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23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6第二部分：制备与性能一、降低原材料成本美国TIMET公司Inc公司TimetalCL4冲击韧性和力学性能与Ti-64类似用了Ti-64车屑，减少了中间合金和海绵钛用量Timetal-LCBTimetal-62S高强度、高刚度、抗损伤能好采用Fe-Mo中间合金添加Fe元素代替V元素低廉的Fe元素取代Ti6Al4V合金中的VATI425合金的强度比退火态的Ti-64好，更容易加工成薄板、带卷和管材美国空军试验材料研究和制造管理局Ti-B合金良好的强度、刚度和断裂性能(延性、韧性和疲劳)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VTi15Mo1Fe、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-PdKSTi9(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Ti8LCTi12LC添加了廉价的Fe-Mo中间合金,代替较贵的V和CrTi12LC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4000K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122、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第四部分：发展前景用钛量的多少是一个国家发达程度的标志将在国防、民用工业上广泛应用从研究潜力上从性能上从商业生产角度从工艺上会朝着低温和高应变速率的方向发展会朝着低成本化的方向发展会朝着安全化和环保化的方向发展