Titaani on uudenlainen materiaali, jonka etuja ovat alhainen tiheys, korkea ominaislujuus, lämmönkestävyys ja korroosionkestävyys. Se painaa vain puolet raudasta, mutta sen mekaaniset ominaisuudet, kuten vasara ja veto, ovat samat kuin kuparilla. Yleisesti ottaen, kun lämpötila laskee, metallin iskunkestävyys pienenee, mutta titaani on päinvastoin, mitä alhaisempi lämpötila, sitä kovempaa titaanista tulee, ja suprajohtavuusilmiö ilmenee, kun kriittinen lämpötila saavutetaan. Titaaniseos ja titaani ovat ominaisuuksiltaan jossain määrin samankaltaisia, ja niillä on alhainen tiheys ja suuri lujuus, erinomaisten mekaanisten ominaisuuksiensa ja vahvan korroosionkestävyyden lisäksi. Lisäksi sen lämpölujuus on korkea, mikä on huomattavasti parempi kuin alumiiniseoksella, ja sen mekaaniset ominaisuudet eivät muutu paljoa alhaisessa lämpötilassa ja ultra-alhaisessa lämpötilassa.
Titaanin valmistusmenetelmä
Vaikka titaania on luonnossa suhteellisen runsaasti, se on myös harvinainen metalli dispergoitumisen ja uuttamisvaikeuden vuoksi. Tällä hetkellä titaanin valmistus on jaettu kahteen luokkaan: lämpöpelkistysmenetelmä ja sulan suolan elektrolyysimenetelmä.
1. Titaanin valmistus lämpöpelkistysmenetelmällä
Terminen pelkistysmenetelmä on pelkistää titaania titaaniyhdisteistä, kuten TiCl4, TiO2, K2TiF6 jne. tietyssä lämpötilassa käyttämällä vahvoja pelkistäviä aineita, kuten Li, Na, Mg, Ca ja niiden hydridejä. Eri titaaniyhdisteiden mukaan teknologia titaanin valmistamiseksi lämpöpelkistämällä voidaan jakaa kolmeen luokkaan:
(1) Titaanikloridin redox-menetelmät, kuten Kroll-menetelmä, Hunter-menetelmä, Armstrong-menetelmä ja EMR-menetelmä;
(2) titaanioksidien redox-menetelmät, kuten OS-menetelmä, PRP-prosessi, MHR-menetelmä jne.;
(3) Titanaatin redox-menetelmä.
Tällä hetkellä vain Kroll- ja Hunter-menetelmiä voidaan soveltaa menestyksekkäästi teollisessa tuotannossa. Kroll-menetelmässä käytetään magnesiummetallia korvaamaan titaani kloridissa ja Hunter-menetelmässä natriummetallia korvaamaan titaani kloridissa. Lisäksi Chicago International Titanium Powder Companyn kehittämä Armstrong-menetelmä on samanlainen kuin Hunter-menetelmä, jossa käytetään myös pelkistysainetta natriumia titaanimetallin puhdistamiseen. Yhdysvallat on alkanut käyttää tätä menetelmää-esituotantoon tehtaissa.
2. Titaani valmistetaan sulan suolan elektrolyysillä
Vuonna 1959 Kroll ennusti, että sulan suolan elektrolyysi korvaisi Krollin yleisenä menetelmänä titaanin valmistuksessa seuraavien 5-10 vuoden aikana. Vuosien varrella tieteelliset tutkimuslaitokset ja laboratoriot kotimaassa ja ulkomailla ovat kehittäneet yli tusinaa uutta teknologiaa titaanin valmistamiseksi sulan suolan elektrolyysillä, jotka voidaan jakaa kolmeen luokkaan raaka-aineiden mukaan:
(1) Titanaatin elektrolyysimenetelmä;
(2) Titaanikloridin elektrolyysimenetelmä;
(3) Titaanioksidien elektrolyysimenetelmät, mukaan lukien FFC Cambridge -menetelmä, MER-prosessi, USTB-menetelmä, QIT-prosessi, SOM-menetelmä ja ionisen nesteen elektrolyysimenetelmä jne.
Titaanin uudet käyttötavat
1900-luvun 40-luvulta lähtien titaanin käyttö on kehittynyt nopeasti ja sitä on käytetty laajalti lentokoneissa, raketteissa, ohjuksissa, keinotekoisissa satelliiteissa, avaruusaluksissa, laivoissa, sotateollisuudessa, lääketieteen ja petrokemian teollisuudessa. Uusimmat tutkimukset ovat osoittaneet, että ihmiskeho sisältää tietyn määrän titaania, joka stimuloi fagosyyttejä ja voi vahvistaa vastustuskykyä, joten monet laboratoriot ovat sitoutuneet biotitaanin kehittämiseen ja käyttöön.
