируют за разработку новых титановых сплавов, чтобы они обладали характеристиками низкой стоимости и высокой производительности, а новые разработки титановых сплавов в последние годы в основном сосредоточены на следующих пяти аспектах.
1. Медицинский титановый сплав.
Титановый сплав имеет низкую плотность и хорошую биосовместимость, что делает его идеальным медицинским материалом и даже может быть имплантирован в организм человека. Однако недавно японские учёные разработали новый тип титанового сплава с хорошей биосовместимостью, однако в настоящее время этот сплав не выпускается массово-и считается, что в ближайшем будущем столь высококачественные-сплавы смогут широко использоваться в повседневной жизни.
2. Огнестойкий титановый сплав.
Сплавы на основе титана-, которые могут противостоять горению при определенных давлениях, температурах и скоростях воздушного потока, представляют собой титановые резисторы. Соединенные Штаты, Россия и Китай последовательно разработали новые резистивные титановые сплавы, среди которых Соединенные Штаты применяют эти резистивные титановые сплавы для двигателей, поскольку эти титановые сплавы нечувствительны к горению, поэтому они могут значительно улучшить стабильность двигателя.
3. Высокопрочный и высокопрочный тип.
Титановый сплав типа -обладает высокой прочностью, хорошей свариваемостью и отличными характеристиками холодной и горячей обработки. Исследователи использовали этот закон для получения титановых сплавов типа - с очевидными характеристиками: хорошие характеристики термической обработки, хорошая пластичность и хорошие характеристики сварки. А его механические свойства значительно улучшаются после обработки-старением в растворе. В настоящее время такие титановые сплавы подготовлены в Японии и России.
4. Соединения титана-алюминия
По сравнению с обычными титановыми сплавами, соединения титана с алюминием имеют хорошие характеристики при высоких температурах, хорошую стойкость к окислению и сопротивлению ползучести, а также менее плотны, чем обычные титановые сплавы. Эти превосходные характеристики призваны положить начало буму новых сплавов в области соединений титана-алюминия. В настоящее время в США синтезирован этот новый сплав титана-алюминия, и ведется его массовое производство.
5. Жаропрочный-титановый сплав.
Титановые сплавы, полученные сочетанием методов быстрого затвердевания и методов порошковой металлургии с использованием композитов, армированных волокном или частицами, имеют превосходные-механические характеристики при высоких-температурах. Температурный предел использования жаропрочных-титановых сплавов намного выше, чем у обычного титанового сплава. В настоящее время в США получен новый жаропрочный титановый сплав.
6. Титан-никелевый сплав.
Сплав, состоящий из титана и никеля, называется «сплавом с эффектом памяти», которому придают заданную форму, а затем придают ему первоначальный вид при небольшом нагревании, если он деформируется внешними силами. Этот сплав может использоваться в различных областях, таких как приборостроение и электронные устройства.
