Як інженери вирішують проблеми з’єднання титану в композитах?

неодруженийтитанові сплави  have inherent limitations in electrical conductivity, wear resistance and cost-effectiveness. Titanium metal composites achieve a "1+1>2" синергічний ефект продуктивності завдяки вмілому поєднанню титану з такими металами, як сталь, алюміній і мідь. Досягнення справжнього "безшовного зв'язку" між різними металами є головним завданням і чарівністю цієї технології.

 

 

Справжнє «безшовне з’єднання» — це, по суті, утворення міцного металургійного з’єднання на межі розділу, а не просте механічне з’єднання. Процес ділиться на три основні етапи:

 

• Поверхневий фізичний контакт: Усуньте макроскопічні щілини між металевими поверхнями за допомогою тиску або удару, причому початковий контакт відбувається лише на мікроскопічних нерівностях.
• Активація розділу та пластична деформація: Удар високої температури, високого тиску чи-швидкості спричиняє серйозну деформацію точок контакту, розриває оксидну плівку та оголює свіжі атоми металу.
• Атомна дифузія та зв'язок: Металеві зв’язки утворюються, коли атомна відстань зменшується до 0,3-0,5 нанометрів. Подальша взаємна дифузія атомів утворює дифузійний шар, реалізуючи інтерфейсну інтеграцію.

 

Характеристики ідеального безшовного інтерфейсу: відсутність дефектів, таких як пори або тріщини, безперервний перехід розподілу елементів, міцність з’єднання вище, ніж у слабшого основного матеріалу, і відсутність відшаровування інтерфейсу під час експлуатації.

 

 

 

 

Відмінності в кристалічній структурі різних металів, невідповідність коефіцієнтів теплового розширення та схильність до утворення крихких інтерметалічних сполук є основними перешкодами для досягнення «безшовного з’єднання». Дослідники вирішили ці проблеми за допомогою трьох ключових технологічних проривів:

 

1. Міжшарове оформлення

Діючи як «перекладач» між двома металами, він може знімати міжфазне напруження та перешкоджати утворенню крихких інтерметалічних сполук. Nb, Cu, Ni тощо зазвичай використовуються для титанових-сталевих композитів. Серед них композити, виготовлені з подвійними прошарками Nb/Cu, мають міцність на розрив 539,7 МПа та відносне подовження 9,7%. Чиста титанова фольга використовується для титан-алюмінієвих композитів, які можуть контролювати товщину шару інтерметалічної сполуки з точністю до кількох мікрон і забезпечувати в’язкість межі розділу.

 

2. Точний контроль міжфазних реакцій

Титан схильний до утворення крихких інтерметалічних сполук при високих температурах, і надмірна товщина серйозно знизить міцність міжфазного зв’язку. Завдяки точному контролю температури, часу та тиску можна контролювати товщину шару суміші нижче 10 мікрон. Наприклад, низькотемпературна-багатопрохідна-прокатка використовується для титано-мідних композитів, що значно зменшує утворення крихких фаз і стабілізує міжфазну міцність на зсув вище 190 МПа.

 

3. Попередня обробка поверхні

Оксидні плівки, масляні плями та забруднення на металевих поверхнях впливають на якість склеювання. Загальні методи включають механічне подрібнення та хімічне очищення. Нова фемтосекундна лазерна мікро-наноструктурна технологія може не тільки повністю видалити забруднювачі, але й створити нано-увігнуті-опуклі структури для збільшення площі контакту та ефекту механічного блокування, що може покращити міцність міжфазного зв’язку більш ніж на 30%.

 

 

1.Титан-сталеві композити

Найбільш широко використовується, поєднуючи корозійну стійкість титану з високою міцністю та низькою вартістю сталі, яка використовується в хімічних посудинах під тиском, морських платформах, суднобудуванні та інших галузях. Виготовлені з нього реактори та резервуари для зберігання в нафтохімічній промисловості коштують лише 1/3-1/5 чистого титанового обладнання.

 

2. Титан-алюмінієві композити

Завдяки поєднанню високої міцності титану та низької щільності алюмінію їх питома міцність більш ніж на 50% вища, ніж у традиційних алюмінієвих сплавів, що робить їх ідеальними легкими матеріалами для аерокосмічної та автомобільної промисловості. Клапани двигуна, виготовлені з нього компанією Toyota, на 40% легші за сталеві, збільшуючи оберти двигуна на 10%.

 

3. Титан-мідні композити

Поєднуючи високу електропровідність міді та стійкість до корозії титану, вони мають широкі перспективи в нових енергетичних батареях, електронній інформації та галузях морської техніки. Будучи струмоприймачем-іонної батареї, він вирішує проблеми окислення мідної фольги та збою вставлення натрію негативного електрода під високою напругою. Дані пілотних випробувань показують, що імпеданс інтерфейсу збільшується менше ніж на 9% після 1000 циклів, а кулонівська ефективність першого-циклу досягає 89,3%.

 

 

• Регулювання інтерфейсу-на атомному рівні: за допомогою першо-обчислень і моделювання молекулярної динаміки проектуйте структури інтерфейсу та точно регулюйте електронні стани в атомному масштабі, щоб покращити міцність і стабільність міжфазного зв’язку.
• Багатофункціональні інтегровані композити: інтегруйте концепцію структурної-функціональної інтеграції для розробки нових матеріалів із високою міцністю, високою електро- та теплопровідністю та стійкістю до корозії.
• Інтелектуальна технологія приготування: Інтеграція штучного інтелекту та великих даних для здійснення-моніторингу в реальному часі та інтелектуального керування процесом підготовки, а також підвищення узгодженості та стабільності якості продукції.
•  

 

Як прямий виробник без посередницьких витрат, Ruihang спеціалізується на дослідженнях і розробках, виробництві та продажах виробів із титанового сплаву. Наша команда продажів готова надати вам індивідуальну підтримку. Якщо у вас є потреби в покупці, зв’яжіться з нами:Sam.Rui@bjrh-titanium.com