鈦是繼鋼鐵、鋁之后的重要戰略金屬材料。它具有密度低、比強度高、耐熱性強、耐腐蝕性好、生物相容性好等一系列優良性能。被譽為“第三金屬”、“太空金屬”、“海洋金屬”,在航空航天、武器裝備、汽車船舶、石油化工等領域發揮著關鍵作用。”鈦合金粉末冶金制備技術作為鈦合金的制備工藝,目前世界上最具潛力的方法值得我們關注。
粉末冶金鈦合金的工藝應用特點:
目前,鈦材料的生產工藝是主要以傳統的熔鑄法和粉末冶金法為基礎,在傳統熔鑄法的生產過程中,由于鈦的化學性質活潑,在熔融狀態下容易與普通耐火材料發生反應。在鈦的熔點附近找不到耐火材料,因此,冶煉時不得使用坩堝或水冷銅坩堝,所以冶煉必須在高真空或高純度惰性氣氛條件下進行。目前比較成熟的熔煉工藝是真空電弧熔煉或冷床爐熔煉。
真空電弧爐熔煉鈦合金需要焊接海綿鈦和合金材料為電極,水冷銅坩堝為另一電極。電弧在兩個電極之間開始。坩堝凝結成鈦錠。這個過程需要預制電極,并且需要至少兩次熔煉才能獲得均勻的合金。同時有低密度夾雜物和高密度夾雜物。
冷床爐熔煉鈦合金是利用高能電子束槍或等離子槍的能量將原料熔化,然后流入精煉區。精煉區的液態金屬經過高溫熔化、沉淀捕獲等機制去除雜質和夾雜物,最終凈化后的熔體流入坩堝,在坩堝底部逐漸凝固并被拉出。采用該技術可大大減少冶煉過程中的夾雜物,但設備投資成本高,工藝能耗高,設備一般依賴進口,冶煉過程中低熔點合金成分損失較大大,容易造成成分損失。
粉末冶金制備工藝以金屬粉末為原料,經過成型和燒結,在低于熔點的溫度下得到最終產品,可實現近凈成形,降低加工成本與傳統工藝相關。2013年Dynamet采用粉末冶金工藝(冷等靜壓-真空燒結-熱等靜壓)生產鈦合金,符合波音要求,榮獲2013年國際鈦協會應用開發獎,標志著粉末冶金鈦合金進入新一輪快速發展。