目前,鈦合金仍然存在成本過高的問題,嚴(yán)重制約了其應(yīng)用拓展。與鋼材及鋁合金成本相比,鈦合金的成本價(jià)格是鋼鐵的近17倍左右,鋁合金的4.5倍左右。據(jù)美國波音公司統(tǒng)計(jì)分析,航空鈦合金材料從原料到成品入庫的總成本中,海綿鈦原材料成本占46%,熔煉、加工成形、熱處理及檢驗(yàn)等成本占54%。從成本構(gòu)成來看,鈦合金低成本制備加工技術(shù)發(fā)展主要有3條技術(shù)途徑:一是解決鈦金屬提取冶金的低成本化問題,發(fā)展連續(xù)高效的提取冶金新技術(shù),降低海綿鈦原材料成本;二是發(fā)展鈦合金的短流程高效制備新技術(shù),大幅降低鈦合金制備加工成本;三是采用高效低成本的近凈成形新技術(shù),大幅提高鈦合金材料的利用率,進(jìn)而大幅降低鈦合金的使用成本。
一、鈦金屬提取冶金新技術(shù)
北科大USTB新型清潔鈦提取工藝
這種新型清潔鈦提取冶煉工藝以二氧化鈦和碳為原料在1500℃左右的溫度下熱還原制備出導(dǎo)電性能良好的碳氧化鈦(Ti-C-O),并以其為陽極在400-1000℃的熔鹽體系中電解,陰極上得到的碳和氧均低于5×10-4的金屬鈦。
劍橋FFC法
FFC劍橋法(英語:FFC Cambridge Process)是一種將固體金屬,尤其是氧化物,置于陰極,在熔融鹽中還原成較純金屬或者合金的電化學(xué)方法。FFC劍橋法被視為一種具有潛力的精煉方式,未來可能可以取代某些現(xiàn)有的金屬生產(chǎn)方式,例如長期用于精煉鈦的克羅爾法。
二、鈦合金高效制備新技術(shù)
鈦合金高效制備新技術(shù)的發(fā)展主要有四個(gè)方向,分別為低成本鈦合金設(shè)計(jì)、短流程熔煉軋制技術(shù)、鈦合金加工性能的優(yōu)化與提高及鈦合金制備加工優(yōu)化與創(chuàng)新技術(shù)。具體舉例如下:低成本鈦合金制造技術(shù)以Fe、Si、Al、Sn(Cu、Cr、Mn)+O、N、H等低廉元素代替V、Mo、Nb、Ta等昂貴元素,降低原材料本身問題。南京工業(yè)大學(xué)的鈦合金連鑄連軋(CC-HR)短流程新技術(shù)一種鈦及鈦合金低成本連軋技術(shù)和設(shè)備,在氬氣保護(hù)或惰性氣體氣氛下,采用大于65KW的等離子槍作為熱源,通過感應(yīng)加熱爐、軋制機(jī)組、導(dǎo)輪組件實(shí)現(xiàn)鈦及鈦合金圓形、扁形鑄錠的連續(xù)鑄造和連續(xù)軋制,降低鈦合金加工成本約30%以上。生產(chǎn)的鈦及鈦合金成分均勻、無偏析、無冶金質(zhì)量問題,常規(guī)力學(xué)性能與傳統(tǒng)加工方式獲得的板、棒材的性能相當(dāng)。
三、提高鈦材利用率
通過采用粉末冶金近凈成形技術(shù)和增材制造技術(shù)等,實(shí)現(xiàn)鈦合金材料的高利用率。
粉末冶金近凈成形技術(shù)
為了降低鈦及鈦合金產(chǎn)品的成本,國外大力發(fā)展無切削、少切削的近凈成形工藝,而粉末冶金技術(shù)就是近凈成形工藝之一。一般鍛件的材料利用率僅為10%~15%,一般鑄件的材料利用率為45%,而用粉末冶金技術(shù)成形鈦及鈦合金零部件時(shí)材料利用率幾乎可以達(dá)到100%。目前,國內(nèi)外主要粉末冶金近凈成形技術(shù)如上表所示。增材制造技術(shù)目前應(yīng)用于鈦合金部件加工中的生產(chǎn)工藝有激光選區(qū)熔化成形技術(shù)、電子束熔絲成形技術(shù)、激光立體成形技術(shù)和電子束選取熔化成形技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,鈦合金材料的應(yīng)用范圍將不僅僅局限于航空航天、國防和醫(yī)療衛(wèi)生方面,鈦合金3D打印技術(shù)也會(huì)不斷的完善和發(fā)展。在第十七屆全國鈦及鈦合金學(xué)術(shù)交流會(huì)上,南京工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院教授/副院長常輝教授表示:“如果鈦合金成本能夠降低50%左右,鈦合金用量將取得非常大的提升,特別是在海洋工程領(lǐng)域和兵器裝備領(lǐng)域,當(dāng)然民用領(lǐng)域的用量也將會(huì)得到大幅提升。估計(jì)用量將會(huì)達(dá)到30~60萬噸/年的規(guī)模,與現(xiàn)在6萬噸左右/年用量相比,用量將會(huì)提高5~10倍。到時(shí),我國鈦工業(yè)水平也將會(huì)達(dá)到新的高度。文章來源“搜鈦網(wǎng)”