Com resolen els enginyers els reptes d'unió de titani als compostos?

Solteraliatges de titani  have inherent limitations in electrical conductivity, wear resistance and cost-effectiveness. Titanium metal composites achieve a "1+1>Efecte de rendiment sinèrgic de 2" combinant hàbilment titani amb metalls com l'acer, l'alumini i el coure. Aconseguir una "unió perfecta" entre diferents metalls és el repte principal i l'encant d'aquesta tecnologia.

 

 

La veritable "unió sense fissures" és essencialment la formació d'un fort enllaç metal·lúrgic a la interfície, en lloc d'una simple adhesió mecànica. El procés es divideix en tres etapes clau:

 

• Contacte físic superficial: Elimineu els espais macroscòpics entre superfícies metàl·liques a través de la pressió o l'impacte, i el contacte inicial només es produeix a les asperitats microscòpiques.
• Activació de la interfície i deformació plàstica: l'impacte a alta temperatura, alta pressió o alta{0}}velocitat provoquen una deformació severa dels punts de contacte, trenca la pel·lícula d'òxid i exposa àtoms metàl·lics nous.
• Difusió i enllaç atòmics: Els enllaços metàl·lics es formen quan la distància atòmica es redueix a 0,3-0,5 nanòmetres. La posterior difusió mútua dels àtoms forma una capa de difusió, realitzant la integració de la interfície.

 

Característiques d'una interfície perfecta perfecta: no hi ha defectes com ara porus o esquerdes, transició contínua de la distribució de l'element, força d'unió superior a la del material base més feble i no es pela la interfície durant el servei.

 

 

 

 

Les diferències en l'estructura cristal·lina entre diferents metalls, el desajust en els coeficients d'expansió tèrmica i la tendència a formar compostos intermetàl·lics fràgils són els principals obstacles per aconseguir una "unió perfecta". Els investigadors han resolt aquests problemes mitjançant tres avenços tecnològics clau:

 

1. Disseny entre capes

Actuant com a "traductor" entre dos metalls, pot alleujar l'estrès interfacial i inhibir la formació de compostos intermetàl·lics trencadissos. Nb, Cu, Ni, etc. s'utilitzen habitualment per a compostos d'acer-titani. Entre ells, els compostos preparats amb intercapes dobles de Nb/Cu tenen una resistència a la tracció de 539,7 MPa i un allargament del 9,7%. La làmina de titani pur s'utilitza per als compostos de titani-alumini, que poden controlar el gruix de la capa de compost intermetàl·lic en poques micres i garantir la duresa de la interfície.

 

2. Control precís de les reaccions interfacials

El titani és propens a formar compostos intermetàl·lics fràgils a altes temperatures, i un gruix excessiu reduirà seriosament la força d'unió interfacial. Controlant amb precisió la temperatura, el temps i la pressió, el gruix de la capa composta es pot controlar per sota de 10 micres. Per exemple, s'utilitza el laminat multipass a baixa -temperatura- per als compostos de titani-coure, que redueix molt la formació de fases trencadisses i estabilitza la resistència al cisalla interfacial per sobre de 190 MPa.

 

3. Pretractament superficial

Les pel·lícules d'òxid, les taques d'oli i les impureses a les superfícies metàl·liques afectaran la qualitat d'unió. Els mètodes comuns inclouen la mòlta mecànica i la neteja química. La tecnologia de micro-nano estructuració làser de femtosegon emergent no només pot eliminar completament els contaminants, sinó que també pot crear estructures còncavas-convexes a nano-escala per augmentar l'àrea de contacte i l'efecte d'enclavament mecànic, que pot millorar la força d'enllaç interfacial en més d'un 30%.

 

 

1.Composites d'acer-titani

El més utilitzat, que combina la resistència a la corrosió del titani amb l'alta resistència i el baix cost de l'acer, utilitzat en recipients a pressió química, plataformes offshore, construcció naval i altres camps. Els reactors i els dipòsits d'emmagatzematge fets amb ell a la indústria petroquímica costen només entre 1/3 i 1/5 dels equips de titani pur.

 

2.Composites de titani-alumini

Combinant l'alta resistència del titani i la baixa densitat de l'alumini, la seva resistència específica és més d'un 50% superior a la dels aliatges d'alumini tradicionals, cosa que els converteix en materials lleugers ideals per a la indústria aeroespacial i de l'automoció. Les vàlvules del motor fabricades per Toyota són un 40% més lleugeres que les d'acer, augmentant la velocitat del motor un 10%.

 

3.Composites de titani-coure

Combinant l'alta conductivitat elèctrica del coure i la resistència a la corrosió del titani, tenen àmplies perspectives en les noves bateries d'energia, la informació electrònica i els camps de l'enginyeria marina. Com a col·lector de corrent de bateria d'ions de sodi-, soluciona els problemes d'oxidació de la làmina de coure i la fallada d'inserció de sodi de l'elèctrode negatiu sota alta tensió. Les dades de la prova pilot mostren que l'augment de la impedància de la interfície és inferior al 9% després de 1.000 cicles, i l'eficiència coulombica del primer-cicle arriba al 89,3%.

 

 

• Regulació de la interfície a nivell-atòmic: amb l'ajuda dels càlculs de primers-principis i simulacions de dinàmica molecular, dissenyeu estructures d'interfície i reguleu amb precisió els estats electrònics a escala atòmica per millorar la força i l'estabilitat de l'enllaç interfacial.
• Composites integrats multifuncionals: integreu el concepte d'integració estructural-funcional per desenvolupar nous materials amb alta resistència, alta conductivitat elèctrica i tèrmica i resistència a la corrosió.
• Tecnologia de preparació intel·ligent: Integreu la intel·ligència artificial i el big data per fer un seguiment-en temps real i un control intel·ligent del procés de preparació, i millorar la coherència i l'estabilitat de la qualitat del producte.
•  

 

Com a fabricant directe sense costos d'intermediari, Ruihang està especialitzat en R + D, producció i vendes de productes d'aliatge de titani. El nostre equip de vendes està preparat per oferir-vos suport personalitzat. Si teniu necessitats de compra a mà, no dubteu a contactar amb nosaltres:Sam.Rui@bjrh-titanium.com