چگونه می توان قوس خلاء را خلوص نهایی شمشهای تیتانیوم ایجاد کرد؟

در زنجیره ای دقیق از تولید سطح بالا ، شمش های تیتانیوم با خصوصیات فلزی منحصر به فرد خود موقعیتی غیر قابل تعویض را اشغال می کنند. از ساختار سبک وزن وسایل نقلیه هوافضا گرفته تا پوسته مقاوم در برابر خوردگی پروب های در اعماق دریا ، از ایمپلنت های زیست پزشکی تا خطوط لوله مقاوم در برابر خوردگی در صنعت شیمیایی ، خلوص و یکنواختی شمشهای تیتانیوم به طور مستقیم محدودیت عملکرد این برنامه ها را تعیین می کند. در جاده جعل شمش های تیتانیوم ، فناوری خلاء قوس (VAR) مانند یک پوست سر دقیق است. از طریق سه دور فرآیند ذوب دقیق ، ناخالصی ها به صورت لایه لایه لایه می شوند و سرانجام یک شمش تیتانیوم با ترکیب یکنواخت و عملکرد عالی ریخته می شود. این فناوری نه تنها ضمانت خلوص مواد تیتانیوم ، بلکه نیروی محرک اصلی برای ارتقاء تولید سطح بالا برای شکستن تنگناهای مواد است.

ارزش صنعتی مواد تیتانیوم از چگالی کم ، استحکام بالا ، مقاومت در برابر خوردگی و سایر خصوصیات آن ناشی می شود ، اما عملکرد این خصوصیات به خلوص مواد بسیار وابسته است. در سطح میکروسکوپی ، عناصر ناخالصی (مانند اکسیژن ، نیتروژن ، کربن ، آهن و غیره) در ماتریس تیتانیوم به صورت اجزاء یا مراحل دوم وجود دارند و نقاط غلظت استرس را تشکیل می دهند. هنگامی که این ماده در معرض نیروهای خارجی یا محیط های شدید قرار می گیرد ، این نقص ها به منبع شروع ترک تبدیل می شوند و در نتیجه باعث کاهش قدرت مواد ، از بین رفتن چقرمگی و حتی نارسایی فاجعه بار می شوند. به عنوان مثال ، میدان هوافضا برای عمر خستگی مواد تیتانیوم نیازهای بسیار بالایی دارد و هرگونه ناخالصی ریز ممکن است به یک خطر پنهان برای ایمنی پرواز تبدیل شود. در زمینه زیست پزشکی ، ناخالصی های موجود در کاشت ممکن است باعث واکنش رد یا تخریب خوردگی شود و سلامت بیماران را تهدید کند.

از بین بردن کامل ناخالصی ها با فناوری ذوب سنتی ، به ویژه عناصری که اکتوکتیک یا ترکیبات نقطه ذوب کم با تیتانیوم را تشکیل می دهند ، دشوار است. این ناخالصی ها ممکن است در پردازش های بعدی توزیع شوند ، جداسازی باند یا نقص منطقه ای را تشکیل می دهند و باعث تضعیف بیشتر خصوصیات مواد می شوند. بنابراین ، چگونگی دستیابی به خلوص نهایی شمشهای تیتانیوم از طریق نوآوری فرآیند به گزاره اصلی صنعت تیتانیوم تبدیل شده است.

فناوری remilting قوس خلاء از طریق اثر هم افزایی ذوب الکترود و جامد سازی جهت ، به تصفیه عمیق مایع تیتانیوم می رسد. منطق فنی آن را می توان به سه مرحله اصلی تجزیه کرد:

در دور اول فرآیند VAR ، الکترود قابل مصرف (که معمولاً از تیتانیوم اسفنجی با خلوص بالا و آلیاژ میانی فشار می یابد) توسط قوس در محیط خلاء گرم و ذوب می شود. از آنجا که ذوب در شرایط خلاء انجام می شود ، ناخالصی های گاز مانند اکسیژن و نیتروژن به طور مؤثر سرکوب می شوند. در عین حال ، ناخالصی های فشار بخار زیاد در مایع تیتانیوم (مانند کلریدهای منیزیم و آلومینیوم) در طی فرآیند ذوب فرار و فرار می کنند. این مرحله می تواند حدود 50 ٪ از ناخالصی های اصلی را حذف کند و پایه و اساس اولیه ای برای خلوص شمش تیتانیوم ایجاد کند.

