1. Gryno titano našumo skirtumai su skirtingais grynumo lygiais
1.1 Mechaninės savybės
Stiprumas ir kietumas
Mažo-grynumo komercinis titanas (3 klasės / 4 klasės CP titanas): Esant didesniam priemaišų kiekiui (pvz., deguonies kiekis iki 0,35 % 4 klasėje), intersticiniai atomai (O, N, C) veikia kaip "kietikliai", kurie iškreipia titano gardelę, žymiai padidindami tempimo stiprumą ir kietumą. 4 laipsnio CP titano atsparumas tempimui yra 550–650 MPa, o Brinelio kietumas – 150–180 HB, o tai yra beveik dvigubai didesnis nei 1 klasės titano stiprumas. Tačiau dėl to sumažėja plastiškumas, o pailgėjimas trūkimo metu yra tik 10–15%.
Vidutinio{0}}grynumo komercinis titanas (2 CP klasės titanas): su subalansuotu priemaišų kiekiu (deguonies kiekis ~0,25 %) pasiekiamas kompromisas tarp stiprumo ir plastiškumo, pasižymintis 345–450 MPa tempimo stipriu, 18–25 % pailgėjimu ir plačiausiai naudojama bendrosiose inžinerijos srityse.
Aukšto -grynumo titanas (grynumas didesnis arba lygus 99,9 %): Su priemaišų kiekiu (bendras tarpinio puslapio elementų skaičius<0.05%) minimized, the lattice structure remains highly regular, resulting in extremely low strength (tensile strength ~200–250 MPa) and hardness (Brinell hardness <100 HB). However, it exhibits exceptional ductility, with elongation at break exceeding 30%, and can even be cold-formed into ultra-thin sheets or fine wires without cracking.
Nuovargis ir atsparumas smūgiams
Mažo -grynumo CP titanas (3/4 laipsnis) pasižymi didesniu atsparumu nuovargiui (iki 200–250 MPa 10⁷ ciklų) dėl didesnio stiprumo, tačiau jo atsparumas smūgiams yra prastas (Charpy smūgio energija).<20 J at room temperature) because impurities cause stress concentration and reduce crack resistance.
High-purity titanium has lower fatigue strength (~100–120 MPa) but superior impact toughness (Charpy impact energy >40 J kambario temperatūroje), nes nesant priemaišų -sukeltų defektų, medžiaga gali sugerti daugiau energijos deformacijos ar smūgio metu.
1.2 Fizinės savybės
Šilumos ir elektros laidumas
Mažo -grynumo titano priemaišos išsklaido šilumos nešiklius (fononus ir laisvuosius elektronus), todėl sumažėja šilumos laidumas (18–20 W/(m·K) 4 laipsnio) ir elektros laidumas (1,8–2,0 MS/m).
Didelio-grynumo titano elektronų ir fononų sklaida yra minimali, o šilumos laidumas padidintas iki 25–30 W/(m·K), o elektros laidumas iki 3,0–3,5 MS/m, todėl jis labiau tinkamas naudoti, kai reikalingas stabilus šilumos ar elektros perdavimas.
Terminis stabilumas ir lydymosi temperatūra
Mažo -grynumo titano priemaišos sumažina jo perkristalizavimo temperatūrą (iki 500–550 laipsnių) ir aukštoje temperatūroje grūdų sutirštėjimą, sumažindamos struktūrinį stabilumą aukštoje -temperatūroje.
Aukšto-grynumo titano rekristalizavimo temperatūra yra aukštesnė (600–650 laipsnių), o aukštesnėje temperatūroje (iki 400 laipsnių) išlaiko smulkią, vienodą grūdėtumo struktūrą, todėl užtikrinamas pastovus veikimas ilgalaikėmis aukštoje{5}}temperatūros sąlygomis.
1.3 Atsparumas cheminėms medžiagoms ir korozijai
Bendras atsparumas korozijai
Visos gryno titano rūšys sudaro tankią, savaime gyjančią TiO₂ pasyvavimo plėvelę, užtikrinančią puikų atsparumą daugumai rūgščių (išskyrus koncentruotą HF) ir šarmų. Tačiau priemaišų lygis turi įtakos pasyvavimo plėvelės kokybei:
Mažo-grynumo titanas (4 laipsnis) gali sudaryti vietines priemaišų{2}}daugybes sritis, kurios susilpnina pasyvinimo plėvelę ir sukelia taškinę koroziją aplinkoje, kurioje yra daug-chlorido (pvz., jūros vandenyje su dideliu druskingumu).
Didelio{0}}grynumo titanas sudaro vienodą, defektų neturinčią{1}}pasyvuojančią plėvelę, pasižyminčią korozijos greičiu<0.001 mm/year in 10% H₂SO₄ at room temperature and near-zero corrosion in most ultra-pure chemical media.
Vandenilio trapumas jautrumas
Priemaišos, pvz., geležis ir anglis mažo{0}}grynumo titane, pagreitina vandenilio absorbciją, o tai sukelia vandenilio trapumą esant aukštesnei nei 200 laipsnių temperatūrai, o tai sukelia trapus lūžį veikiant stresui. Didelio-grynumo titano vandenilio absorbcija yra minimali (vandenilio kiekis<0.001%) and is immune to hydrogen embrittlement even in high-temperature hydrogen-containing environments.
