Introduzione alle proprietà del titanio e delle leghe di titanio
1.1 Introduzione al titanio
Il titanio è un nuovo tipo di materiale, che presenta i vantaggi di bassa densità, elevata resistenza specifica, resistenza al calore e resistenza alla corrosione. Pesa solo la metà del ferro, ma le sue proprietà meccaniche, come la martellatura e la trafilatura, sono paragonabili al rame. In generale, quando la temperatura diminuisce, la resistenza dei metalli diminuisce, ma al contrario del titanio, più bassa è la temperatura, il titanio diventerà sempre più duro e la superconduttività apparirà quando viene raggiunta la temperatura critica.
1.2 Introduzione alla lega di titanio
La lega di titanio e il titanio sono in una certa misura di natura simile, con le caratteristiche di bassa densità ed elevata resistenza, oltre alle sue eccellenti proprietà meccaniche, forte resistenza alla corrosione. Inoltre, la sua resistenza termica è elevata, ovviamente migliore di quella della lega di alluminio. Allo stesso tempo, le sue proprietà meccaniche cambiano poco a basse temperature e a temperature ultra-basse.
Nuova tecnologia e applicazione del titanio
2.1 Metodo di preparazione del titanio
Sebbene il titanio sia relativamente abbondante in natura, è anche un metallo raro perché disperso e difficile da estrarre. Attualmente, la preparazione del titanio è divisa in due categorie: metodo di riduzione termica e metodo di elettrolisi del sale fuso.
(1) Il titanio è stato preparato mediante il metodo di riduzione termica
Il metodo di riduzione termica avviene a una certa temperatura, l'uso di Li, Na, Mg, Ca e il suo idruro e altri forti agenti riducenti, titanio da composti di titanio come TiCl4, TiO2, riduzione K2TiF6. A seconda dei diversi composti del titanio, la tecnologia di preparazione del titanio mediante riduzione termica può essere suddivisa in tre categorie:
① Metodo REDOX del cloruro di titanio, come il metodo Kroll, il metodo Hunter, il metodo Armstrong e il metodo EMR;
② Metodo REDOX dell'ossido di titanio, come metodo OS, processo PRP, metodo MHR, ecc.
③ Metodo REDOX del titanato.
Attualmente solo il metodo Kroll e il metodo Hunter possono essere applicati con successo nella produzione industriale. Il metodo Kroll utilizza il magnesio per sostituire il titanio con il cloruro, mentre il metodo Hunter utilizza il sodio metallico per sostituire il titanio con il cloruro. Inoltre, la società internazionale di polvere di titanio degli Stati Uniti, Chicago, ha sviluppato il metodo Armstrong, il suo metodo di preparazione è simile al metodo Hunter, inoltre utilizza l'agente riducente sodio per purificare il titanio metallico. Gli Stati Uniti stanno già utilizzando questo metodo per la pre-produzione nelle fabbriche.
(2) Preparazione del titanio mediante elettrolisi del sale fuso
Nel 1959, Kroll predisse che l'elettrolisi del sale fuso avrebbe sostituito Kroll come metodo dominante di produzione del titanio entro i successivi cinque-dieci anni. Nel corso degli anni, istituti di ricerca e laboratori in patria e all'estero hanno sviluppato complessivamente più di una dozzina di nuove tecnologie per la preparazione del titanio mediante elettrolisi del sale fuso, che possono essere suddivise nelle seguenti tre categorie a seconda delle materie prime:
① Elettrolisi del titanato;
(2) Elettrolisi del cloruro di titanio;
③ Metodo elettrolitico dell'ossido di titanio, incluso il metodo FFC Cambridge, il processo MER, il metodo USTB, il processo QIT, il metodo SOM e il metodo elettrolitico liquido ionico, ecc.
2.2 Nuovi usi del titanio
Dagli anni '40, l'uso del titanio si è sviluppato rapidamente ed è stato ampiamente utilizzato in aerei, razzi, missili, satelliti, astronavi, navi, industria militare, cure mediche e campi petrolchimici. L'ultima ricerca ha scoperto che il corpo umano contiene una certa quantità di titanio, il titanio stimolerà le cellule fagocitiche, può rafforzare la funzione immunitaria, quindi molti laboratori sono impegnati nello sviluppo e nell'applicazione del titanio biologico.
Nuova tecnologia e applicazione della lega di titanio
3.1 Metodo di preparazione della lega di titanio
La lavorazione tradizionale della lega di titanio adotta generalmente la tecnologia di fusione e fusione, la più recente tecnologia di lavorazione è suddivisa in quanto segue:
(1) Tecnologia di stampaggio Near Net;
(2) Tecnologia di saldatura ad attrito di linea;
(3) tecnologia di formatura superplastica;
(4) Tecnologia di simulazione al computer del processo di preparazione e lavorazione dei materiali.
