低成本鈦合金的制備與應(yīng)用現(xiàn)狀

1、1,低成本鈦合金的制備與應(yīng)用現(xiàn)狀,第一部分：概述,第二部分：制備與性能,第三部分：應(yīng)用領(lǐng)域,第四部分：發(fā)展前景,目錄,2,3,第一部分：概述,,,4,密度小,比強(qiáng)度高,耐腐蝕,耐高溫,生物相容性好,超導(dǎo)無磁,形狀記憶,由于鈦的提取、熔煉和加工都十分困難,,貴,一、鈦及鈦合金的特點(diǎn),二、鈦及鈦合金的限制因素,三、解決方案,1、原材料：,2、生產(chǎn)技術(shù)：,5,為了提高這種優(yōu)異性能合金的應(yīng)用，國內(nèi)外經(jīng)大量研究確定從以下兩個(gè)方面著手：,,在合金中

2、使用廉價(jià)的金屬代替某些昂貴金屬，且性能不降低,改進(jìn)加工工藝和提高材料的利用率以降低成本,7,日本,Ti-Fe-O-N系列合金,Ti-Fe 系合金,,低成本耐蝕合金,用普通金屬如 Fe、Si、Al 和 Sn 及間隙元素O、N、H代替高成本稀有金屬如V、Mo、Nb和Ta，用相對(duì)低成本金屬如Cu、Cr和Mn作為設(shè)計(jì)低成本鈦合金元素等,可加工性良好成本大大低于 Ti6Al4V,采用N和O代替Ti6Al4V合金的Al，F(xiàn)e代替Ti6Al4V合金的

3、V,具有良好的強(qiáng)度和成型性綜合性能,Fe代替Ti6Al4V合金的V,Ti15Mo1Fe、Ti10MoxFe(x=1.3.5)耐腐蝕,代替?zhèn)鹘y(tǒng)的、價(jià)格昂貴的耐腐蝕合金如Ti-Pd,KSTi9(Ti4.5Al2Mo1.6V0.5Fe0.3Si0.03C),TC4合金性能相同，但價(jià)格便宜20 ～30%，且工期大幅縮短,中國,,Ti8LC,Ti12LC,添加了廉價(jià)的Fe-Mo中間合金, 代替較貴的V和Cr,Ti12LC具有更高的強(qiáng)度和塑性匹配

4、,其室溫拉伸性能良好,優(yōu)于TC4,并且更容易在較低溫度下變形,1、金屬鈦的還原技：,9,,二、降低生產(chǎn)工藝過程的成本,,（1）FFC 劍橋法,（2）Armstrong 工藝,（3）MER 復(fù)合陽極工藝,（4）SRI 工藝,（5）Idaho 鈦工藝,（1）FFC 劍橋法,一種將固態(tài)TiO2浸入熔融 CaCl2中電解還原金屬鈦的新方法。,（2）Armstrong 工藝,采用金屬鈉還原TiCl4，該工藝是將液體鈉從一個(gè)噴嘴中噴出, 而TiCl

5、4蒸氣從與鈉噴嘴同心的內(nèi)噴嘴中噴出, 與金屬鈉迅速反應(yīng),還原生成鈦粉末, 對(duì)Ti粉進(jìn)行過濾、蒸餾和清洗, 分離, 所得的鈦粉純度可達(dá)一級(jí)商業(yè)純鈦標(biāo)準(zhǔn),11,（3）MER 復(fù)合陽極工藝,（4）SRI 工藝,（5）Idaho 鈦工藝,,將TiO2粉末、炭質(zhì)材料、粘結(jié)劑混合后, 壓制燒結(jié)成塊, 作為復(fù)合陽極,熔融的混合鹵化物作為電解液。電解時(shí),TiO2中的Ti4+在陽極還原為Ti3+離子, 進(jìn)入電解液中, 移動(dòng)到陰極被還原并沉積為金屬鈦, 氧

