低成本钛合金的制备与应用现状

1,低成本钛合金的制备与应用现状,第一部分：概述,第二部分：制备与性能,第三部分：应用领域,第四部分：发展前景,目录,2,3,第一部分：概述,4,密度小,比强度高,耐腐蚀,耐高温,生物相容性好,超导无磁,形状记忆,由于钛的提取、熔炼和加工都十分困难,贵,一、钛及钛合金的特点,二、钛及钛合金的限制因素,三、解决方案,1、原材料：,2、生产技术：,5,为了提高这种优异性能合金的应用，国内外经大量研究确定从以下两个方面着手：,在合金中使用廉价的金属代替某些昂贵金属，且性能不降低,改进加工工艺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,低成本耐蚀合金,用普通金属如 Fe、Si、Al 和 Sn 及间隙元素O、N、H代替高成本稀有金属如V、Mo、Nb和Ta，用相对低成本金属如Cu、Cr和Mn作为设计低成本钛合金元素等,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，Fe代替Ti6Al4V合金的V,具有良好的强度和成型性综合性能,Fe代替Ti6Al4V合金的V,Ti15Mo1Fe、Ti10MoxFe(x=1.3.5)耐腐蚀,代替传统的、价格昂贵的耐腐蚀合金如Ti-Pd,KSTi9(Ti4.5Al2Mo1.6V0.5Fe0.3Si0.03C),TC4合金性能相同，但价格便宜20 30%，且工期大幅缩短,中国,Ti8LC,Ti12LC,添加了廉价的Fe-Mo中间合金, 代替较贵的V和Cr,Ti12LC具有更高的强度和塑性匹配,其室温拉伸性能良好,优于TC4,并且更容易在较低温度下变形,1、金属钛的还原技：,9,二、降低生产工艺过程的成本,（1）FFC 剑桥法,（2）Armstrong 工艺,（3）MER 复合阳极工艺,（4）SRI 工艺,（5）Idaho 钛工艺,（1）FFC 剑桥法,一种将固态TiO2浸入熔融 CaCl2中电解还原金属钛的新方法。,（2）Armstrong 工艺,采用金属钠还原TiCl4，该工艺是将液体钠从一个喷嘴中喷出, 而TiCl4蒸气从与钠喷嘴同心的内喷嘴中喷出, 与金属钠迅速反应,还原生成钛粉末, 对Ti粉进行过滤、蒸馏和清洗, 分离, 所得的钛粉纯度可达一级商业纯钛标准,11,（3）MER 复合阳极工艺,（4）SRI 工艺,（5）Idaho 钛工艺,将TiO2粉末、炭质材料、粘结剂混合后, 压制烧结成块, 作为复合阳极,熔融的混合卤化物作为电解液。电解时,TiO2中的Ti4+在阳极还原为Ti3+离子, 进入电解液中, 移动到阴极被还原并沉积为金属钛, 氧以CO和CO2的形式在阳极析出,SRI 工艺采用化学气相沉积的方法, 在高温下使TiCl4或TiCl4和其它金属氯化物的混合物与氢气在流化床反应炉内反应生成金属钛或钛合金粉末,沉积在特殊基材或同种合金的基板上,将TiCl4置于真空室中, 通过电弧区加热到4000 K以上, 形成等离子体, 再由氢气传输TiCl4等离子体通过一个喷口, 然后膨胀冷却, 在快速冷却和氢的还原作用下, 使TiCl4转变成氢化钛和HCl。氢化钛经过脱氢处理, 就可以得到钛粉,12,2、金属钛的加工工艺：,（1）Cambridge 电化学提炼加工法,（2）电子束冷床炉一次熔炼技术,（3）熔模铸造技术,（4）焊接技术,（5）精密铸造技术,（6）粉末冶金成形,13,在电解液中溶解金属氧化物( TiO2)和氯化物( TiCl4),而是在电解过程中保持固态,可使钛提炼成本降低50%以上,（1）Cambridge 电化学提炼加工法,（2）电子束冷床炉一次熔炼技术,利用电子枪发射的集中和可控稳定的电子束作为热源来熔融、精炼和重熔金属的一种新型熔炼方法,14,（3）熔模铸造技术,熔模铸造, 又称失蜡铸造, 是在用易熔材料制成的模样表面涂敷若干层耐火涂料, 待其干燥硬化后, 将模样熔失而制成整体型壳, 将金属液浇入型壳而获得铸件的方法,（4）焊接技术,重点开发的焊接技术为机器人焊接技术、金属极气体保护脉冲电弧焊和激光焊技术。该技术完成的焊接部件不需要进行机械加工和应力消除，极大地提高了焊接效率和质量，并降低了成本,15,（5）精密铸造技术,采用精密铸造技术则可以提高钛合金材料的利用率, 降低生产成本,精密铸造工艺流程图,（6）粉末冶金成形,一种由粉末直接成形 用该方法生产的钛及钛合金零部件成分无偏析、组织均匀、性能稳定优越,16,第三部分：应用领域,一、航空航天的应用,航空发动机,飞机机体,17,二、舰船上的应用,舰船及其设备需要长期浸泡在海水和海洋大气环境中，在使用中要求材料耐腐蚀性能高、寿命长、承载大、安全可靠等特殊要求,18,三、汽车工业和化工生产上的应用,弹簧、消音器、排气系统以及车体框架部分，均可采用钛合金材料来达到既能提高汽车的安全和可靠性,减轻发动机的重量,提高汽车稳定性,节能减排,19,四、文体用品的应用,五、医学上的应用,最有代表性的要属高尔夫球杆头,此外，在自行鱼用具、眼镜架、手表照相机,钛无毒、质轻、强度高且具有优良的生物相容性，是非常理想的医用金属材料,20,第四部