Introdução às propriedades do titânio e das ligas de titânio
1.1 Introdução ao Titânio
O titânio é um novo tipo de material que apresenta as vantagens de baixa densidade, alta resistência específica, resistência ao calor e resistência à corrosão. Ele pesa apenas metade do peso do ferro, mas suas propriedades mecânicas, como martelamento e trefilação, são comparáveis às do cobre. De modo geral, à medida que a temperatura diminui, a resistência dos metais diminuirá, mas o titânio, pelo contrário, quanto mais baixa a temperatura, o titânio se tornará cada vez mais duro e a supercondutividade aparecerá quando a temperatura crítica for atingida.
1.2 Introdução à liga de titânio
A liga de titânio e o titânio são de natureza semelhante até certo ponto, com características de baixa densidade e alta resistência, além de suas excelentes propriedades mecânicas, forte resistência à corrosão. Além disso, sua resistência térmica é alta, o que é obviamente melhor que a da liga de alumínio. Ao mesmo tempo, suas propriedades mecânicas apresentam poucas alterações em baixas temperaturas e temperaturas ultrabaixas.
Nova tecnologia e aplicação de titânio
2.1 Método de preparação de titânio
Embora o titânio seja relativamente abundante na natureza, também é um metal raro porque é disperso e difícil de extrair. Atualmente, a preparação de titânio está dividida em duas categorias: método de redução térmica e método de eletrólise de sal fundido.
(1) O titânio foi preparado pelo método de redução térmica
O método de redução térmica é a uma determinada temperatura, o uso de Li, Na, Mg, Ca e seu hidreto e outros agentes redutores fortes, titânio a partir de compostos de titânio, como redução de TiCl4, TiO2, K2TiF6. De acordo com os diferentes compostos de titânio, a tecnologia de preparação de titânio por redução térmica pode ser dividida em três categorias:
① Método REDOX de cloreto de titânio, como método Kroll, método Hunter, método Armstrong e método EMR;
② Método REDOX de óxido de titânio, como método OS, processo PRP, método MHR, etc.
③ Método REDOX de titanato.
Atualmente, apenas o método Kroll e o método Hunter podem ser aplicados com sucesso na produção industrial. O método Kroll usa magnésio para substituir o titânio do cloreto, e o método Hunter usa sódio metálico para substituir o titânio do cloreto. Além disso, a empresa internacional de pó de titânio dos Estados Unidos Chicago desenvolveu o método Armstrong, seu método de preparação é semelhante ao método Hunter, é também o uso do agente redutor de sódio para purificar o titânio metálico. Os Estados Unidos já utilizam esse método para pré-produção em fábricas.
(2) Preparação de titânio por eletrólise de sal fundido
Em 1959, Kroll previu que a eletrólise do sal fundido substituiria a Kroll como método dominante de produção de titânio nos próximos cinco a dez anos. Ao longo dos anos, instituições de pesquisa e laboratórios nacionais e estrangeiros desenvolveram um total de mais de uma dezena de novas tecnologias para a preparação de titânio por eletrólise de sal fundido, que podem ser divididas nas três categorias a seguir de acordo com as matérias-primas:
① Eletrólise de titanato;
(2) Eletrólise de cloreto de titânio;
③ Método eletrolítico de óxido de titânio, incluindo método FFC Cambridge, processo MER, método USTB, processo QIT, método SOM e método eletrolítico de líquido iônico, etc.
2.2 Novos usos do titânio
Desde a década de 1940, o uso do titânio desenvolveu-se rapidamente e tem sido amplamente utilizado em aeronaves, foguetes, mísseis, satélites, naves espaciais, navios, indústria militar, tratamento médico e campos petroquímicos. As últimas pesquisas descobriram que o corpo humano contém uma certa quantidade de titânio, o titânio estimulará as células fagocíticas, pode fortalecer a função imunológica, por isso muitos laboratórios estão comprometidos com o desenvolvimento e aplicação de titânio biológico.
Nova tecnologia e aplicação de liga de titânio
3.1 Método de preparação de liga de titânio
O processamento tradicional de liga de titânio geralmente adota tecnologia de fundição e fundição, a mais recente tecnologia de processamento é dividida no seguinte:
(1) Tecnologia de moldagem quase líquida;
(2) Tecnologia de soldagem por fricção de linha;
(3) tecnologia de formação de superplásticos;
(4) Tecnologia de simulação computacional do processo de preparação e processamento de materiais.
