Kuinka tyhjiökaari muuttuu uudelleen titaanihalkojen lopullisen puhtauden?

Huippuluokan valmistuksen tarkkuusketjussa Titanium-harkot vievät korvaamattoman asennon niiden ainutlaatuisten metalliominaisuuksien kanssa. Ilmailu- ja ajoneuvojen kevyestä rakenteesta syvänmeren koettimien korroosionkestävään kuoreen, biolääketieteellisistä implantteista korroosioiden kestäviin putkistoihin kemianteollisuudessa, titaaniherkojen puhtaus ja tasaisuus määrittävät suoraan näiden sovellusten suoritusrajat. Titiini titaanihalkojen takottamiseen tyhjiökaarin uudelleenmuutos (VAR) -tekniikka on kuin tarkka skalpeli. Kolmen tiukan sulatusprosessin kierroksen kautta epäpuhtaudet kuoritaan kerroksella kerroksella, ja lopulta heitetään titaani -harja, jolla on tasainen koostumus ja erinomainen suorituskyky. Tämä tekniikka ei ole vain tae titaanimateriaalien puhtaudesta, vaan myös ytimen liikkeellepaneva voima huippuluokan valmistuksen edistämiseksi materiaalin pullonkaulojen läpi.

Titaanimateriaalien teollisuusarvo tulee sen alhaisesta tiheydestä, korkeasta lujuudesta, korroosionkestävyydestä ja muista ominaisuuksista, mutta näiden ominaisuuksien suorituskyky riippuu suuresti materiaalin puhtaudesta. Mikroskooppisella tasolla epäpuhtauselementit (kuten happi, typpi, hiili, rauta jne.) Titaniummatriisissa on titaanimatriisissa sulkeumien tai toisen vaiheen muodossa muodostaen stressipitoisuuspisteitä. Kun materiaalille altistetaan ulkoiset voimat tai äärimmäiset ympäristöt, näistä virheistä tulee halkeamien aloittamisen lähde, mikä johtaa materiaalin lujuuden, sitkeyden menettämisen ja jopa katastrofaalisen epäonnistumisen vähentymiseen. Esimerkiksi ilmailukentällä on erittäin korkeat vaatimukset titaanimateriaalien väsymyksen käyttöikälle, ja pienistä epäpuhtauksista voi tulla piilotettu vaara lentoturvallisuudelle; Biolääketieteellisellä kentällä implanttien epäpuhtaudet voivat aiheuttaa hyljintäreaktioita tai korroosion hajoamista, mikä uhkaa potilaiden terveyttä.

On vaikea poistaa epäpuhtauksia perinteisellä sulatustekniikalla, etenkin niiden elementtien kanssa, jotka muodostavat eutektiikan tai matalan sulamispisteen yhdisteitä titaanin kanssa. Nämä epäpuhtaudet voidaan jakaa uudelleen myöhemmässä prosessoinnissa, muodostaa banded segregaatiota tai alueellisia vikoja, heikentäen edelleen materiaalien ominaisuuksia. Siksi siitä, kuinka saavuttaa titaaniharkojen lopullinen puhtaus prosessiinnovaatioiden avulla on tullut titaaniteollisuuden ydinehdotus.

Pölyn kaaren uudelleenmuutostekniikka saavuttaa titaanin nesteen syvän puhdistuksen elektrodin sulamisen ja suunta jähmettymisen synergistisen vaikutuksen kautta. Sen tekninen logiikka voidaan hajottaa kolmeen avainvaiheeseen:

VAR-prosessin ensimmäisellä kierroksella kulutuselektrodi (yleensä painetaan korkean puhtaan sienen titaanista ja keskiseoksesta) lämmitetään ja sulaa kaari tyhjiöympäristössä. Koska sulatus suoritetaan tyhjiöolosuhteissa, kaasu epäpuhtaudet, kuten happi ja typpi, tukahdutetaan tehokkaasti; Samanaikaisesti korkeat höyrynpaine epäpuhtaudet titaaninesteessä (kuten magnesiumin ja alumiinin kloridit) haihtuvat ja paeta sulatusprosessin aikana. Tämä vaihe voi poistaa noin 50% alkuperäisistä epäpuhtauksista luomalla alustavan perustan titaanihalkojen puhtaudelle.