6、以CO和CO2的形式在陽極析出,SRI 工藝采用化學(xué)氣相沉積的方法, 在高溫下使TiCl4或TiCl4和其它金屬氯化物的混合物與氫氣在流化床反應(yīng)爐內(nèi)反應(yīng)生成金屬鈦或鈦合金粉末,沉積在特殊基材或同種合金的基板上,將TiCl4置于真空室中, 通過電弧區(qū)加熱到4000 K以上, 形成等離子體, 再由氫氣傳輸TiCl4等離子體通過一個(gè)噴口, 然后膨脹冷卻, 在快速冷卻和氫的還原作用下, 使TiCl4轉(zhuǎn)變成氫化鈦和HCl。氫化鈦經(jīng)過脫氫處理,

7、就可以得到鈦粉,12,2、金屬鈦的加工工藝：,,（1）Cambridge 電化學(xué)提煉加工法,（2）電子束冷床爐一次熔煉技術(shù),（3）熔模鑄造技術(shù),（4）焊接技術(shù),（5）精密鑄造技術(shù),（6）粉末冶金成形,13,在電解液中溶解金屬氧化物( TiO2)和氯化物( TiCl4),而是在電解過程中保持固態(tài),可使鈦提煉成本降低50%以上,（1）Cambridge 電化學(xué)提煉加工法,（2）電子束冷床爐一次熔煉技術(shù),利用電子槍發(fā)射的集中和可控穩(wěn)定的電子束

8、作為熱源來熔融、精煉和重熔金屬的一種新型熔煉方法,14,（3）熔模鑄造技術(shù),熔模鑄造, 又稱失蠟鑄造, 是在用易熔材料制成的模樣表面涂敷若干層耐火涂料, 待其干燥硬化后, 將模樣熔失而制成整體型殼, 將金屬液澆入型殼而獲得鑄件的方法,（4）焊接技術(shù),重點(diǎn)開發(fā)的焊接技術(shù)為機(jī)器人焊接技術(shù)、金屬極氣體保護(hù)脈沖電弧焊和激光焊技術(shù)。該技術(shù)完成的焊接部件不需要進(jìn)行機(jī)械加工和應(yīng)力消除，極大地提高了焊接效率和質(zhì)量，并降低了成本,15,（5）精密鑄造技術(shù)

9、,采用精密鑄造技術(shù)則可以提高鈦合金材料的利用率, 降低生產(chǎn)成本,精密鑄造工藝流程圖,（6）粉末冶金成形,一種由粉末直接成形用該方法生產(chǎn)的鈦及鈦合金零部件成分無偏析、組織均勻、性能穩(wěn)定優(yōu)越,16,第三部分：應(yīng)用領(lǐng)域,一、航空航天的應(yīng)用,航空發(fā)動(dòng)機(jī),飛機(jī)機(jī)體,17,二、艦船上的應(yīng)用,艦船及其設(shè)備需要長(zhǎng)期浸泡在海水和海洋大氣環(huán)境中，在使用中要求材料耐腐蝕性能高、壽命長(zhǎng)、承載大、安全可靠等特殊要求,18,三、汽車工業(yè)和化工生產(chǎn)上的應(yīng)用,彈簧、

10、消音器、排氣系統(tǒng)以及車體框架部分，均可采用鈦合金材料來達(dá)到既能提高汽車的安全和可靠性,減輕發(fā)動(dòng)機(jī)的重量,提高汽車穩(wěn)定性,節(jié)能減排,19,四、文體用品的應(yīng)用,五、醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用,最有代表性的要屬高爾夫球桿頭,此外，在自行魚用具、眼鏡架、手表照相機(jī),鈦無毒、質(zhì)輕、強(qiáng)度高且具有優(yōu)良的生物相容性，是非常理想的醫(yī)用金屬材料,20,第四部分：發(fā)展前景,用鈦量的多少是一個(gè)國家發(fā)達(dá)程度的標(biāo)志,,將在國防、民用工業(yè)上廣泛應(yīng)用,從研究潛力上,從性能上,從商業(yè)