Hur löser ingenjörer titanbindningsutmaningar i kompositer?

Endatitanlegeringar  have inherent limitations in electrical conductivity, wear resistance and cost-effectiveness. Titanium metal composites achieve a "1+1>2" synergistisk prestandaeffekt genom att skickligt kombinera titan med metaller som stål, aluminium och koppar. Att uppnå äkta "sömlös bindning" mellan olika metaller är kärnutmaningen och charmen med denna teknik.

 

 

Sann "sömlös bindning" är i huvudsak bildandet av en stark metallurgisk bindning vid gränsytan, snarare än enkel mekanisk vidhäftning. Processen är uppdelad i tre nyckelsteg:

 

• Fysisk kontakt på ytan: Eliminera makroskopiska mellanrum mellan metallytor genom tryck eller stötar, med initial kontakt endast vid mikroskopiska ojämnheter.
• Gränssnittsaktivering och plastisk deformation: Hög temperatur, högt tryck eller hög{0}}hastighet orsakar kraftig deformation av kontaktpunkter, bryter oxidfilmen och exponerar färska metallatomer.
• Atomdiffusion och bindning: Metallbindningar bildas när atomavståndet reduceras till 0,3-0,5 nanometer. Efterföljande ömsesidig diffusion av atomer bildar ett diffusionsskikt, vilket realiserar gränssnittsintegration.

 

Egenskaper för ett idealiskt sömlöst gränssnitt: inga defekter som porer eller sprickor, kontinuerlig övergång av elementfördelning, bindningsstyrka högre än den för det svagare basmaterialet och ingen gränsyta avskalning under service.

 

 

 

 

Skillnader i kristallstruktur mellan olika metaller, oöverensstämmelse i termiska expansionskoefficienter och tendensen att bilda spröda intermetalliska föreningar är de främsta hindren för att uppnå "sömlös bindning". Forskare har löst dessa problem genom tre viktiga tekniska genombrott:

 

1. Interlayer design

Fungerar som en "översättare" mellan två metaller, den kan lindra gränsytstress och hämma bildningen av spröda intermetalliska föreningar. Nb, Cu, Ni, etc. används vanligtvis för titan-stålkompositer. Bland dem har kompositer framställda med Nb/Cu dubbla mellanskikt en draghållfasthet på 539,7 MPa och en töjning på 9,7 %. Ren titanfolie används för titan-aluminiumkompositer, som kan kontrollera tjockleken på det intermetalliska föreningsskiktet till inom några mikrometer och säkerställa gränssnittets seghet.

 

2. Exakt kontroll av gränssnittsreaktioner

Titan är benäget att bilda spröda intermetalliska föreningar vid höga temperaturer, och överdriven tjocklek kommer att allvarligt minska gränsytans bindningsstyrka. Genom att exakt kontrollera temperatur, tid och tryck kan tjockleken på det sammansatta lagret kontrolleras under 10 mikron. Till exempel används låg-temperaturfler-passvalsning för titan-kopparkompositer, vilket avsevärt minskar bildningen av spröda faser och stabiliserar gränsytans skjuvhållfasthet över 190 MPa.

 

3. Ytförbehandling

Oxidfilmer, oljefläckar och föroreningar på metallytor påverkar bindningskvaliteten. Vanliga metoder inkluderar mekanisk slipning och kemisk rengöring. Den framväxande femtosekundlasermikro-nanostruktureringsteknologin kan inte bara helt ta bort föroreningar, utan också skapa konkava-nanoskala-konvexa strukturer för att öka kontaktytan och den mekaniska sammanlåsningseffekten, vilket kan förbättra gränssnittets bindningsstyrka med mer än 30 %.

 

 

1.Titan-stålkompositer

Den mest använda, som kombinerar korrosionsbeständigheten hos titan med den höga hållfastheten och låga kostnaderna för stål, som används i kemiska tryckkärl, offshore-plattformar, varvsbyggnad och andra områden. Reaktorer och lagringstankar gjorda av det i den petrokemiska industrin kostar bara 1/3 till 1/5 av ren titanutrustning.

 

2.Titan-aluminiumkompositer

Genom att kombinera den höga hållfastheten hos titan och den låga densiteten hos aluminium är deras specifika hållfasthet mer än 50 % högre än hos traditionella aluminiumlegeringar, vilket gör dem till idealiska lättviktsmaterial för flyg- och bilindustrin. Motorventiler tillverkade av den av Toyota är 40 % lättare än stålventiler, vilket ökar motorvarvtalet med 10 %.

 

3.Titan-kopparkompositer

Genom att kombinera den höga elektriska ledningsförmågan hos koppar och korrosionsbeständigheten hos titan, har de breda möjligheter inom nya energibatterier, elektronisk information och marinteknik. Som en strömsamlare för natrium-jonbatterier löser den problemen med kopparfolieoxidation och negativa elektrodnatriuminsättningsfel under hög spänning. Pilottestdata visar att gränssnittsimpedansökningen är mindre än 9 % efter 1 000 cykler, och den första -cykelns Coulombic effektivitet når 89,3 %.

 

 

• Gränssnittsreglering på atom-nivå: Med hjälp av första-principberäkningar och simuleringar av molekylär dynamik, designa gränssnittsstrukturer och exakt reglera elektroniska tillstånd på atomär skala för att förbättra gränsytets bindningsstyrka och stabilitet.
• Multifunktionella integrerade kompositer: Integrera konceptet med strukturell-funktionell integration för att utveckla nya material med hög hållfasthet, hög elektrisk och termisk ledningsförmåga och korrosionsbeständighet.
• Intelligent förberedelseteknik: Integrera artificiell intelligens och big data för att realisera-realtidsövervakning och intelligent kontroll av förberedelseprocessen och förbättra konsistensen och stabiliteten i produktkvaliteten.
•  

 

Som en direkt tillverkare utan mellanhandskostnader är Ruihang specialiserad på FoU, produktion och försäljning av titanlegeringsprodukter. Vårt säljteam står redo för att ge dig skräddarsydd support. Om du har köpbehov till hands, kontakta oss gärna:Sam.Rui@bjrh-titanium.com