VAR: n toinen kierros säätelee titaannesteen koostumuksen homogenisoinnin saavuttamiseksi jähmettymisnopeutta ja lämpötilagradienttia suuntauksen jähmettymisen aikana. Sulan uima -altaan alaosassa oleva nestekielen metalli kiteytyy ensin, kun taas epäpuhtaudet rikastuvat sulan uima -altaan yläosaan segregaatiovaikutuksen vuoksi. Elektrodin kuluessa epäpuhtauksien rikastettu alue poistetaan vähitellen sen estämiseksi lopulliseen harjaan. Tämä prosessi ei vain vähennä epäpuhtauspitoisuutta, vaan myös parantaa mikrorakennetta dendriitin murskaamisen ja uudelleenkiteytysmekanismien avulla.

VAR: n kolmas kierros keskittyy puhdistukseen mikromittakaavassa. Optimoimalla kaariparametrit ja sulatusilmapiiri, sulkeumien kokoa ja jakautumista voidaan hallita tarkasti. Esimerkiksi sähkömagneettinen sekoitustekniikka voi kiihdyttää sulkeumien kelluvaa, kun taas erittäin korkea tyhjiöympäristö (<10 ⁻ PA) voi estää kaasu epäpuhtauksien uudelleendsorptiota. Lopullisen harteen happipitoisuus voidaan vähentää alle 0,1%: iin, ja typpipitoisuus on alle 0,015%, ja se täyttää tiukan titaanin tiukat standardit.

Var -tekniikan tuottama parannettu puhtaus kääntyy suoraan harppaukseksi titaani -harkot ja muuttaa teollisuussovellusten mahdollisuuden monissa ulottuvuuksissa:

1. Kvanttitason parannus väsymyksen suorituskyvyssä
Epäpuhtauspitoisuuden vähentäminen vähentää merkittävästi halkeamien aloittamisen lähdettä, pidentäen titaanimateriaalien väsymystä useita kertoja. Esimerkiksi sen jälkeen, kun lentokoneen moottorin kompressorilevy on valmistettu VAR-titaanihahmojen kanssa, sen korkean syklin väsymislujuus kasvaa 400 MPa: sta yli 600 MPa: iin, mikä täyttää uuden sukupolven moottorien tarpeet painon vähentämiseksi ja tehokkuuden lisäämiseksi.

2. KORJAUSKORJAUS
Puhtaan titaanimatriisin pinnalla muodostetulla tiheällä oksidikalvolla (TIO₂) on suurempi stabiilisuus, ja korroosionopeutta vähenee kahdella suuruusluokalla vahvassa hapolla, voimakkaalla alkali- tai korkean lämpötilan ympäristössä. Tämä pidentää VAR -titaanihalkojen käyttöaikaa kemiallisissa putkistoissa, meriveden suolanpoistolaitteissa ja muissa pelloilla viidestä vuodesta yli 20 vuoteen.

3. Vallankumouksellinen paraneminen prosessoinnissa
Yhdenmukainen koostumuksen jakauma eliminoi perinteisten titaanihahmojen segregaatiovirheet vähentäen merkittävästi halkeilun riskiä taonta-, valssaus- ja muiden prosessointiprosessien aikana. Samanaikaisesti alhainen epäpuhtauspitoisuus vähentää pinnan hapettumista ja sisäisiä huokosia kuuman työn aikana, ja saannonopeus kasvaa 70%: sta yli 90%: iin.

4. Huippuluokan sovellusten, kuten suprajohtavuus ja vedyn varastointi, kulmakivi
Titaanimateriaalien suprajohtavien materiaalien alalla VAR -tekniikka voi hallita epäpuhtauspitoisuutta PPM -tasolla varmistaakseen materiaalin suprajohtavan suorituskyvyn erittäin alhaisissa lämpötiloissa; Vetyä varastossa titaaniseoksissa puhdas matriisi voi parantaa vedyn imeytymistä ja vapautumistehokkuutta ja syklin stabiilisuutta.