การใช้โลหะผสมไทเทเนียมแบบใหม่

ไทเทเนียมเป็นวัสดุชนิดใหม่ที่มีข้อดี เช่น มีความหนาแน่นต่ำ มีความแข็งแรงจำเพาะสูง ทนความร้อน และทนต่อการกัดกร่อน มันมีน้ำหนักเพียงครึ่งหนึ่งของเหล็ก แต่คุณสมบัติทางกลเช่นการตอกและการดึงจะเหมือนกับทองแดง โดยทั่วไปเมื่ออุณหภูมิลดลง ความต้านทานต่อแรงกระแทกของโลหะจะลดลง แต่ไทเทเนียมจะตรงกันข้าม ยิ่งอุณหภูมิต่ำลง ไทเทเนียมก็จะยิ่งแข็งขึ้น และปรากฏการณ์ของตัวนำยิ่งยวดจะเกิดขึ้นเมื่อถึงอุณหภูมิวิกฤติ โลหะผสมไทเทเนียมและไทเทเนียมมีคุณสมบัติคล้ายคลึงกันในระดับหนึ่ง โดยมีลักษณะของความหนาแน่นต่ำและมีความแข็งแรงสูง นอกเหนือจากคุณสมบัติทางกลที่ยอดเยี่ยมและความต้านทานการกัดกร่อนที่แข็งแกร่ง นอกจากนี้ ความแข็งแรงทางความร้อนยังสูง ซึ่งดีกว่าอลูมิเนียมอัลลอยด์อย่างมาก และคุณสมบัติทางกลไม่เปลี่ยนแปลงมากนักที่อุณหภูมิต่ำและอุณหภูมิต่ำเป็นพิเศษ-

วิธีการเตรียมไทเทเนียม

แม้ว่าไททาเนียมจะมีอยู่ค่อนข้างมากในธรรมชาติ แต่ก็เป็นโลหะหายากเช่นกันเนื่องจากมีการกระจายตัวและยากต่อการสกัด ปัจจุบันการเตรียมไทเทเนียมแบ่งออกเป็นสองประเภท: วิธีลดความร้อนและวิธีอิเล็กโทรไลซิสเกลือหลอมเหลว

1. การเตรียมไทเทเนียมโดยวิธีลดความร้อน

วิธีการลดความร้อนคือการลดไทเทเนียมจากสารประกอบไทเทเนียม เช่น TiCl4, TiO2, K2TiF6 ฯลฯ ที่อุณหภูมิหนึ่งโดยใช้ตัวรีดิวซ์เข้มข้น เช่น Li, Na, Mg, Ca และไฮไดรด์ของพวกมัน ตามสารประกอบไทเทเนียมต่างๆ เทคโนโลยีการเตรียมไทเทเนียมโดยการลดความร้อนสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภท:

(1) วิธีรีดอกซ์ของไทเทเนียมคลอไรด์ เช่น วิธีโครลล์ วิธีฮันเตอร์ วิธีอาร์มสตรอง และวิธี EMR

(2) วิธีรีดอกซ์ของไทเทเนียมออกไซด์ เช่น วิธี OS, กระบวนการ PRP, วิธี MHR เป็นต้น

(3) วิธีรีดอกซ์ของไททาเนต

ปัจจุบันมีเพียงวิธี Kroll และ Hunter เท่านั้นที่สามารถนำไปใช้ในการผลิตภาคอุตสาหกรรมได้สำเร็จ วิธีโครลล์ใช้โลหะแมกนีเซียมเพื่อแทนที่ไทเทเนียมในคลอไรด์ และวิธีฮันเตอร์ใช้โลหะโซเดียมเพื่อแทนที่ไทเทเนียมในคลอไรด์ นอกจากนี้ วิธีอาร์มสตรองที่พัฒนาโดยบริษัท Chicago International Titanium Powder นั้นคล้ายคลึงกับวิธี Hunter ซึ่งใช้โซเดียมตัวรีดิวซ์เพื่อทำให้โลหะไทเทเนียมบริสุทธิ์ด้วย สหรัฐอเมริกาได้เริ่มใช้วิธีนี้สำหรับก่อน-การผลิตในโรงงาน

2. ไทเทเนียมเตรียมโดยอิเล็กโทรไลซิสเกลือหลอมเหลว

ในปีพ.ศ. 2502 โครลล์คาดการณ์ว่าการแยกเกลือด้วยไฟฟ้าหลอมเหลวจะมาแทนที่โครลล์ซึ่งเป็นวิธีหลักในการผลิตไทเทเนียมในอีก 5-10 ปีข้างหน้า ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา สถาบันการวิจัยทางวิทยาศาสตร์และห้องปฏิบัติการทั้งในและต่างประเทศได้พัฒนาเทคโนโลยีใหม่มากกว่าหนึ่งโหลสำหรับการเตรียมไทเทเนียมด้วยอิเล็กโทรไลซิสเกลือหลอมเหลว ซึ่งสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภทต่อไปนี้ตามวัตถุดิบ:

