Titaan on uut tüüpi materjal, mille eelised on näiteks madal tihedus, kõrge eritugevus, kuumakindlus ja korrosioonikindlus. See kaalub ainult poole vähem kui raud, kuid selle mehaanilised omadused nagu vasar ja tõmbamine on samad kui vasel. Üldiselt võib öelda, et temperatuuri langedes metalli löögikindlus väheneb, titaanil aga vastupidi, mida madalam on temperatuur, seda kõvemaks titaan muutub ja kriitilise temperatuuri saavutamisel tekib ülijuhtivuse nähtus. Titaanisulam ja titaan on omadustelt teatud määral sarnased, lisaks suurepärastele mehaanilistele omadustele ja tugevale korrosioonikindlusele on iseloomulik madal tihedus ja suur tugevus. Lisaks on selle termiline tugevus kõrge, mis on oluliselt parem kui alumiiniumisulamil, ning selle mehaanilised omadused ei muutu madalal ja ülimadalal temperatuuril palju.
Titaani valmistamise meetod
Kuigi titaani leidub looduses suhteliselt palju, on see hajuvuse ja ekstraheerimisraskuste tõttu ka haruldane metall. Praegu on titaani valmistamine jagatud kahte kategooriasse: termilise redutseerimise meetod ja sulasoola elektrolüüsi meetod.
1. Titaani valmistamine termilise redutseerimise meetodil
Termilise redutseerimise meetod on titaani redutseerimine titaaniühenditest nagu TiCl4, TiO2, K2TiF6 jne teatud temperatuuril, kasutades tugevaid redutseerivaid aineid nagu Li, Na, Mg, Ca ja nende hüdriide. Erinevate titaaniühendite järgi võib titaani termilise redutseerimise teel valmistamise tehnoloogia jagada kolme kategooriasse:
(1) titaankloriidi redoksmeetodid, nagu Krolli meetod, Hunteri meetod, Armstrongi meetod ja EMR meetod;
(2) titaanoksiidide redoksmeetodid, nagu OS-meetod, PRP-protsess, MHR-meetod jne;
(3) Titanaadi redoksmeetod.
Praegu saab tööstuslikus tootmises edukalt rakendada vaid Krolli ja Hunteri meetodeid. Krolli meetodi puhul kasutatakse titaani kloriidis asendamiseks magneesiummetalli ja Hunteri meetodi puhul titaani kloriidis asendamiseks naatriummetalli. Lisaks on Chicago International Titanium Powder Company välja töötatud Armstrongi meetod sarnane Hunteri meetodiga, mille puhul kasutatakse titaanmetalli puhastamiseks ka naatriumi redutseerijat. Ameerika Ühendriigid on hakanud seda meetodit-tehastes eeltootmisel kasutama.
2. Titaani valmistatakse sulasoola elektrolüüsi teel
1959. aastal ennustas Kroll, et järgmise 5-10 aasta jooksul asendab Krolli titaani tootmise peavoolumeetodina sulasoola elektrolüüs. Aastate jooksul on kodu- ja välismaised teaduslikud uurimisasutused ja laborid välja töötanud rohkem kui tosin uut tehnoloogiat titaani valmistamiseks sulasoola elektrolüüsi teel, mille saab vastavalt toorainele jagada kolme kategooriasse:
(1) Titanaadi elektrolüüsi meetod;
(2) titaankloriidi elektrolüüsi meetod;
(3) Titaanoksiidide elektrolüüsimeetodid, sealhulgas FFC Cambridge'i meetod, MER-protsess, USTB-meetod, QIT-protsess, SOM-meetod ja ioonse vedeliku elektrolüüsi meetod jne.
Titaani uued kasutusalad
Alates 20. sajandi 40ndatest on titaani kasutamine kiiresti arenenud ning seda on laialdaselt kasutatud lennukites, rakettides, rakettides, tehissatelliitides, kosmoselaevades, laevades, sõjatööstuses, meditsiini- ja naftakeemiatööstuses. Viimased uuringud on leidnud, et inimkeha sisaldab teatud koguses titaani, mis stimuleerib fagotsüüte ja võib tugevdada immuunsust, mistõttu paljud laborid on pühendunud biotitaani väljatöötamisele ja kasutamisele.