1.4 Apdorojimo našumas
Galimybė apdirbti šaltuoju būdu
Didelio-grynumo titano lankstumas leidžia atlikti gilų šaltą tempimą, štampavimą ir verpimą, todėl galima gaminti sudėtingus-formos komponentus (pvz., plonasienius vamzdžius, kurių sienelių storis<0.1 mm). In contrast, low-purity Grade 4 titanium has poor cold formability and requires intermediate annealing during processing to avoid cracking.
Suvirinamumas
Didelio-grynumo titano priemaišų kiekis yra mažas, todėl pašalinama priemaišų-sukelto suvirinimo siūlės įtrūkimų ir suvirinimo siūlių, kurių mechaninės savybės yra beveik identiškos netauriojo metalo, rizika. Mažo -grynumo titanas gali sudaryti trapias intermetalines fazes (pvz., TiC, TiN) suvirinimo zonose, todėl sujungimo kietumas sumažėja 30–40%.
2. Pagrindiniai didelio-grynumo titano naudojimo būdai
2.1 Puslaidininkių ir elektronikos pramonė
Vaflių apdorojimo įranga: didelio{0}}grynumo titanas naudojamas cheminio nusodinimo garų nusodinimo (CVD) kamerų, ėsdinimo aparatų ir jonų implantų komponentams gaminti. Mažas priemaišų kiekis apsaugo nuo silicio plokštelių užteršimo, o atsparumas korozijai atlaiko agresyvius ėsdintuvus (pvz., HF/HNO₃ mišinius).
Vakuuminiai elektroniniai komponentai: Jis naudojamas elektroninių vamzdžių katodams, geterinėms medžiagoms ir plonos{0}}plėvelės substratams gaminti. Didelis elektros laidumas ir šiluminis stabilumas užtikrina stabilią elektronų emisiją ir šilumos išsklaijimą aukštoje-vakuuminėje, aukštoje{3}}temperatūroje.
Spausdintinės plokštės (PCB) substratai: Itin -plonos didelio-grynumo titano folijos yra lankstus laidus substratas aukšto -dažnio PCB, nes jos netrukdo signalo perdavimui ir turi puikų atsparumą nuovargiui pakartotinai lenkiant.
2.2 Biomedicinos inžinerija
Labai{0}}tikslūs implantai: Specializuotoms reikmėms, pvz., kochleariniams implantams, neurostimuliacijos elektrodams ir mikrovaskuliniams stentams, didelio{0}}grynumo titano biologinis suderinamumas (be citotoksinių priemaišų) ir lankstumas leidžia jį perdirbti į mikro-masto lanksčias struktūras, kurios prisitaiko prie žmogaus audinių judėjimo nesukeldamos uždegimo ar atmetimo.
Medicinos prietaisų komponentai: Jis naudojamas chirurginių instrumentų antgaliuose, dantų implantų atramose ir diagnostinių jutiklių korpusuose, kur jo atsparumas korozijai kūno skysčiuose (kraujyje, seilėse) ir mažas magnetinis jautrumas (suderinamas su MRT skenavimu) yra esminiai pranašumai.
2.3 Orlaiviai ir aviacija
Oro erdvės varymo sistemos: didelio{0}}grynumo titanas naudojamas kriogeninių degalų bakų įdėklams ir skysto deguonies/skysto vandenilio vamzdynų komponentams raketų varikliuose. Jo mažas jautrumas vandenilio trapumui ir plastiškumas kriogeninėje temperatūroje (-253 laipsniai) apsaugo nuo įtrūkimų esant ekstremaliems terminiams ciklams, o dėl cheminio grynumo išvengiama reakcijų su raketinėmis medžiagomis.
Palydovinės konstrukcinės dalys: Lengviems, didelio{0}}tikslumo palydoviniams komponentams (pvz., antenų atramos, šiluminės valdymo plokštės) stabilus šiluminio plėtimosi koeficientas (10,8 × 10⁻⁶/laipsnis) ir didelis grynumas užtikrina matmenų stabilumą esant ekstremaliems erdvės temperatūros svyravimams.
2.4 Chemijos ir branduolinė pramonė
Itin{0}}Grynas cheminis apdorojimas: Gaminant didelio -grynumo chemines medžiagas (pvz., farmacijos tarpinius produktus, elektroninius-reagentus), didelio-grynumo titano reaktoriai ir vamzdynai apsaugo nuo priemaišų išplovimo į gaminį ir užtikrina griežtų grynumo standartų (pvz., USP VI klasės farmacijos produktams) laikymasis.
Branduolinio reaktoriaus komponentai: Naudojamas mokslinių tyrimų reaktorių kuro strypų ir neutronų moderatoriaus talpyklų apkalimui. Dėl mažo neutronų sugerties skerspjūvio-(mažina neutronų praradimą) ir atsparumą korozijai, kurį sukelia skystas natrio arba boro rūgšties aušinimo skystis, jis idealiai tinka branduoliniams tikslams.
2.5 Pažangi medžiagų gamyba
Pagrindiniai titano lydinio lydiniai: didelio -grynumo titanas naudojamas kaip pagrindinė medžiaga gaminant didelio našumo- titano lydinius (pvz., Ti-6Al-4V ELI medicinos reikmėms), nes jame esantis mažas priemaišų kiekis užtikrina pastovias mechanines ir biologiškai suderinamas lydinio savybes.
Plonos{0}}Plėvelės ir dangos technologija: didelio{0}}grynumo titano purškimo taikiniai naudojami titano plėvelėms dengti saulės elementams, optinėms dangoms ir standžiojo disko (HDD) magnetiniams sluoksniams, kur vienodas grynumas garantuoja plėvelės sukibimą ir veikimą.