(1) วิธีอิเล็กโทรไลซิสของไททาเนต

(2) วิธีอิเล็กโทรไลซิสของไทเทเนียมคลอไรด์

(3) วิธีการอิเล็กโทรไลซิสของไทเทเนียมออกไซด์ รวมถึงวิธี FFC Cambridge, กระบวนการ MER, วิธี USTB, กระบวนการ QIT, วิธี SOM และวิธีการอิเล็กโทรไลซิสของเหลวไอออนิก ฯลฯ

การใช้ไทเทเนียมแบบใหม่

ตั้งแต่ทศวรรษที่ 40 ของศตวรรษที่ 20 การใช้ไทเทเนียมได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็วและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องบิน จรวด ขีปนาวุธ ดาวเทียมเทียม ยานอวกาศ เรือ อุตสาหกรรมการทหาร อุตสาหกรรมการแพทย์และปิโตรเคมี ผลการวิจัยล่าสุดพบว่าร่างกายมนุษย์มีไทเทเนียมอยู่จำนวนหนึ่ง ซึ่งจะช่วยกระตุ้นเซลล์ฟาโกไซต์และสามารถเสริมสร้างภูมิคุ้มกันได้ ดังนั้นห้องปฏิบัติการหลายแห่งจึงมุ่งมั่นที่จะพัฒนาและประยุกต์ใช้ไบโอไทเทเนียม

วิธีการเตรียมโลหะผสมไททาเนียม

โดยทั่วไปการประมวลผลโลหะผสมไทเทเนียมแบบดั้งเดิมจะใช้เทคโนโลยีการหลอมและการหล่อ และเทคโนโลยีการประมวลผลล่าสุดแบ่งออกเป็นประเภทต่อไปนี้:

ใกล้-เทคโนโลยีการขึ้นรูปตาข่าย ;

เทคโนโลยีการเชื่อมด้วยแรงเสียดทานของลวด

เทคโนโลยีการขึ้นรูปพลาสติกพิเศษ ;

เทคโนโลยีการขึ้นรูปแบบตาข่ายใกล้เคียง- ได้แก่ การขึ้นรูปด้วยเลเซอร์ การหล่อแบบแม่นยำ การตีขึ้นรูปแบบแม่นยำ ผงโลหะ การขึ้นรูปแบบเจ็ท และวิธีการอื่นๆ ผงโลหะวิทยาเป็นกระบวนการใหม่ที่ใช้ผงไทเทเนียมหรือผงโลหะผสมไทเทเนียมเป็นวัตถุดิบ ขึ้นรูปและเผาผนึก จากนั้นจึงผลิตชิ้นส่วนไทเทเนียม ประการแรกคือการผลิตผง ซึ่งโดยทั่วไปใช้วิธีการผสมเชิงกล และใช้โรงสีลูกกลมเพื่อกระแทก บด และกวนวัตถุดิบอย่างรุนแรง โลหะผสมที่ก่อตัวเป็นผงจะถูกอัดเป็นสองวิธี ได้แก่ การขึ้นรูปด้วยแรงดันและการขึ้นรูปโดยไม่ใช้แรงดัน จุดประสงค์ของขั้นตอนนี้คือ เพื่อสร้างรูปร่างและขนาดของเอ็มบริโอให้มีความหนาแน่นและแข็งแรงตามที่กำหนด จากนั้น วัสดุเปล่าที่เสร็จแล้วจะถูกปล่อยพลาสมาเผาผนึก และแหล่งพลังงานการเผาผนึกเฉพาะและความดันกดจะถูกนำไปใช้กับผงซินเทอร์โดยใช้การเจาะแม่พิมพ์ด้านบนและด้านล่างและอิเล็กโทรดที่ให้พลังงาน และวัสดุไทเทเนียมประสิทธิภาพสูง-ถูกเตรียมโดยการกระตุ้นการคายประจุ การเปลี่ยนรูปของเทอร์โมพลาสติก และการทำความเย็น จากนั้นโลหะผสมไททาเนียมที่ผ่านการเผาด้วยพลาสมาจะได้รับการบำบัดในภายหลัง ซึ่งมักจะเป็นการบำบัดด้วยความร้อนหรือการแปรรูปพลาสติก

การใช้โลหะผสมไทเทเนียมแบบใหม่

โลหะผสมไทเทเนียมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการบินและอวกาศในช่วงแรก ๆ ส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตเครื่องยนต์อากาศยานหรือส่วนประกอบเกี่ยวกับนิวแมติก ต่อมาด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่อง โลหะผสมไทเทเนียมได้เข้ามาในชีวิตของคนทั่วไป และโลหะผสมไทเทเนียมก็พบได้ในโรงงานหรืออุปกรณ์ในครัวเรือนด้วย ขณะนี้ประเทศและสถาบันต่างแข่งขันกันเพื่อพัฒนาโลหะผสมไทเทเนียมใหม่เพื่อให้มีลักษณะต้นทุนต่ำและมีประสิทธิภาพสูง และการพัฒนาโลหะผสมไทเทเนียมใหม่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาส่วนใหญ่เข้มข้นในห้าด้านต่อไปนี้

