Використання та застосування титану в сучасних галузях промисловості

Чотири етапи ланцюжка титанової промисловості

Титан потрапляє на ринок через чотири пов’язані між собою етапи. Ільменіт, рутил та інші титан-вмісні руди спочатку модернізуються шляхом фізичного збагачення до високоякісного-концентрату. Цей концентрат потім розщеплюють двома способами: очищають до -діоксиду титану високої чистоти для пігментної промисловості або хлорують до тетрахлориду титану та відновлюють до титанової губки. Губку остаточно розплавляють, відливають у злитки та перетворюють на млинові продукти, такі як плита, брусок, труба та дріт.

Кожен етап встановлює стелю для наступного. Рівні заліза, кисню, азоту та вуглецю, фіксовані на стадії губки, не можуть бути економічно видалені пізніше, тому пластичність, довговічність і надійність зварювання готового титанового виробу в основному визначаються до першого проходу прокатки.

Титанова губка: основна сировина

Титанову губку отримують шляхом відновлення тетрахлориду титану магнієм, процес Кролла, або натрієм, процес Хантера. Комерційна губка зазвичай містить від 98,5% до 99,7% титану, а баланс складається з заліза, кисню, азоту, вуглецю, кремнію та залишкових хлоридів. Вакуумно-дуговий переплав або електронно-променеве плавлення потім консолідує губку в щільний злиток з однорідною дрібно{4}}зернистою структурою, придатною для термомеханічної обробки.

Зменшення вмісту магнію домінує у світовій пропозиції, оскільки побічні-продукти магнію та хлору можна відновити та повернути в хлоратор, що забезпечує кращу консистенцію продукту та нижчий рівень металевих домішок. Відновлення натрієм може забезпечити дещо тоншу губку, але споживає набагато більше відновника на тонну металу. Електроліз розплавленої солі залишається скоріше шляхом розвитку, ніж комерційним процесом.

Сорт губки має прямий комерційний ефект. Губка вищого -класу з жорсткішими обмеженнями вмісту кисню потрібна для аерокосмічних поковок, медичних імплантатів і кріогенних послуг, тоді як стандартні сорти достатні для промислових корозійних застосувань.

Пігмент діоксиду титану та його застосування

Діоксид титану (TiO2) є хімічно стабільним, не-токсичним і має найвищий показник заломлення серед звичайних білих пігментів, що надає йому надзвичайну непрозорість, яскравість і силу відтінку. Його споживають архітектурні та промислові покриття, пластмаси, папір, друкарські фарби, штучні волокна, гума, косметика та фармацевтичні препарати.

Домінують два шляхи виробництва. Сульфатний процес допускає використання широкого діапазону сировини та використання простого обладнання, але створює великі обсяги кислих стоків, які необхідно нейтралізувати. Хлоридний процес вимагає вихідної сировини з вмістом TiO2 приблизно 90-95%, але забезпечує вужчий розподіл частинок за розміром і більшу білизну, а газ-носій хлор можна повторно використовувати.

TiO2 кристалізується в трьох формах: рутил, анатаз і брукіт. Брукіт не має пігментної цінності, тому комерційні сорти пігментів — це рутил і анатаз. Рутил має вищий показник заломлення, кращу стійкість до атмосферних впливів і більшу покривну здатність, що робить його кращим сортом для зовнішніх покриттів, пластмас і високо-глянцевих покриттів. Анатаз зберігає місце, де його блакитний відтінок і менша абразивність підходять для внутрішніх покриттів, паперу та волокон.

Де використовуються титан і титанові сплави

Титанові сплави поєднують низьку густину, високу питому міцність, відмінну стійкість до корозії, низьку теплопровідність, не-магнітну поведінку та підтверджену біосумісність. Ці властивості перетворюються на відмінне кінцеве -сполучення для аерокосмічної, хімічної, медичної, морської, автомобільної та споживчої продукції.

Аерокосмічна:елементи конструкції планера, компоненти шасі, деталі компресора двигуна, кріплення та повітропроводи. Економія ваги є рушійною силою: кожен кілограм, вилучений з установки двигуна, повертає кратну вартість пального та корисного навантаження.

Хімічна та нафтохімічна промисловість:кожухотрубні-і-теплообмінники, резервуари під тиском, колони, трубопроводи, аноди та компоненти електролізера, де хлориди та окислювальні кислоти руйнують дешевші метали.

Медичні:стовбури тазостегнових і колінних суглобів, кісткові пластини, клітки хребта, зубні імплантати та хірургічні інструменти, як правило, у нелегованих марках або Ti-6Al-4V ELI.

Море та опріснення:трубопроводи морської води, труби конденсатора, пучки теплообмінників, корпуси підводних вод і компоненти морських платформ.

Автомобіль та автоспорт:вихлопні системи, клапани, пружини та шатуни на високо-потужних транспортних засобах, де нижча зворотно-поступальна маса покращує відгук.

Товари народного споживання:оправи для окулярів, футляри для годинників, рами для велосипедів, головки ключок для гольфу та обладнання для активного відпочинку.

Специфікація титанових виробів проти визнаних стандартів

Покупці повинні прив’язувати кожну покупку титану до визнаної специфікації, а не до загального опису. Нижче наведено документи, на які найчастіше посилаються; замовлення на них фіксує хімію, механічні властивості, допуски та зобов'язання щодо випробувань.

Якщо стійкість до корозії є вирішальним фактором, у специфікації також має бути зазначено випробувальне середовище, температуру та будь-які вимоги щодо сертифіката випробування на корозію. Для зварних виробів режим якості зварного шва, радіографічний або пенетрантний рівень прийнятності та застосована практика екранування повинні бути узгоджені до зварювання першої труби.

FAQ

З: Яка різниця між титановою губкою та титановим зливком?
Титанова губка — це пористий зернистий метал, отриманий шляхом відновлення тетрахлориду титану; злиток — це щільна, повністю консолідована форма, отримана шляхом плавлення цієї губки, яка потім розкочується або кується у придатні для використання продукти.

З: Які галузі споживають найбільше титану?
Комерційна авіакосмічна промисловість залишається найбільшим окремим споживачем високоякісного-титану, за яким слідують промислові хімічні та енергетичні галузі, такі як теплообмінники, трубопроводи та технологічні резервуари.

З: Чи є діоксид титану таким же матеріалом, як і металевий титан?
Ні. Діоксид титану – це стабільний білий оксид, який використовується переважно як пігмент, тоді як металевий титан виготовляють із губчастого титану та використовують для конструкційних, корозійно-{1}}стійких і медичних компонентів.

З: Який сорт зазвичай вибирають для теплообмінників хімічних заводів?
Нелегований титан класу 2 покриває більшість окислювальних і хлорид-несущих обов’язків, тоді як клас 7 або клас 12 вибирається, коли технологічний потік є відновним або надзвичайно агресивним.

З: Чому для медичних імплантатів обрано титан?
Титан не-токсичний, не-магнітний, стійкий до біологічних рідин і має модуль пружності, ближчий до кістки, ніж нержавіюча сталь, що зменшує екранування напруги та ослаблення з часом.

З: Чи можна постачати титан у звареному вигляді?
так Зварні титанові труби та труби підпадають під дію ASTM B338 і ASTM B337 відповідно, і широко використовуються там, де великий діаметр або товщина стінки робить безшовне виробництво неекономічним.