La tecnologia di stampaggio Near Net comprende lo stampaggio laser, la fusione di precisione, la forgiatura di precisione, la metallurgia delle polveri, lo stampaggio a getto e altri metodi. La metallurgia delle polveri è l'uso di polvere di titanio o polvere di lega di titanio come materia prima, dopo lo stampaggio e la sinterizzazione, in modo da produrre parti in titanio del nuovo processo. La prima è la produzione di polvere, generalmente utilizzando il metodo della lega meccanica, utilizzando un mulino a sfere per urtare, macinare e mescolare fortemente la materia prima. Quindi la lega che ha formato la polvere viene pressata e formata. Esistono due metodi di pressatura: la formatura a pressione e la formatura senza pressione. Lo scopo di questo passaggio è quello di creare una certa forma e dimensione dell'embrione pressato e fargli avere una certa densità e forza. Quindi, nella sinterizzazione al plasma con scarica di blastoplasma, l'uso della punzonatura superiore e inferiore e dell'elettrodo elettrico sarà un'alimentazione elettrica di sinterizzazione specifica e la pressione di pressatura applicata alla polvere sinterizzata, dopo l'attivazione della scarica, la deformazione termoplastica e il raffreddamento per completare la preparazione di materiali in titanio ad alte prestazioni. Quindi la lega di titanio sinterizzata al plasma per il trattamento successivo, generalmente trattamento termico o lavorazione plastica.
3.2 Nuovi usi delle leghe di titanio
All'inizio le leghe di titanio erano ampiamente utilizzate nel campo aerospaziale, principalmente nella produzione di motori aeronautici o componenti pneumatici. Successivamente, con il continuo sviluppo della tecnologia, la lega di titanio è entrata nella vita della gente comune, in fabbrica o in casa anche i dispositivi hanno figure in lega di titanio. Ora i paesi e le istituzioni si stanno affrettando per sviluppare nuove leghe di titanio, in modo che abbiano le caratteristiche di basso costo e prestazioni elevate, il nuovo sviluppo delle leghe di titanio negli ultimi anni si concentra principalmente nei seguenti cinque aspetti.
(1) Lega di titanio medicale
Le leghe di titanio a bassa densità e buona biocompatibilità sono materiali medici ideali e possono persino essere impiantate nel corpo umano. Le leghe di titanio precedentemente utilizzate in campo medico contengono vanadio e alluminio, che possono causare danni al corpo umano. Ma nel prossimo futuro, gli studiosi giapponesi hanno sviluppato un nuovo tipo di lega di titanio, con una buona biocompatibilità, ma la lega non è stata ancora prodotta in serie, si ritiene che nel prossimo futuro una lega di alta qualità possa essere ampiamente utilizzata nella vita quotidiana.
(2) Lega di titanio ignifuga
La lega a base di titanio che può resistere alla combustione a determinate pressioni, temperature e portate d'aria è una lega di titanio ignifuga. Gli Stati Uniti, la Russia e la Cina hanno sviluppato nuove leghe di titanio resistenti, tra le quali gli Stati Uniti applicheranno queste leghe di titanio resistenti al motore, perché queste leghe di titanio non sono sensibili alla combustione, quindi possono migliorare notevolmente la stabilità del motore.
(3) tipo con elevata resistenza e tenacità
la lega di titanio di tipo ha le caratteristiche di elevata resistenza, buona saldabilità ed eccellenti prestazioni di lavoro a freddo e caldo. I ricercatori utilizzano questa legge, la preparazione delle caratteristiche della lega di titanio di tipo sono molto evidenti: buone prestazioni di lavorazione a caldo, buona plasticità, buone prestazioni di saldatura. E le proprietà meccaniche notevolmente sono migliorate dopo il trattamento di invecchiamento della soluzione. Attualmente, il Giappone e la Russia hanno preparato tali leghe di titanio.
(4) Composti di titanio e alluminio
Rispetto alla lega di titanio generale, il composto di alluminio e titanio ha buone prestazioni alle alte temperature, buona resistenza all'ossidazione e resistenza allo scorrimento e la densità è inferiore alla lega di titanio generale. Queste eccellenti caratteristiche sono destinate ai composti Ti - Al che daranno il via ad un nuovo boom delle leghe. La nuova lega composta da titanio-alluminio è stata sintetizzata negli Stati Uniti ed è in produzione in serie.
