低成本钛合金的制备与应用现状

（2）电子束冷床炉一次熔炼技术
2、金属钛的加工工艺：
（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
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（1）Cambridge 电化学提炼加工法 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 （2）电子束冷床炉一次熔炼技术
1、原材料： 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
2、生产技术：
改进加工工艺和提高材料的利用率以 降低成本
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第二部分：制备与性能
一、降低原材料成本
Timetal CL4
用了 Ti-64车屑， 减少了中间合金 和海绵钛用量
美国
TIMET公司
采用Fe-Mo中 间合金添加 Fe 元素代替V元素
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中国
Ti8LC
添加了廉价的Fe-Mo中 间合金, 代替较贵的V和Cr
其室温拉伸性能良 好,优于TC4 Ti12LC具有更高的 强度和塑性匹配 并且更容易在较低 温度下变形
Ti12LC
二、降低生产工艺过程的成本
（1）FFC 剑桥法
（2）Armstrong 工艺 1、金属钛的还原技：
（3）MER 复合阳极工艺
（5）Idaho 钛工艺
将TiCl4置于真空室中, 通过电弧区加热到4000 K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
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（1）Cambridge 电化学提炼加工法
Ti-Fe 系合金
具有良好的强度和 成型性综合性能
Fe代替Ti6Al4V合金的V
低成本耐蚀合金
Ti15Mo1Fe、 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-Pd
KSTi9(Ti4.5Al2Mo1.6 V0.5Fe0.3Si0.03C)
TC4合金性能相同，但价格 便宜20 ～30%，且工期大 幅缩短
低成本钛合金的制备与应用现状
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目录
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
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第一部分：概述
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一、钛及钛合金的特点
密度小
比强度高
耐腐蚀
耐高温
超导无磁
形状记忆
生物相容性好
二、钛及钛合金的限制因素
由于钛的提取、熔炼和加工都十分困难
贵
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三、解决方案
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：
（3）MER 复合阳极工艺
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
（4）SRI 工艺
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
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日本
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 Ti-Fe-O-N系 列合金
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
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
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（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
冲击韧性和力学性能与 Ti-64 类似
Timetal-LCB 低廉的Fe元素
取代 Ti6Al4Vቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ合金中的V
高强度、高刚度、 抗损伤能好
Timetal-62S 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
Inc公司
ATI425
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)
（4）SRI 工艺
（5）Idaho 钛工艺
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（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
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（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
（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
精密铸造工艺流程图
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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
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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
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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
从研究潜力上
将在国防、民用工业上广泛应用
从性能上
会朝着低温和高应变速率的方向发展
从商业生产角度
会朝着低成本化的方向发展
从工艺上
会朝着安全化和环保化的方向发展
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三、汽车工业和化工生产上的应用
减轻发动机 的重量
提高汽车稳 定性
节能减排
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
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四、文体用品的应用
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
五、医学上的应用
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