دور دوم VAR میزان جامد سازی و گرادیان دما را برای دستیابی به همگن ترکیب مایع تیتانیوم در حین جامد سازی جهت کنترل می کند. فلز مایع در انتهای استخر مذاب ابتدا متبلور می شود ، در حالی که ناخالصی ها به دلیل اثر تفکیک به بالای استخر مذاب غنی می شوند. با استفاده از الکترود ، منطقه غنی از ناخالصی به تدریج برداشته می شود تا از ورود آن به شمش نهایی جلوگیری شود. این فرآیند نه تنها بیشتر محتوای ناخالصی را کاهش می دهد ، بلکه ریزساختار را از طریق مکانیسم های خرد کردن و تبلور دندریت بهبود می بخشد.

دور سوم VAR بر تصفیه در میکروسکوپ متمرکز است. با بهینه سازی پارامترهای قوس و جو ذوب ، می توان اندازه و توزیع اجزاء را دقیقاً کنترل کرد. به عنوان مثال ، فناوری همزن الکترومغناطیسی می تواند شناور اجزاء را تسریع کند ، در حالی که محیط خلاء فوق العاده بلند (<10⁻³ PA) می تواند باعث جذب مجدد ناخالصی های گاز شود. میزان اکسیژن شمش نهایی را می توان به زیر 0.1 ٪ کاهش داد ، و میزان نیتروژن کمتر از 0.015 ٪ است و استانداردهای دقیق تیتانیوم درجه هوافضا را رعایت می کند.

خلوص بهبود یافته توسط فناوری VAR مستقیماً به یک جهش در عملکرد تبدیل می شود شمشهای تیتانیوم ، و امکان استفاده از کاربردهای صنعتی در ابعاد مختلف را تغییر می دهد:

1. بهبود سطح کوانتومی در عملکرد خستگی
کاهش محتوای ناخالصی به طور قابل توجهی منبع شروع ترک را کاهش می دهد و عمر خستگی مواد تیتانیوم را چندین بار افزایش می دهد. به عنوان مثال ، پس از تولید دیسک کمپرسور یک موتور هواپیما با شمشهای تیتانیوم VAR ، استحکام خستگی چرخه بالا از 400 مگاپاسکال به بیش از 600 مگاپاسکال افزایش می یابد و نیازهای نسل جدید موتورها را برای کاهش وزن و افزایش راندمان برآورده می کند.

2. دستیابی به موفقیت اساسی در مقاومت در برابر خوردگی
فیلم اکسید متراکم (TIO₂) که بر روی سطح ماتریس تیتانیوم خالص تشکیل شده است ، ثبات بالاتری دارد و میزان خوردگی با دو مرتبه در اسید قوی ، قلیایی قوی یا محیط های درجه حرارت بالا کاهش می یابد. این امر باعث افزایش عمر شمشهای تیتانیوم Var در خطوط لوله شیمیایی ، تجهیزات آب شیرین کن آب دریا و سایر مزارع از 5 سال به بیش از 20 سال می شود.

3. بهبود انقلابی در عملکرد پردازش
توزیع ترکیب یکنواخت نقص تفکیک شمشهای سنتی تیتانیوم را از بین می برد و خطر ترک خوردگی در هنگام جعل ، نورد و سایر فرآیندهای پردازش را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. در عین حال ، محتوای ناخالصی پایین اکسیداسیون سطح و منافذ داخلی را در حین کار گرم کاهش می دهد و میزان عملکرد از 70 ٪ به بیش از 90 ٪ افزایش می یابد.

4. سنگ بنای برنامه های کاربردی برش مانند ابررسانا و ذخیره هیدروژن
در زمینه مواد تیتانیوم ابررسانا ، فناوری VAR می تواند محتوای ناخالصی را در سطح PPM کنترل کند تا از عملکرد ابررسانا مواد در دماهای بسیار پایین اطمینان حاصل شود. در آلیاژهای تیتانیوم ذخیره هیدروژن ، ماتریس خالص می تواند جذب هیدروژن را بهبود بخشد و راندمان و پایداری چرخه را آزاد کند .