(5) Lega di titanio ad alta temperatura
Combinando il metodo di solidificazione rapida e il metodo della metallurgia delle polveri, la lega di titanio preparata con un composito rinforzato con fibre o particelle presenta eccellenti caratteristiche meccaniche alle alte temperature. Il limite di temperatura della lega di titanio ad alta temperatura è molto più elevato di quello della lega di titanio ordinaria. Allo stato attuale, gli Stati Uniti hanno preparato una nuova lega di titanio ad alta temperatura.
(6) Lega di titanio e nichel
Una lega di titanio e nichel, nota come "lega a memoria", viene trasformata in una forma predeterminata. Dopo essere stato modellato, se deformato da forze esterne, può essere riportato al suo aspetto originario con un po' di calore. Questa lega può essere utilizzata in vari campi come strumentazione e dispositivi elettronici.
Stato attuale dello sviluppo dei materiali in lega di titanio in Cina
La lega di titanio si riferisce a una varietà di leghe metalliche costituite da titanio e altri metalli. Negli ultimi anni, la Cina ha spesso adottato politiche per incoraggiare la ricerca, lo sviluppo, la produzione e l’applicazione di materiali in lega di titanio. Nel mercato globale, i materiali in lega di titanio vengono utilizzati principalmente nell'industria aeronautica, nell'industria della difesa e in altri settori. Tra questi, la domanda di applicazioni nel settore aeronautico rappresenta circa il 50%, principalmente per la produzione di aerei e motori. Nella struttura della domanda di materiali in titanio nel nostro paese, i materiali per la lavorazione del titanio sono utilizzati principalmente nel campo dell'industria chimica e la percentuale di materiali in titanio utilizzati nell'aerospaziale nazionale è solo del 20%, indicando che esiste un grande potenziale nel mercato del titanio materiali utilizzati nell'aviazione nel nostro paese. Allo stato attuale, nel campo della lega di titanio di fascia alta, ci sono poche imprese in grado di produrre in serie aste e fili in lega di titanio per l'aviazione militare nel nostro paese, che è un modello di concorrenza "duopolio".
1. La politica incoraggia lo sviluppo di materiali in lega di titanio
Le leghe di titanio si riferiscono a una varietà di metalli legati costituiti da titanio e altri metalli. Molti paesi nel mondo hanno compreso l'importanza dei materiali in lega di titanio, hanno svolto attività di ricerca e sviluppo su di essi e sono stati applicati nella pratica. Negli ultimi anni, la Cina ha spesso adottato politiche per incoraggiare la ricerca, lo sviluppo, la produzione e l’applicazione di materiali in lega di titanio. Nel 2019, secondo le informazioni divulgate nel Catalogo guida per l'adeguamento delle strutture industriali (bozza del 2019), materiali in carburo cementato a struttura composita ultrafini, ultragrossolani ad alte prestazioni e prodotti per la lavorazione profonda, materiali in lega di titanio a basso modulo, resistenti alla corrosione materiali in lega di titanio, elementi di fissaggio in lega di titanio per il settore aerospaziale e così via saranno elencati come progetti incoraggiati per l'adeguamento della struttura industriale.
2. I materiali in lega di titanio sono utilizzati principalmente nei campi aerospaziale e militare
Nel mercato globale, i materiali in lega di titanio vengono utilizzati principalmente nell'industria aeronautica, nell'industria della difesa e in altri settori. Tra questi, la domanda di applicazioni nel settore aeronautico rappresenta circa il 50%, principalmente per la produzione di aerei e motori. Nella struttura della domanda di materiali in titanio in Cina, i materiali per la lavorazione del titanio sono utilizzati principalmente nel campo chimico. La differenza più importante rispetto al mondo è nel campo dell’aviazione. I materiali in titanio utilizzati nell'aviazione hanno sempre rappresentato circa il 53% della domanda totale di materiali in titanio nel mondo, mentre la percentuale di materiali in titanio utilizzati nell'aerospaziale nazionale è solo del 20%, indicando che esiste ancora un grande potenziale nel mercato del titanio materiali utilizzati nell'aviazione in Cina.
Riepilogo
Il titanio presenta molti vantaggi incomparabili del metallo, con il progresso della società, lo sviluppo della scienza e della tecnologia, il titanio e la lega di titanio saranno più ampiamente utilizzati, la domanda umana di titanio e lega di titanio aumenterà e gli alti costi di produzione sono uno dei ragioni principali per limitare la promozione e l’uso del titanio e delle leghe di titanio. Pertanto, lo sviluppo e l'applicazione di processi di produzione continui a basso costo, su larga scala ed ecologici per la protezione dell'ambiente possono rendere il titanio e le leghe di titanio più ampiamente utilizzati.
