Titāns ir jauna veida materiāls ar tādām priekšrocībām kā zems blīvums, augsta īpatnējā izturība, karstumizturība un izturība pret koroziju. Tas sver tikai uz pusi mazāk nekā dzelzs, bet tā mehāniskās īpašības, piemēram, kalšana un vilkšana, ir tādas pašas kā vara. Vispārīgi runājot, pazeminoties temperatūrai, metāla triecienizturība samazināsies, bet titānam ir otrādi, jo zemāka temperatūra, jo cietāks titāns kļūs, un, sasniedzot kritisko temperatūru, radīsies supravadītspējas fenomens. Titāna sakausējuma un titāna īpašības zināmā mērā ir līdzīgas ar zema blīvuma un augstas stiprības īpašībām, kā arī lieliskajām mehāniskajām īpašībām un spēcīgo izturību pret koroziju. Turklāt tā termiskā izturība ir augsta, kas ir ievērojami labāka nekā alumīnija sakausējumam, un tā mehāniskās īpašības īpaši nemainās zemā temperatūrā un īpaši zemā temperatūrā.
Titāna sagatavošanas metode
Lai gan titāna dabā ir salīdzinoši daudz, tas ir arī rets metāls tā izkliedes un ieguves grūtību dēļ. Pašlaik titāna sagatavošana ir sadalīta divās kategorijās: termiskās reducēšanas metode un kausēta sāls elektrolīzes metode.
1. Titāna sagatavošana ar termiskās reducēšanas metodi
Termiskās reducēšanas metode ir titāna reducēšana no titāna savienojumiem, piemēram, TiCl4, TiO2, K2TiF6 utt., noteiktā temperatūrā, izmantojot spēcīgus reducētājus, piemēram, Li, Na, Mg, Ca un to hidrīdus. Saskaņā ar dažādiem titāna savienojumiem titāna sagatavošanas tehnoloģiju ar termisko reducēšanu var iedalīt trīs kategorijās:
(1) Titāna hlorīda redoksmetodes, piemēram, Kroll metode, Hantera metode, Ārmstronga metode un EMR metode;
(2) titāna oksīdu redoksmetodes, piemēram, OS metode, PRP process, MHR metode utt.;
(3) Titanāta redoksmetode.
Šobrīd rūpnieciskajā ražošanā var veiksmīgi pielietot tikai Kroll un Hunter metodes. Kroll metode izmanto magnija metālu, lai aizstātu titānu hlorīdā, un Hantera metode izmanto nātrija metālu, lai aizstātu titānu hlorīda sastāvā. Turklāt Čikāgas starptautiskās Titanium Powder Company izstrādātā Armstronga metode ir līdzīga Hantera metodei, kurā titāna metāla attīrīšanai tiek izmantots arī reducētājs nātrijs. Amerikas Savienotās Valstis ir sākušas izmantot šo metodi pirmsražošanai rūpnīcās.
2. Titānu iegūst ar kausēta sāls elektrolīzi
1959. gadā Krols prognozēja, ka kausēta sāls elektrolīze nākamajos 5-10 gados aizstās Krolu kā galveno metodi titāna ražošanai. Gadu gaitā zinātniskās pētniecības iestādes un laboratorijas gan mājās, gan ārvalstīs ir izstrādājušas vairāk nekā duci jaunu tehnoloģiju titāna sagatavošanai ar kausēta sāls elektrolīzi, kuras pēc izejvielām var iedalīt šādās trīs kategorijās:
(1) Titanāta elektrolīzes metode;
(2) Titāna hlorīda elektrolīzes metode;
(3) Titāna oksīdu elektrolīzes metodes, tostarp FFC Kembridžas metode, MER process, USTB metode, QIT process, SOM metode un jonu šķidruma elektrolīzes metode utt.
Jauni titāna lietojumi
Kopš 20. gadsimta 40. gadiem titāna izmantošana ir strauji attīstījusies un ir plaši izmantota lidmašīnās, raķetēs, raķetēs, mākslīgajos pavadoņos, kosmosa kuģos, kuģos, militārajā rūpniecībā, medicīnas un naftas ķīmijas rūpniecībā. Jaunākie pētījumi atklājuši, ka cilvēka organismā ir noteikts daudzums titāna, kas stimulē fagocītus un var stiprināt imunitāti, tāpēc daudzas laboratorijas ir apņēmušās biotitāna izstrādi un pielietojumu.
