低成本鈦合金的制備與應用現(xiàn)狀

1、1,低成本鈦合金的制備與應用現(xiàn)狀,第一部分：概述,第二部分：制備與性能,第三部分：應用領域,第四部分：發(fā)展前景,目錄,2,3,第一部分：概述,,,4,密度小,比強度高,耐腐蝕,耐高溫,生物相容性好,超導無磁,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,二、鈦及鈦合金的限制因素,三、解決方案,1、原材料：,2、生產技術：,5,為了提高這種優(yōu)異性能合金的應用，國內外經(jīng)大量研究確定從以下兩個方面著手：,,在合金中

2、使用廉價的金屬代替某些昂貴金屬，且性能不降低,改進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，用相對低成本金屬如Cu、Cr和Mn作為設計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，但價格便宜20 ～30%，且工期大幅縮短,中國,,Ti8LC,Ti12LC,添加了廉價的Fe-Mo中間合金, 代替較貴的V和Cr,Ti12LC具有更高的強度和塑性匹配

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、降低生產工藝過程的成本,,（1）FFC 劍橋法,（2）Armstrong 工藝,（3）MER 復合陽極工藝,（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噴嘴中噴出, 而TiCl

5、4蒸氣從與鈉噴嘴同心的內噴嘴中噴出, 與金屬鈉迅速反應,還原生成鈦粉末, 對Ti粉進行過濾、蒸餾和清洗, 分離, 所得的鈦粉純度可達一級商業(yè)純鈦標準,11,（3）MER 復合陽極工藝,（4）SRI 工藝,（5）Idaho 鈦工藝,,將TiO2粉末、炭質材料、粘結劑混合后, 壓制燒結成塊, 作為復合陽極,熔融的混合鹵化物作為電解液。電解時,TiO2中的Ti4+在陽極還原為Ti3+離子, 進入電解液中, 移動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爐內反應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等離子體通過一個噴口, 然后膨脹冷卻, 在快速冷卻和氫的還原作用下, 使TiCl4轉變成氫化鈦和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 電化學提煉加工法,（2）電子束冷床爐一次熔煉技術,（3）熔模鑄造技術,（4）焊接技術,（5）精密鑄造技術,（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 電化學提煉加工法,（2）電子束冷床爐一次熔煉技術,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,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,重點開發(fā)的焊接技術為機器人焊接技術、金屬極氣體保護脈沖電弧焊和激光焊技術。該技術完成的焊接部件不需要進行機械加工和應力消除，極大地提高了焊接效率和質量，并降低了成本,15,（5）精密鑄造技術

9、,采用精密鑄造技術則可以提高鈦合金材料的利用率, 降低生產成本,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：應用領域,一、航空航天的應用,航空發(fā)動機,飛機機體,17,二、艦船上的應用,艦船及其設備需要長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、承載大、安全可靠等特殊要求,18,三、汽車工業(yè)和化工生產上的應用,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到既能提高汽車的安全和可靠性,減輕發(fā)動機的重量,提高汽車穩(wěn)定性,節(jié)能減排,19,四、文體用品的應用,五、醫(yī)學上的應用,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,鈦無毒、質輕、強度高且具有優(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國家發(fā)達程度的標志,,將在國防、民用工業(yè)上廣泛應用,從研究潛力上,從性能上,從商業(yè)