A tecnologia de moldagem quase líquida inclui moldagem a laser, fundição de precisão, forjamento de precisão, metalurgia do pó, moldagem a jato e outros métodos. A metalurgia do pó é a utilização de pó de titânio ou pó de liga de titânio como matéria-prima, após moldagem e sinterização, para a fabricação de peças de titânio do novo processo. A primeira é a produção de pó, geralmente utilizando o método de liga mecânica, utilizando um moinho de bolas para impactar fortemente, moer e agitar a matéria-prima. Em seguida, a liga que formou o pó é prensada e formada. Existem dois métodos de prensagem, nomeadamente formação por pressão e formação sem pressão. O objetivo desta etapa é criar um determinado formato e tamanho do embrião prensado, e fazer com que ele tenha uma certa densidade e resistência. Então, na sinterização por plasma de descarga de blastoplasma, o uso de punção de matriz superior e inferior e eletrodo elétrico será fonte de alimentação de sinterização específica e pressão de prensagem aplicada ao pó sinterizado, após ativação de descarga, deformação termoplástica e resfriamento para completar a preparação de materiais de titânio de alto desempenho. Em seguida, a liga de titânio sinterizada por plasma para tratamento posterior, geralmente tratamento térmico ou processamento de plástico.
3.2 Novos usos de ligas de titânio
As ligas de titânio foram amplamente utilizadas na área aeroespacial nos primeiros dias, principalmente na produção de motores de aeronaves ou componentes pneumáticos. Mais tarde, com o desenvolvimento contínuo da tecnologia, a liga de titânio entrou na vida das pessoas comuns, na fábrica ou nos dispositivos domésticos também possuem figura de liga de titânio. Agora que países e instituições estão se esforçando para desenvolver novas ligas de titânio, para que tenham características de baixo custo e alto desempenho, o novo desenvolvimento de ligas de titânio nos últimos anos concentra-se principalmente nos cinco aspectos a seguir.
(1) Liga médica de titânio
Ligas de titânio com baixa densidade e boa biocompatibilidade são materiais médicos ideais e podem até ser implantadas no corpo humano. As ligas de titânio anteriormente utilizadas na área médica contêm vanádio e alumínio, que podem causar danos ao corpo humano. Mas num futuro próximo, os estudiosos japoneses desenvolveram um novo tipo de liga de titânio, com boa biocompatibilidade, mas a liga ainda não foi produzida em massa, acredita-se que num futuro próximo, essa liga de alta qualidade poderá ser amplamente utilizada na vida diária.
(2) Liga de titânio retardante de chama
A liga à base de titânio que pode resistir à combustão sob certas pressões, temperaturas e taxas de fluxo de ar é uma liga de titânio retardante de chamas. Os Estados Unidos, a Rússia e a China desenvolveram novas ligas de titânio de resistência, entre as quais os Estados Unidos aplicarão estas ligas de titânio de resistência ao motor, porque estas ligas de titânio não são sensíveis à combustão, pelo que podem melhorar significativamente a estabilidade do motor.
(3) tipo com alta resistência e tenacidade
tipo liga de titânio tem características de alta resistência, boa soldabilidade e excelente desempenho de trabalho a frio e a quente. Os pesquisadores usam esta lei, a preparação das características da liga de titânio tipo - é muito óbvia: bom desempenho de trabalho a quente, boa plasticidade, bom desempenho de soldagem. E as propriedades mecânicas são bastante melhoradas após o tratamento de envelhecimento da solução. Atualmente, o Japão e a Rússia prepararam essas ligas de titânio.
(4) Compostos de titânio e alumínio
Comparado com a liga geral de titânio, o composto de titânio e alumínio tem bom desempenho em altas temperaturas, boa resistência à oxidação e resistência à fluência, e a densidade é menor do que a liga geral de titânio. Essas excelentes características são destinadas aos compostos de Ti - Al que irão desencadear um novo boom de ligas. A nova liga composta de titânio-alumínio foi sintetizada nos Estados Unidos e está em produção em massa.