Titaaniseoksen valmistusmenetelmä
Titaaniseoksen perinteinen käsittely käyttää yleensä sulatus- ja valutekniikkaa, ja uusin käsittelytekniikka on jaettu seuraaviin tyyppeihin:
lähellä-verkkomuovaustekniikkaa ;
lanka kitka hitsaus tekniikka;
superplastinen muovaustekniikka ;
Near{0}}net-muovaustekniikkaan kuuluu lasermuovaus, tarkkuusvalu, tarkkuussuulake, jauhemetallurgia, suihkumuovaus ja muut menetelmät. Jauhemetallurgia on uusi prosessi, jossa käytetään raaka-aineena titaanijauhetta tai titaaniseosjauhetta, muovataan ja sintrataan ja valmistetaan sitten titaaniosia. Ensimmäinen on jauheen tuotanto, jossa käytetään yleensä mekaanista seostusmenetelmää ja käytetään kuulamyllyä raaka-aineiden voimakkaaseen iskuun, jauhamiseen ja sekoittamiseen. Seos, joka on muodostanut jauheen, puristetaan sitten kahteen puristusmenetelmään, jotka ovat painemuovaus ja paineeton muovaus. Tämän vaiheen tarkoituksena on tehdä alkiosta tietty muoto ja koko ja saada sille tietty tiheys ja lujuus. Sitten valmis aihiomateriaali puretaan plasmasintrattuina, ja sintrattuun jauheeseen kohdistetaan erityinen sintrausteholähde ja puristuspaine käyttämällä ylempää ja alempaa meistinlävistys- ja energisointielektrodia, ja korkean suorituskyvyn -titaanimateriaali valmistetaan purkausaktivoimalla, termoplastisella muodonmuutoksella ja jäähdytyksellä. Sitten plasmasintrattu titaaniseos käsitellään myöhemmin, yleensä lämpökäsittelyllä tai muovin käsittelyllä.
Titaaniseosten uudet käyttötavat
Titaaniseoksia käytettiin laajasti ilmailualalla alkuaikoina, pääasiassa lentokoneiden moottoreiden tai pneumaattisten komponenttien valmistukseen. Myöhemmin tekniikan jatkuvan kehityksen myötä titaaniseos on tullut tavallisten ihmisten elämään, ja titaaniseosta löytyy myös tehtaista tai kodinkoneista. Nyt maat ja laitokset kilpailevat uusien titaaniseosten kehittämisestä saadakseen niille edullisia ja korkean suorituskyvyn ominaisuuksia, ja titaaniseosten uusi kehitys viime vuosina on keskittynyt pääasiassa seuraaviin viiteen näkökohtaan.
1. Lääketieteellinen titaaniseos
Titaaniseoksella on pieni tiheys ja hyvä bioyhteensopivuus, mikä tekee siitä ihanteellisen lääketieteellisen materiaalin ja voidaan jopa istuttaa ihmiskehoon. Äskettäin japanilaiset tutkijat ovat kuitenkin kehittäneet uudentyyppisen titaaniseoksen, jolla on hyvä biologinen yhteensopivuus, mutta tällä hetkellä tätä seosta ei ole massatuotannossa, ja uskotaan, että lähitulevaisuudessa tällaisia korkealaatuisia seoksia voidaan käyttää laajalti jokapäiväisessä elämässä.
2. Paloa hidastava titaaniseos
Titaani{0}}pohjaiset seokset, jotka kestävät palamista tietyissä paineissa, lämpötiloissa ja ilman virtausnopeuksilla, ovat titaanivastuksia. Yhdysvallat, Venäjä ja Kiina ovat peräkkäin kehittäneet uusia resistiivisiä titaaniseoksia, joista Yhdysvallat soveltaa näitä resistiivisiä titaaniseoksia moottoreihin, koska nämä titaaniseokset ovat epäherkkiä palamiselle, joten ne voivat parantaa huomattavasti moottorin vakautta.
3. Korkea lujuus ja korkea sitkeys tyyppi
-tyypin titaaniseoksella on korkea lujuus, hyvä hitsattavuus ja erinomainen kylmä- ja kuumakäsittelykyky. Tutkijat käyttivät tätä lakia valmistaessaan -tyyppisiä titaaniseoksia, joilla on ilmeiset ominaisuudet: hyvä henkinen lämpötyöstö, hyvä plastisuus ja hyvä hitsauskyky. Ja sen mekaaniset ominaisuudet paranevat huomattavasti liuos-vanhenemiskäsittelyn jälkeen. Tällä hetkellä Japani ja Venäjä ovat valmistaneet tällaisia titaaniseoksia.
4. Titaani-alumiiniyhdisteet
Verrattuna tavallisiin titaaniseoksiin, titaanialumiiniyhdisteillä on hyvä suorituskyky korkeissa lämpötiloissa, hyvä hapettumisenkestävyys ja virumisenkestävyys, ja ne ovat vähemmän tiheitä kuin tavalliset titaaniseokset. Näiden erinomaisten ominaisuuksien tarkoitus on käynnistää uusi titaani-seosseosten puomin. Tällä hetkellä Yhdysvallat on syntetisoinut tämän uuden titaani-alumiiniseoksen, ja se on massatuotannossa.
5. Korkean lämpötilan -titaaniseos
Titaaniseoksilla, jotka on valmistettu yhdistämällä nopeita jähmettymismenetelmiä ja jauhemetallurgisia menetelmiä käyttämällä kuitu- tai hiukkasvahvisteisia-komposiitteja, on erinomaiset korkean lämpötilan -mekaaniset ominaisuudet. Korkean lämpötilan-titaaniseoksen käyttölämpötilaraja on paljon korkeampi kuin tavallisen titaaniseoksen. Tällä hetkellä Yhdysvalloissa on valmistettu uusi korkean lämpötilan{5}}titaaniseos.
6. Titaani-nikkeliseos
Titaanista ja nikkelistä koostuvaa metalliseosta kutsutaan "muistiseokseksi", joka tehdään ennalta määrättyyn muotoon ja muotoillaan palauttamaan alkuperäisen ulkonäön hieman kuumentamalla, jos ulkoiset voimat muuttavat sen muotoa. Tätä seosta voidaan käyttää useilla aloilla, kuten instrumenteissa ja elektronisissa laitteissa.
