Hoe lossen ingenieurs uitdagingen op het gebied van titaniumbinding in composieten op?

Enkeltitanium legeringen  have inherent limitations in electrical conductivity, wear resistance and cost-effectiveness. Titanium metal composites achieve a "1+1>2" synergetisch prestatie-effect door het vakkundig combineren van titanium met metalen zoals staal, aluminium en koper. Het bereiken van een echte "naadloze verbinding" tussen verschillende metalen is de kernuitdaging en charme van deze technologie.

 

 

Echte "naadloze hechting" is in wezen de vorming van een sterke metallurgische binding aan het grensvlak, in plaats van een eenvoudige mechanische hechting. Het proces is verdeeld in drie belangrijke fasen:

 

• Oppervlakte fysiek contact: Elimineer macroscopische openingen tussen metalen oppervlakken door druk of stoten, waarbij het eerste contact alleen optreedt bij microscopische oneffenheden.
• Interface-activering en plastische vervorming: Hoge temperaturen, hoge druk of impact met hoge- snelheid veroorzaken ernstige vervorming van de contactpunten, breken de oxidefilm en leggen nieuwe metaalatomen bloot.
• Atomaire diffusie en binding: Metaalbindingen ontstaan ​​wanneer de atomaire afstand wordt verkleind tot 0,3-0,5 nanometer. Daaropvolgende wederzijdse diffusie van atomen vormt een diffusielaag, waardoor interface-integratie wordt gerealiseerd.

 

Kenmerken van een ideale naadloze interface: geen defecten zoals poriën of scheuren, continue overgang van elementverdeling, hechtsterkte hoger dan die van het zwakkere basismateriaal, en geen peeling van de interface tijdens gebruik.

 

 

 

 

Verschillen in kristalstructuur tussen verschillende metalen, mismatch in thermische uitzettingscoëfficiënten en de neiging om broze intermetallische verbindingen te vormen zijn de belangrijkste obstakels voor het bereiken van "naadloze binding". Onderzoekers hebben deze problemen opgelost door middel van drie belangrijke technologische doorbraken:

 

1. Tussenlaagontwerp

Het fungeert als een "vertaler" tussen twee metalen, kan grensvlakspanning verlichten en de vorming van broze intermetallische verbindingen remmen. Nb, Cu, Ni, enz. worden vaak gebruikt voor titanium-staalcomposieten. Daarvan hebben composieten vervaardigd met dubbele Nb/Cu-tussenlagen een treksterkte van 539,7 MPa en een rek van 9,7%. Zuiver titaniumfolie wordt gebruikt voor titanium-aluminiumcomposieten, die de dikte van de intermetallische verbindingslaag tot op enkele microns kunnen regelen en de taaiheid van het grensvlak kunnen garanderen.

 

2. Nauwkeurige controle van grensvlakreacties

Titanium is gevoelig voor het vormen van broze intermetallische verbindingen bij hoge temperaturen, en een overmatige dikte zal de grensvlakbindingssterkte ernstig verminderen. Door de temperatuur, tijd en druk nauwkeurig te regelen, kan de dikte van de compoundlaag onder de 10 micron worden gehouden. Voor titanium-kopercomposieten wordt bijvoorbeeld multi{4}}walsen bij lage- temperaturen gebruikt, waardoor de vorming van brosse fasen aanzienlijk wordt verminderd en de grensvlakafschuifsterkte boven 190 MPa wordt gestabiliseerd.

 

3. Voorbehandeling van het oppervlak

Oxidefilms, olievlekken en onzuiverheden op metalen oppervlakken beïnvloeden de hechtkwaliteit. Veel voorkomende methoden zijn mechanisch slijpen en chemisch reinigen. De opkomende femtoseconde laser-micro-nanostructureringstechnologie kan niet alleen verontreinigingen volledig verwijderen, maar ook concave-convexe structuren op nano-schaal creëren om het contactoppervlak en het mechanisch in elkaar grijpende effect te vergroten, wat de grensvlakbindingssterkte met meer dan 30% kan verbeteren.

 

 

1. Titanium-staalcomposieten

De meest gebruikte, combineert de corrosieweerstand van titanium met de hoge sterkte en lage kosten van staal, gebruikt in chemische drukvaten, offshore-platforms, scheepsbouw en andere gebieden. Reactoren en opslagtanks die ervan worden gemaakt in de petrochemische industrie kosten slechts 1/3 tot 1/5 van de apparatuur van puur titanium.

 

2.Titanium-aluminiumcomposieten

Door de hoge sterkte van titanium en de lage dichtheid van aluminium te combineren, is hun specifieke sterkte meer dan 50% hoger dan die van traditionele aluminiumlegeringen, waardoor ze ideale lichtgewicht materialen zijn voor de lucht- en ruimtevaart- en auto-industrie. Motorkleppen die Toyota ervan maakt, zijn 40% lichter dan stalen exemplaren, waardoor het motortoerental met 10% toeneemt.

 

3.Titanium-kopercomposieten

Door de hoge elektrische geleidbaarheid van koper en de corrosieweerstand van titanium te combineren, hebben ze brede perspectieven op het gebied van nieuwe energiebatterijen, elektronische informatie en scheepsbouwkunde. Als stroomcollector voor natrium{1}}ionenbatterijen lost hij de problemen op van oxidatie van koperfolie en fouten bij het inbrengen van natrium van de negatieve elektrode onder hoge spanning. Uit pilottestgegevens blijkt dat de toename van de interface-impedantie minder dan 9% bedraagt ​​na 1000 cycli, en dat de Coulomb-efficiëntie van de eerste-cyclus 89,3% bereikt.

 

 

• Interfaceregulering op atomair-niveau: Ontwerp met behulp van basisberekeningen- en moleculaire dynamica-simulaties interfacestructuren en regel elektronische toestanden nauwkeurig op atomaire schaal om de sterkte en stabiliteit van de grensvlakbinding te verbeteren.
• Multifunctionele geïntegreerde composieten: Integreer het concept van structurele-functionele integratie om nieuwe materialen te ontwikkelen met hoge sterkte, hoge elektrische en thermische geleidbaarheid en corrosieweerstand.
• Intelligente bereidingstechnologie: Integreer kunstmatige intelligentie en big data om real-time monitoring en intelligente controle van het voorbereidingsproces te realiseren, en de consistentie en stabiliteit van de productkwaliteit te verbeteren.
•  

 

Als directe fabrikant zonder tussenpersoonkosten is Ruihang gespecialiseerd in R&D, productie en verkoop van producten van titaniumlegeringen. Ons verkoopteam staat klaar om u ondersteuning op maat te bieden. Als u inkoopbehoeften heeft, neem dan gerust contact met ons op:Sam.Rui@bjrh-titanium.com