Titāna sakausējuma sagatavošanas metode
Tradicionālajā titāna sakausējuma apstrādē parasti tiek izmantota kausēšanas un liešanas tehnoloģija, un jaunākās apstrādes tehnoloģijas ir sadalītas šādos veidos:
tuvu-tīkla formēšanas tehnoloģija;
stiepļu berzes metināšanas tehnoloģija;
superplastmasas liešanas tehnoloģija;
Near{0}}net molding tehnoloģija ietver lāzerformēšanu, precīzu liešanu, precīzu kalšanu, pulvermetalurģiju, strūklu formēšanu un citas metodes. Pulvermetalurģija ir jauns process, kurā kā izejvielu tiek izmantots titāna pulveris vai titāna sakausējuma pulveris, formēts un saķepināts, un pēc tam tiek ražotas titāna detaļas. Pirmais ir pulvera ražošana, kurā parasti izmanto mehāniskās sakausēšanas metodi un izmanto lodīšu dzirnavas, lai spēcīgi ietekmētu, sasmalcinātu un maisītu izejvielas. Pēc tam sakausējums, kas ir izveidojis pulveri, tiek presēts divās presēšanas metodēs, proti, spiediena veidošanā un bezspiediena formēšanā. Šī posma mērķis ir izveidot embrijam noteiktu formu un izmēru un panākt, lai tam būtu noteikts blīvums un izturība. Pēc tam gatavais sagataves materiāls tiek izvadīts, saķepināts ar plazmu, un saķepinātajam pulverim tiek piemērots īpašs saķepināšanas strāvas avots un presēšanas spiediens, izmantojot augšējo un apakšējo presformas caurumošanas un barošanas elektrodus, un augstas veiktspējas titāna materiāls tiek sagatavots, aktivizējot izlādi, termoplastiski deformējot un atdzesējot. Pēc tam titāna sakausējumu, kas ir pakļauts plazmas saķepināšanai, pēc tam apstrādā, parasti termiski apstrādājot vai apstrādājot plastmasas.
Jauni titāna sakausējumu lietojumi
Titāna sakausējumi tika plaši izmantoti kosmosa jomā pirmajās dienās, galvenokārt lidmašīnu dzinēju vai pneimatisko komponentu ražošanā. Vēlāk, nepārtraukti attīstoties tehnoloģijām, titāna sakausējums ir ienācis parastu cilvēku dzīvē, un titāna sakausējums ir atrodams arī rūpnīcās vai sadzīves ierīcēs. Tagad valstis un iestādes sacenšas, lai izstrādātu jaunus titāna sakausējumus, lai tiem būtu zemu izmaksu un augstas veiktspējas īpašības, un pēdējos gados jaunā titāna sakausējumu attīstība galvenokārt ir koncentrēta šādos piecos aspektos.
1. Medicīniskais titāna sakausējums
Titāna sakausējumam ir zems blīvums un laba bioloģiskā saderība, kas padara to par ideālu medicīnisku materiālu un to var pat implantēt cilvēka ķermenī. Tomēr nesen japāņu zinātnieki ir izstrādājuši jauna veida titāna sakausējumu ar labu bioloģisko savietojamību, taču pašlaik šis sakausējums nav masveidā ražots, un tiek uzskatīts, ka tuvākajā nākotnē šādus augstas kvalitātes sakausējumus varēs plaši izmantot ikdienas dzīvē.
2. liesmu slāpējošs titāna sakausējums
Titāna{0}}sakausējumi, kas var izturēt degšanu noteiktā spiedienā, temperatūrā un gaisa plūsmas ātrumā, ir titāna rezistori. ASV, Krievija un Ķīna ir secīgi izstrādājušas jaunus pretestības titāna sakausējumus, starp kuriem ASV šos pretestības titāna sakausējumus piemēro dzinējiem, jo šie titāna sakausējumi ir nejutīgi pret degšanu, tāpēc tie var ievērojami uzlabot dzinēja stabilitāti.
3. Augstas izturības un augstas izturības veids
-titāna sakausējumam piemīt augsta izturība, laba metināmība un lieliska aukstās un karstās apstrādes veiktspēja. Pētnieki izmantoja šo likumu, lai sagatavotu -titāna sakausējumus ar acīmredzamām īpašībām: labu garīgās termiskās apstrādes veiktspēju, labu plastiskumu un labu metināšanas veiktspēju. Un tā mehāniskās īpašības ir ievērojami uzlabotas pēc šķīduma{4}}novecošanās apstrādes. Šobrīd Japāna un Krievija ir sagatavojušas šādus titāna sakausējumus.
4. Titāna-alumīnija savienojumi
Salīdzinot ar parastajiem titāna sakausējumiem, titāna alumīnija savienojumiem ir laba veiktspēja augstā temperatūrā, laba izturība pret oksidēšanu un šļūde, un tie ir mazāk blīvi nekā parastie titāna sakausējumi. Šīs izcilās īpašības ir paredzētas jaunam sakausējuma uzplaukumam titāna-alumīnija savienojumu jomā. Pašlaik Amerikas Savienotajās Valstīs ir sintezēts šis jaunais titāna{3}}alumīnija sakausējums, un tas tiek ražots masveidā.
5. Augstas temperatūras{1}}titāna sakausējums
Titāna sakausējumiem, kas izgatavoti, apvienojot ātrās cietināšanas metodes un pulvermetalurģijas metodes, izmantojot šķiedru vai daļiņu{0}}stiegrotus kompozītmateriālus, ir izcilas augstas temperatūras{1}}mehāniskās īpašības. Augstas temperatūras-titāna sakausējuma lietošanas temperatūras ierobežojums ir daudz augstāks nekā parastajam titāna sakausējumam. Pašlaik Amerikas Savienotajās Valstīs ir sagatavots jauns augstas temperatūras{5}}titāna sakausējums.
6. Titāna-niķeļa sakausējums
Sakausējums, kas sastāv no titāna un niķeļa, tiek saukts par "atmiņas sakausējumu", kas tiek veidots iepriekš noteiktā formā un pēc tam tiek veidots tā, lai ar nelielu karsēšanu atjaunotu sākotnējo izskatu, ja to deformē ārējie spēki. Šo sakausējumu var izmantot dažādās jomās, piemēram, instrumentos un elektroniskās ierīcēs.