1. โลหะผสมไทเทเนียมทางการแพทย์

โลหะผสมไทเทเนียมมีความหนาแน่นต่ำและมีความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดี ทำให้เป็นวัสดุทางการแพทย์ในอุดมคติและยังสามารถฝังลงในร่างกายมนุษย์ได้ อย่างไรก็ตาม เมื่อเร็วๆ นี้ นักวิชาการชาวญี่ปุ่นได้พัฒนาโลหะผสมไทเทเนียมชนิดใหม่ที่มีความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดี แต่ในปัจจุบัน โลหะผสมนี้ยังไม่มีการผลิตจำนวนมาก- และเชื่อกันว่าในอนาคตอันใกล้นี้ โลหะผสมคุณภาพสูง-ดังกล่าวจะสามารถนำมาใช้อย่างแพร่หลายในชีวิตประจำวันได้

2. โลหะผสมไทเทเนียมสารหน่วงไฟ

โลหะผสมที่มีไทเทเนียม-ซึ่งสามารถต้านทานการเผาไหม้ที่ความดัน อุณหภูมิ และความเร็วการไหลของอากาศบางอย่างได้คือตัวต้านทานไทเทเนียม สหรัฐอเมริกา รัสเซีย และจีนได้พัฒนาโลหะผสมไทเทเนียมต้านทานใหม่อย่างต่อเนื่อง โดยที่สหรัฐอเมริกาใช้โลหะผสมไทเทเนียมต้านทานเหล่านี้กับเครื่องยนต์ เนื่องจากโลหะผสมไทเทเนียมเหล่านี้ไวต่อการเผาไหม้ จึงสามารถปรับปรุงเสถียรภาพของเครื่องยนต์ได้อย่างมาก

3. มีความแข็งแรงสูงและความเหนียวสูง

โลหะผสมไททาเนียมประเภท - มีคุณลักษณะความแข็งแรงสูง เชื่อมได้ดี และประสิทธิภาพการประมวลผลทั้งร้อนและเย็นเป็นเลิศ นักวิจัยใช้กฎนี้เพื่อเตรียมโลหะผสมไทเทเนียมประเภท - ที่มีลักษณะที่ชัดเจน ได้แก่ ประสิทธิภาพการตัดเฉือนด้วยความร้อนจิตวิญญาณที่ดี มีความพลาสติกที่ดี และประสิทธิภาพการเชื่อมที่ดี และคุณสมบัติทางกลของมันก็ได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้นอย่างมากหลังจากการแก้ปัญหา-การรักษาความชรา ปัจจุบันญี่ปุ่นและรัสเซียได้เตรียมโลหะผสมไทเทเนียมดังกล่าวแล้ว

4. ไทเทเนียม-สารประกอบอลูมิเนียม

เมื่อเปรียบเทียบกับโลหะผสมไทเทเนียมทั่วไป สารประกอบอลูมิเนียมไทเทเนียมมีประสิทธิภาพที่อุณหภูมิสูงที่ดี ต้านทานการเกิดออกซิเดชันและต้านทานการคืบคลานได้ดี และมีความหนาแน่นน้อยกว่าโลหะผสมไทเทเนียมทั่วไป คุณลักษณะที่ยอดเยี่ยมเหล่านี้ถูกกำหนดไว้เพื่อทำให้เกิดบูมโลหะผสมแบบใหม่ในสารประกอบอะลูมิเนียมไทเทเนียม- ปัจจุบัน สหรัฐอเมริกาได้สังเคราะห์โลหะผสมอะลูมิเนียมผสมไทเทเนียม-ใหม่นี้ และอยู่ในระหว่างการผลิตจำนวนมาก

5. โลหะผสมไทเทเนียมอุณหภูมิสูง-

โลหะผสมไทเทเนียมที่เตรียมโดยการรวมวิธีการแข็งตัวอย่างรวดเร็วและวิธีการโลหะผสมแบบผงโดยใช้เส้นใยหรือคอมโพสิตเสริมแรงด้วยอนุภาค- มีลักษณะทางกลที่อุณหภูมิสูง-ดีเยี่ยม ขีดจำกัดอุณหภูมิการใช้งานของโลหะผสมไทเทเนียมที่มีอุณหภูมิสูง-นั้นสูงกว่าโลหะผสมไทเทเนียมทั่วไปมาก ปัจจุบัน มีการเตรียมโลหะผสมไทเทเนียมอุณหภูมิสูง-ชนิดใหม่ในสหรัฐอเมริกา

6. ไทเทเนียม-โลหะผสมนิกเกิล

โลหะผสมที่ประกอบด้วยไทเทเนียมและนิกเกิลเรียกว่า "โลหะผสมหน่วยความจำ" ซึ่งถูกทำให้เป็นรูปร่างที่กำหนดไว้ล่วงหน้า จากนั้นจึงปรับรูปทรงเพื่อคืนรูปลักษณ์ดั้งเดิมด้วยการใช้ความร้อนเล็กน้อยหากถูกเปลี่ยนรูปโดยแรงภายนอก โลหะผสมนี้สามารถนำไปใช้ในด้านต่างๆ เช่น เครื่องมือวัดและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์