Hogyan oldják meg a mérnökök a titán ragasztási kihívásait a kompozitokban?

Egyetlentitánötvözetek  have inherent limitations in electrical conductivity, wear resistance and cost-effectiveness. Titanium metal composites achieve a "1+1>2"-os szinergikus teljesítményhatás a titán fémekkel, például acéllal, alumíniummal és rézzel való ügyes kombinálásával. Ennek a technológiának a fő kihívása és varázsa a különböző fémek közötti valódi "zökkenőmentes kötés" elérése.

 

 

Az igazi "varrat nélküli kötés" lényegében egy erős metallurgiai kötés kialakítása a határfelületen, nem pedig egyszerű mechanikai tapadás. A folyamat három fő szakaszra oszlik:

 

• Felszíni fizikai érintkezés: Szüntesse meg a fémfelületek közötti makroszkopikus hézagokat nyomással vagy ütéssel, a kezdeti érintkezés csak mikroszkopikus asperitásoknál következik be.
• Interfész aktiválása és képlékeny deformációja: Magas hőmérséklet, nagy nyomás vagy nagy{0}}sebességű ütközés az érintkezési pontok súlyos deformációját okozza, megszakítja az oxidfilmet, és friss fématomokat tesz szabaddá.
• Atom diffúzió és kötés: Fémes kötések jönnek létre, ha az atomtávolságot 0,3-0,5 nanométerre csökkentjük. Az atomok utólagos kölcsönös diffúziója diffúziós réteget alkot, megvalósítva a határfelületi integrációt.

 

Az ideális varratmentes interfész jellemzői: nincsenek olyan hibák, mint a pórusok vagy repedések, az elemeloszlás folyamatos átmenete, a gyengébb alapanyagénál nagyobb kötési szilárdság, és nincs felület hámlás a szervizelés során.

 

 

 

 

A különböző fémek közötti kristályszerkezetbeli különbségek, a hőtágulási együtthatók eltérései, valamint a rideg intermetallikus vegyületek képződésére való hajlam a fő akadályok a "varrat nélküli kötés" elérésében. A kutatók három kulcsfontosságú technológiai áttöréssel oldották meg ezeket a problémákat:

 

1. Rétegközi kialakítás

Két fém között "fordítóként" működik, enyhítheti a határfelületi feszültséget és gátolja a rideg intermetallikus vegyületek képződését. Az Nb, Cu, Ni stb. általánosan használt titán-acél kompozitokhoz. Ezek közül az Nb/Cu kettős közbenső rétegekkel készített kompozitok szakítószilárdsága 539,7 MPa, nyúlása 9,7%. A titán-alumínium kompozitokhoz tiszta titánfóliát használnak, amely néhány mikronon belül szabályozhatja az intermetallikus vegyületréteg vastagságát, és biztosítja a felület szívósságát.

 

2. A határfelületi reakciók pontos szabályozása

A titán hajlamos arra, hogy törékeny intermetallikus vegyületeket képezzen magas hőmérsékleten, és a túlzott vastagság jelentősen csökkenti a határfelületi kötési szilárdságot. A hőmérséklet, az idő és a nyomás pontos szabályozásával a vegyületréteg vastagsága 10 mikron alá szabályozható. Például a titán-réz kompozitokhoz alacsony-hőmérsékletű több-menetes hengerlést alkalmaznak, ami nagymértékben csökkenti a rideg fázisok képződését, és stabilizálja a határfelületi nyírószilárdságot 190 MPa felett.

 

3. Felületi előkezelés

A fémfelületeken lévő oxidrétegek, olajfoltok és szennyeződések befolyásolják a ragasztás minőségét. Az általános módszerek közé tartozik a mechanikus csiszolás és a vegyi tisztítás. A kialakulóban lévő femtoszekundumos lézeres mikro-nano strukturáló technológia nemcsak a szennyeződéseket képes teljesen eltávolítani, hanem nano-méretű konkáv-konvex struktúrákat is létrehozhat az érintkezési felület és a mechanikai reteszelő hatás növelése érdekében, ami több mint 30%-kal javíthatja a határfelületi kötés szilárdságát.

 

 

1. Titán-acél kompozitok

A legszélesebb körben használt, a titán korrózióállóságát ötvözi az acél nagy szilárdságával és alacsony költségével, vegyi nyomástartó edényekben, offshore platformokon, hajógyártásban és más területeken. A petrolkémiai iparban ebből készült reaktorok és tárolótartályok a tiszta titán berendezések mindössze 1/3-1/5-ébe kerülnek.

 

2. Titán-alumínium kompozitok

A titán nagy szilárdságát és az alumínium alacsony sűrűségét egyesítve fajlagos szilárdságuk több mint 50%-kal nagyobb, mint a hagyományos alumíniumötvözeteké, így ideális könnyű anyagok a repülőgépiparban és az autóiparban. Az ebből a Toyota által gyártott motorszelepek 40%-kal könnyebbek, mint az acélok, így a motor fordulatszáma 10%-kal nő.

 

3. Titán-réz kompozitok

A réz nagy elektromos vezetőképességét és a titán korrózióállóságát ötvözve széles kilátásokkal rendelkeznek az új energiaelemek, az elektronikai információs és a hajómérnöki területeken. Nátrium-ion akkumulátoros áramgyűjtőként megoldja a rézfólia oxidációjának és a negatív elektróda nátrium-behelyezésének meghibásodását magas feszültség alatt. A kísérleti tesztek adatai azt mutatják, hogy az interfész impedancia növekedése kevesebb, mint 9% 1000 ciklus után, és az első -ciklus coulombikus hatásfoka eléri a 89,3%-ot.

 

 

• Atom{0}}szintű interfész szabályozás: Az első-elvek számításai és a molekuláris dinamikai szimulációk segítségével interfészstruktúrákat tervezhet, és pontosan szabályozhatja az elektronállapotokat atomi léptékben a határfelületi kötés szilárdságának és stabilitásának javítása érdekében.
• Többfunkciós integrált kompozitok: A szerkezeti -funkcionális integráció koncepciójának integrálása nagy szilárdságú, magas elektromos és hővezető képességű, valamint korrózióálló anyagok kifejlesztéséhez.
• Intelligens előkészítési technológia: A mesterséges intelligencia és a big data integrálása az előkészítési folyamat valós idejű nyomon követésére és intelligens vezérlésére{0}}, valamint a termékminőség konzisztenciájának és stabilitásának javítására.
•  

 

Közvetlen gyártóként, közvetítői költségek nélkül, a Ruihang a titánötvözet termékek kutatás-fejlesztésére, gyártására és értékesítésére szakosodott. Értékesítési csapatunk készen áll, hogy személyre szabott támogatást nyújtson. Ha vásárlási igénye van, forduljon hozzánk bizalommal:Sam.Rui@bjrh-titanium.com