Pengantar sifat-sifat titanium dan paduan titanium
1.1 Pengantar Titanium
Titanium merupakan material jenis baru yang memiliki keunggulan kepadatan rendah, kekuatan spesifik tinggi, tahan panas dan tahan korosi. Beratnya hanya setengah dari berat besi, tetapi sifat mekaniknya, seperti palu dan tarikan, sebanding dengan tembaga. Secara umum, seiring dengan penurunan suhu maka resistansi logam akan menurun, namun titanium sebaliknya, semakin rendah suhu maka titanium akan menjadi semakin keras, dan superkonduktivitas akan muncul ketika suhu kritis tercapai.
1.2 Pengantar paduan titanium
Paduan titanium dan titanium memiliki sifat yang serupa sampai batas tertentu, dengan karakteristik kepadatan rendah dan kekuatan tinggi, selain sifat mekaniknya yang sangat baik, ketahanan korosi yang kuat. Selain itu, kekuatan termalnya tinggi, yang jelas lebih baik dibandingkan paduan aluminium. Pada saat yang sama, sifat mekaniknya mengalami sedikit perubahan pada suhu rendah dan suhu sangat rendah.
Teknologi baru dan penerapan titanium
2.1 Metode pembuatan titanium
Meskipun titanium relatif melimpah di alam, titanium juga merupakan logam langka karena tersebar dan sulit diekstraksi. Saat ini, pembuatan titanium dibagi menjadi dua kategori: metode reduksi termal dan metode elektrolisis garam cair.
(1) Titanium dibuat dengan metode reduksi termal
Metode reduksi termal adalah pada suhu tertentu, penggunaan Li, Na, Mg, Ca dan hidridanya serta zat pereduksi kuat lainnya, titanium dari senyawa titanium seperti reduksi TiCl4, TiO2, K2TiF6. Menurut berbagai senyawa titanium, teknologi preparasi titanium dengan reduksi termal dapat dibagi menjadi tiga kategori:
① Metode REDOX titanium klorida, seperti metode Kroll, metode Hunter, metode Armstrong dan metode EMR;
② Metode REDOX titanium oksida, seperti metode OS, proses PRP, metode MHR, dll.
③ Metode REDOX titanat.
Saat ini, hanya metode Kroll dan metode Hunter yang berhasil diterapkan dalam produksi industri. Metode Kroll menggunakan magnesium untuk menggantikan titanium dari klorida, dan metode Hunter menggunakan logam natrium untuk menggantikan titanium dari klorida. Selain itu, perusahaan bubuk titanium internasional Chicago Amerika Serikat mengembangkan metode Armstrong, metode pembuatannya mirip dengan metode Hunter, dan juga penggunaan zat pereduksi natrium untuk memurnikan logam titanium. Amerika Serikat sudah menggunakan metode ini untuk pra-produksi di pabrik.
(2) Pembuatan titanium dengan elektrolisis garam cair
Pada tahun 1959, Kroll memperkirakan bahwa elektrolisis garam cair akan menggantikan Kroll sebagai metode produksi titanium yang dominan dalam lima hingga sepuluh tahun ke depan. Selama bertahun-tahun, lembaga penelitian dan laboratorium di dalam dan luar negeri telah mengembangkan lebih dari selusin teknologi baru untuk pembuatan titanium dengan elektrolisis garam cair, yang dapat dibagi menjadi tiga kategori berikut menurut bahan bakunya:
① Elektrolisis titanat;
(2) Elektrolisis titanium klorida;
③ Metode elektrolitik titanium oksida, termasuk metode FFC Cambridge, proses MER, metode USTB, proses QIT, metode SOM dan metode elektrolitik cairan ionik, dll.
2.2 Penggunaan baru titanium
Sejak tahun 1940-an, penggunaan titanium telah berkembang pesat, dan telah banyak digunakan dalam bidang pesawat terbang, roket, rudal, satelit, pesawat ruang angkasa, kapal laut, industri militer, perawatan medis, dan petrokimia. Penelitian terbaru menemukan bahwa tubuh manusia mengandung sejumlah titanium, titanium akan merangsang sel fagositik, dapat memperkuat fungsi kekebalan tubuh, sehingga banyak laboratorium berkomitmen untuk pengembangan dan penerapan titanium biologis.
Teknologi baru dan penerapan paduan titanium
3.1 Metode persiapan paduan titanium
Pengolahan tradisional paduan titanium umumnya mengadopsi teknologi peleburan dan pengecoran, teknologi pengolahan terbaru dibagi menjadi berikut:
(1) Teknologi pencetakan dekat jaring;
(2) Teknologi pengelasan gesekan garis;
(3) teknologi pembentukan superplastik;
(4) Teknologi simulasi komputer untuk persiapan bahan dan proses pengolahan.