Titaanisulami valmistamise meetod
Titaanisulami traditsiooniline töötlemine kasutab üldiselt sulatus- ja valamistehnoloogiat ning uusim töötlemistehnoloogia jaguneb järgmisteks tüüpideks:
lähedal-võrkvormimistehnoloogia ;
traadi hõõrdkeevitustehnoloogia;
superplasti vormimise tehnoloogia ;
Near{0}}võrkvalutehnoloogia hõlmab laservormimist, täppisvalu, täppisstantsimist, pulbermetallurgiat, jugavalu ja muid meetodeid. Pulbermetallurgia on uus protsess, mille käigus kasutatakse toorainena titaanipulbrit või titaanisulamipulbrit, vormitakse ja paagutatakse ning seejärel valmistatakse titaani osi. Esimene on pulbri tootmine, mille puhul kasutatakse üldiselt mehaanilise legeerimise meetodit ning toorainete tugevaks löömiseks, jahvatamiseks ja segamiseks kasutatakse kuulveski. Pulbri moodustanud sulam pressitakse seejärel kaheks pressimismeetodiks, nimelt survevormimiseks ja survevabaks vormimiseks. Selle sammu eesmärk on luua embrüole teatud kuju ja suurus ning muuta see teatud tiheduse ja tugevusega. Seejärel tühjendatakse valmis tooriku materjal paagutatud plasmaga ja paagutatud pulbrile rakendatakse spetsiaalne paagutamisjõuallikas ja pressimisrõhk, kasutades ülemist ja alumist stantsimis- ja pingestuselektroodi, ning suure jõudlusega titaanmaterjal valmistatakse ette tühjenemise aktiveerimise, termoplastilise deformatsiooni ja jahutamise teel. Seejärel töödeldakse plasmapaagutatud titaanisulamit, tavaliselt kuumtöötlemist või plastitöötlust.
Titaanisulamite uued kasutusalad
Titaanisulameid kasutati esimestel päevadel kosmosetööstuses laialdaselt, peamiselt lennukimootorite või pneumaatiliste komponentide valmistamiseks. Hiljem, tehnoloogia pideva arenguga, on titaanisulam jõudnud tavainimeste ellu, samuti leidub titaanisulam tehastes või kodumasinates. Nüüd konkureerivad riigid ja institutsioonid uute titaanisulamite väljatöötamise nimel, et neil oleks madala hinna ja suure jõudlusega omadused, ning titaanisulamite uusarendus viimastel aastatel on keskendunud peamiselt viiele järgmisele aspektile.
1. Meditsiiniline titaani sulam
Titaanisulamil on madal tihedus ja hea biosobivus, mistõttu on see ideaalne meditsiiniline materjal ja seda saab isegi inimkehasse implanteerida. Kuid hiljuti on Jaapani teadlased välja töötanud uut tüüpi titaanisulami, millel on hea biosobivus, kuid praegu ei ole seda sulamit masstootmises{1}} tehtud ja arvatakse, et lähitulevikus saab selliseid kvaliteetseid sulameid igapäevaelus laialdaselt kasutada.
2. Leegiaeglustav titaanisulam
Titaan{0}}põhised sulamid, mis taluvad põlemist teatud rõhu, temperatuuri ja õhuvoolukiiruste juures, on titaantakistid. Ameerika Ühendriigid, Venemaa ja Hiina on järjest välja töötanud uusi takistuslikke titaanisulameid, mille hulgas USA rakendab neid takistuslikke titaanisulameid mootoritele, kuna need titaanisulamid on põlemistundlikud, mistõttu võivad need oluliselt parandada mootori stabiilsust.
3. Kõrge tugevus ja kõrge sitkus tüüp
-tüüpi titaanisulamil on kõrge tugevus, hea keevitatavus ning suurepärane külm- ja kuumtöötlusvõime. Teadlased kasutasid seda seadust, et valmistada -tüüpi titaanisulameid, millel on ilmsed omadused: hea vaimne kuumtöötlus, hea plastilisus ja hea keevitusvõime. Ja selle mehaanilised omadused paranevad oluliselt pärast lahuse{4}}vananemist. Praegu on sellised titaanisulamid valmistanud Jaapan ja Venemaa.
4. Titaan-alumiiniumühendid
Võrreldes tavaliste titaanisulamitega on titaanalumiiniumühenditel hea kõrge temperatuurinäitaja, hea oksüdatsiooni- ja roomamiskindlus ning need on tavalistest titaanisulamitest vähem tihedad. Nende suurepäraste omaduste eesmärk on käivitada uus sulamite buum titaan-alumiiniumühendite vallas. Praegu on Ameerika Ühendriigid sünteesinud selle uue titaan-alumiiniumisulami ja see on masstootmisel.
5. Kõrgetemperatuuriline-titaanisulam
Titaanisulamitel, mis on valmistatud kiirete tahkumismeetodite ja pulbermetallurgia meetodite kombineerimisel, kasutades kiudude või osakestega{0}}tugevdatud komposiite, on suurepärased kõrgel temperatuuril{1}}tuntavad mehaanilised omadused. Kõrgetemperatuurilise-titaanisulami kasutustemperatuuri piirang on palju kõrgem kui tavalisel titaanisulamil. Praegu on Ameerika Ühendriikides valmistatud uus kõrgel temperatuuril{5}} töötav titaanisulam.
6. Titaani-niklisulam
Titaanist ja niklist koosnevat sulamit nimetatakse "mälusulamiks", mis valmistatakse etteantud kujuga ja seejärel vormitakse nii, et välisjõudude deformeerumisel taastatakse selle algne välimus kerge kuumutamisega. Seda sulamit saab kasutada erinevates valdkondades, nagu mõõteriistad ja elektroonikaseadmed.