(5) Liga de titânio de alta temperatura
Ao combinar o método de solidificação rápida e o método de metalurgia do pó, a liga de titânio preparada por compósito reforçado com fibra ou partículas possui excelentes características mecânicas de alta temperatura. O limite de temperatura da liga de titânio de alta temperatura é muito maior do que o da liga de titânio comum. Atualmente, os Estados Unidos prepararam uma nova liga de titânio de alta temperatura.
(6) Liga de titânio e níquel
Uma liga de titânio e níquel, conhecida como “liga de memória”, é fabricada em um formato predeterminado. Depois de moldado, se for deformado por forças externas, pode ser restaurado à sua aparência original com um pouco de calor. Esta liga pode ser usada em diversas áreas, como instrumentação e dispositivos eletrônicos.
Situação atual do desenvolvimento de materiais de liga de titânio na China
Liga de titânio refere-se a uma variedade de ligas metálicas feitas de titânio e outros metais. Nos últimos anos, a China emitiu frequentemente políticas para incentivar a pesquisa e desenvolvimento, produção e aplicação de materiais de liga de titânio. No mercado global, os materiais de liga de titânio são utilizados principalmente na indústria de aviação, indústria de defesa e outras indústrias. Entre eles, a demanda de aplicação na indústria aeronáutica representa cerca de 50%, principalmente para fabricação de aeronaves e motores. Na estrutura de demanda de materiais de titânio em nosso país, os materiais de processamento de titânio são utilizados principalmente na área da indústria química, e a proporção de materiais de titânio utilizados na indústria aeroespacial nacional é de apenas 20%, indicando que existe um grande potencial no mercado de titânio materiais utilizados na aviação em nosso país. Atualmente, no campo da liga de titânio de alta qualidade, existem poucas empresas que podem produzir em massa hastes e fios de liga de titânio para aviação militar em nosso país, o que é um padrão de competição de "duopólio".
1. A política incentiva o desenvolvimento de materiais de liga de titânio
As ligas de titânio referem-se a uma variedade de ligas metálicas feitas de titânio e outros metais. Muitos países no mundo perceberam a importância dos materiais de liga de titânio, realizaram pesquisas e desenvolvimento sobre eles e os aplicaram na prática. Nos últimos anos, a China emitiu frequentemente políticas para incentivar a pesquisa e desenvolvimento, produção e aplicação de materiais de liga de titânio. Em 2019, de acordo com as informações divulgadas no Catálogo de Orientações para Ajuste de Estrutura Industrial (Rascunho de 2019), materiais de metal duro com estrutura composta ultrafina e ultragrossa de alto desempenho e produtos de processamento profundo, materiais de liga de titânio de baixo módulo, resistente à corrosão materiais de liga de titânio, fixadores de liga de titânio para a indústria aeroespacial e assim por diante serão listados como projetos incentivados para ajuste de estrutura industrial.
2. Os materiais de liga de titânio são usados principalmente nos campos aeroespacial e militar
No mercado global, os materiais de liga de titânio são utilizados principalmente na indústria de aviação, indústria de defesa e outras indústrias. Entre eles, a demanda de aplicação na indústria aeronáutica representa cerca de 50%, principalmente para fabricação de aeronaves e motores. Na estrutura de demanda de materiais de titânio na China, os materiais de processamento de titânio são usados principalmente na área química. A diferença mais importante em relação ao mundo está na área da aviação. Os materiais de titânio utilizados na aviação sempre representaram cerca de 53% da demanda total de materiais de titânio no mundo, enquanto a proporção de materiais de titânio utilizados na indústria aeroespacial nacional é de apenas 20%, indicando que ainda existe um grande potencial no mercado de titânio materiais utilizados na aviação na China.
Resumo
O titânio tem muitas vantagens incomparáveis do metal, com o progresso da sociedade, o desenvolvimento da ciência e da tecnologia, o titânio e a liga de titânio serão mais amplamente utilizados, a demanda humana por titânio e liga de titânio aumentará e o alto custo de produção é um dos principais razões para limitar a promoção e utilização do titânio e das ligas de titânio. Portanto, o desenvolvimento e a aplicação de processos de produção contínua de proteção ambiental ecológica, de baixo custo e em grande escala podem tornar o titânio e as ligas de titânio mais amplamente utilizados.