Teknologi pencetakan hampir bersih mencakup pencetakan laser, pengecoran presisi, penempaan cetakan presisi, metalurgi serbuk, pencetakan jet, dan metode lainnya. Metalurgi serbuk adalah penggunaan bubuk titanium atau bubuk paduan titanium sebagai bahan baku, setelah pencetakan dan sintering, untuk memproduksi komponen titanium dalam proses baru. Yang pertama adalah produksi bubuk, umumnya menggunakan metode paduan mekanis, menggunakan ball mill untuk memukul, menggiling, dan mengaduk bahan mentah dengan kuat. Kemudian paduan yang sudah berbentuk bubuk ditekan dan dibentuk. Metode pengepresan ada dua, yaitu pembentukan tekanan dan pembentukan tanpa tekanan. Tujuan dari langkah ini adalah untuk membuat bentuk dan ukuran tertentu dari embrio yang ditekan, serta memiliki kepadatan dan kekuatan tertentu. Kemudian dalam pembuatan sintering plasma pelepasan blastoplasma, penggunaan die punching atas dan bawah serta elektroda listrik akan menjadi catu daya sintering spesifik dan tekanan pengepresan diterapkan pada bubuk sinter, setelah aktivasi pelepasan, deformasi termoplastik dan pendinginan untuk menyelesaikan persiapan bahan titanium berkinerja tinggi. Kemudian paduan titanium sinter plasma untuk pengolahan selanjutnya, umumnya perlakuan panas atau pengolahan plastik.
3.2 Penggunaan baru paduan titanium
Paduan titanium banyak digunakan di bidang kedirgantaraan pada masa-masa awal, terutama dalam produksi mesin pesawat terbang atau komponen pneumatik. Belakangan, dengan terus berkembangnya teknologi, paduan titanium telah memasuki kehidupan masyarakat awam, di pabrik atau perangkat rumah juga terdapat sosok paduan titanium. Kini negara dan institusi sedang berebut mengembangkan paduan titanium baru, agar memiliki karakteristik berbiaya rendah dan kinerja tinggi, pengembangan baru paduan titanium dalam beberapa tahun terakhir terutama terkonsentrasi pada lima aspek berikut.
(1) Paduan titanium medis
Paduan titanium dengan kepadatan rendah dan biokompatibilitas yang baik merupakan bahan medis yang ideal dan bahkan dapat ditanamkan ke dalam tubuh manusia. Paduan titanium yang sebelumnya digunakan dalam bidang medis mengandung vanadium dan aluminium yang dapat membahayakan tubuh manusia. Namun dalam waktu dekat, para sarjana Jepang telah mengembangkan paduan titanium jenis baru, dengan biokompatibilitas yang baik, namun paduan tersebut belum diproduksi secara massal, diyakini bahwa dalam waktu dekat, paduan berkualitas tinggi tersebut dapat digunakan secara luas. dalam kehidupan sehari-hari.
(2) Paduan titanium tahan api
Paduan dasar titanium yang dapat menahan pembakaran pada tekanan, suhu, dan laju aliran udara tertentu adalah paduan titanium tahan api. Amerika Serikat, Rusia dan Tiongkok telah mengembangkan paduan titanium tahan baru, di antaranya Amerika Serikat akan menerapkan paduan titanium tahan ini pada mesin, karena paduan titanium ini tidak sensitif terhadap pembakaran, sehingga dapat meningkatkan stabilitas mesin secara signifikan.
(3) tipe dengan kekuatan dan ketangguhan tinggi
jenis paduan titanium memiliki karakteristik kekuatan tinggi, kemampuan las yang baik, dan kinerja kerja dingin dan panas yang sangat baik. Para peneliti menggunakan undang-undang ini, karakteristik paduan titanium tipe persiapan sangat jelas: kinerja kerja panas yang baik, plastisitas yang baik, kinerja pengelasan yang baik. Dan sifat mekaniknya sangat meningkat setelah perawatan penuaan larutan. Saat ini, Jepang dan Rusia telah menyiapkan paduan titanium tersebut.
(4) Senyawa titanium dan aluminium
Dibandingkan dengan paduan titanium pada umumnya, senyawa aluminium titanium memiliki kinerja suhu tinggi yang baik, ketahanan oksidasi dan ketahanan mulur yang baik, dan kepadatannya lebih kecil dibandingkan paduan titanium pada umumnya. Karakteristik luar biasa ini ditakdirkan untuk senyawa Ti - Al yang akan memicu ledakan paduan baru. Paduan senyawa titanium - aluminium baru telah disintesis di Amerika Serikat dan sedang diproduksi massal.
(5) Paduan titanium suhu tinggi
Dengan menggabungkan metode pemadatan cepat dan metode metalurgi serbuk, paduan titanium yang dibuat dari komposit yang diperkuat serat atau partikel memiliki karakteristik mekanik suhu tinggi yang sangat baik. Batas suhu paduan titanium suhu tinggi jauh lebih tinggi dibandingkan dengan paduan titanium biasa. Saat ini, Amerika Serikat telah menyiapkan paduan titanium suhu tinggi baru.
(6) Paduan nikel titanium
Paduan titanium dan nikel, yang dikenal sebagai "paduan memori", dibuat menjadi bentuk yang telah ditentukan. Setelah dibentuk, jika berubah bentuk oleh kekuatan luar, dapat dikembalikan ke tampilan aslinya dengan sedikit panas. Paduan ini dapat digunakan di berbagai bidang seperti instrumentasi dan perangkat elektronik.
Status terkini pengembangan material paduan titanium di Cina
Paduan titanium mengacu pada berbagai logam paduan yang terbuat dari titanium dan logam lainnya. Dalam beberapa tahun terakhir, Tiongkok sering mengeluarkan kebijakan untuk mendorong penelitian dan pengembangan, produksi dan penerapan bahan paduan titanium. Di pasar global, bahan paduan titanium terutama digunakan dalam industri penerbangan, industri pertahanan, dan industri lainnya. Diantaranya, permintaan aplikasi di industri penerbangan menyumbang sekitar 50%, terutama untuk pembuatan pesawat terbang dan mesin. Dalam struktur permintaan bahan titanium di negara kita, bahan pengolahan titanium terutama digunakan di bidang industri kimia, dan proporsi bahan titanium yang digunakan di ruang angkasa dalam negeri hanya 20%, menunjukkan bahwa terdapat potensi besar di pasar titanium. bahan yang digunakan dalam penerbangan di negara kita. Saat ini, di bidang paduan titanium kelas atas, hanya ada sedikit perusahaan yang dapat memproduksi secara massal batang dan kawat paduan titanium penerbangan militer di negara kita, yang merupakan pola persaingan "duopoli".
1. Kebijakan tersebut mendorong pengembangan material paduan titanium
Paduan titanium mengacu pada berbagai logam paduan yang terbuat dari titanium dan logam lainnya. Banyak negara di dunia telah menyadari pentingnya bahan paduan titanium, dan telah melakukan penelitian dan pengembangan terhadapnya, serta telah diterapkan dalam praktik. Dalam beberapa tahun terakhir, Tiongkok sering mengeluarkan kebijakan untuk mendorong penelitian dan pengembangan, produksi dan penerapan bahan paduan titanium. Pada tahun 2019, menurut informasi yang diungkapkan dalam Katalog Panduan Penyesuaian Struktur Industri (Draf 2019), bahan karbida semen struktur komposit ultra-halus, ultra-kasar, berkinerja tinggi dan produk pemrosesan dalam, bahan paduan titanium modulus rendah, tahan korosi bahan paduan titanium, pengencang paduan titanium untuk ruang angkasa dan sebagainya akan terdaftar sebagai proyek yang didorong untuk penyesuaian struktur industri.
2. Bahan paduan titanium terutama digunakan di bidang luar angkasa dan militer
Di pasar global, bahan paduan titanium terutama digunakan dalam industri penerbangan, industri pertahanan, dan industri lainnya. Diantaranya, permintaan aplikasi di industri penerbangan menyumbang sekitar 50%, terutama untuk pembuatan pesawat terbang dan mesin. Dalam struktur permintaan bahan titanium di Cina, bahan pengolahan titanium terutama digunakan di bidang kimia. Perbedaan paling penting dibandingkan dengan dunia adalah pada bidang penerbangan. Bahan titanium yang digunakan dalam dunia penerbangan selalu menyumbang sekitar 53% dari total permintaan bahan titanium di dunia, sedangkan proporsi bahan titanium yang digunakan di luar angkasa dalam negeri hanya 20%, menunjukkan bahwa masih terdapat potensi besar di pasar titanium. bahan yang digunakan dalam penerbangan di Cina.
Ringkasan
Titanium memiliki banyak keunggulan logam yang tak tertandingi, seiring dengan kemajuan masyarakat, perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, penggunaan titanium dan paduan titanium akan semakin luas, permintaan manusia akan titanium dan paduan titanium akan semakin meningkat, dan biaya produksi yang tinggi adalah salah satunya. alasan utama untuk membatasi promosi dan penggunaan titanium dan paduan titanium. Oleh karena itu, pengembangan dan penerapan proses produksi berkelanjutan yang berbiaya rendah, berskala besar, dan ramah lingkungan dapat membuat titanium dan paduan titanium lebih banyak digunakan.
