Kuinka insinöörit ratkaisevat titaanin liimaushaasteet komposiiteissa?

Singletitaaniseokset  have inherent limitations in electrical conductivity, wear resistance and cost-effectiveness. Titanium metal composites achieve a "1+1>2" synergistinen suorituskykyvaikutus yhdistämällä taitavasti titaania metalleihin, kuten teräkseen, alumiiniin ja kupariin. Todellisen "saumattoman sidoksen" saavuttaminen eri metallien välillä on tämän tekniikan ydinhaaste ja viehätys.

 

 

Todellinen "saumaton sidos" on pohjimmiltaan vahvan metallurgisen sidoksen muodostumista rajapinnalle yksinkertaisen mekaanisen adheesion sijaan. Prosessi on jaettu kolmeen avainvaiheeseen:

 

• Pinta fyysinen kosketus: Poista metallipintojen väliset makroskooppiset raot paineen tai iskujen avulla. Alkukosketus tapahtuu vain mikroskooppisissa epätasaisuuksissa.
• Rajapinnan aktivointi ja plastinen muodonmuutos: Korkea lämpötila, korkea paine tai{0}}nopea isku aiheuttaa vakavia muodonmuutoksia kosketuspisteissä, rikkoo oksidikalvon ja paljastaa tuoreita metalliatomeja.
• Atomidiffuusio ja sidos: Metalliset sidokset muodostuvat, kun atomietäisyys pienenee 0,3-0,5 nanometriin. Myöhempi atomien keskinäinen diffuusio muodostaa diffuusiokerroksen, joka toteuttaa rajapinnan integraation.

 

Ihanteellisen saumattoman rajapinnan ominaisuudet: ei vikoja, kuten huokosia tai halkeamia, elementtien jakautumisen jatkuva muutos, sidoslujuus suurempi kuin heikomman perusmateriaalin, eikä rajapinnan kuoriutuminen huollon aikana.

 

 

 

 

Eri metallien kiderakenteen erot, lämpölaajenemiskertoimien yhteensopimattomuus ja taipumus muodostaa hauraita metallien välisiä yhdisteitä ovat tärkeimmät esteet "saumattoman sidoksen" saavuttamiselle. Tutkijat ovat ratkaisseet nämä ongelmat kolmen keskeisen teknologisen läpimurron avulla:

 

1. Välikerrossuunnittelu

Toimiessaan "kääntäjänä" kahden metallin välillä, se voi lievittää rajapintojen jännitystä ja estää hauraiden metallien välisten yhdisteiden muodostumista. Nb, Cu, Ni jne. käytetään yleisesti titaani-teräskomposiiteissa. Niistä Nb/Cu-kaksoisvälikerroksilla valmistettujen komposiittien vetolujuus on 539,7 MPa ja venymä 9,7 %. Titaani-alumiinikomposiiteissa käytetään puhdasta titaanifoliota, joka voi säädellä metallien välisen yhdistekerroksen paksuutta muutaman mikronin tarkkuudella ja varmistaa rajapinnan sitkeyden.

 

2. Rajapintojen reaktioiden tarkka hallinta

Titaani on taipuvainen muodostamaan hauraita metallien välisiä yhdisteitä korkeissa lämpötiloissa, ja liiallinen paksuus heikentää merkittävästi rajapintojen sidoslujuutta. Säätämällä tarkasti lämpötilaa, aikaa ja painetta, seoskerroksen paksuutta voidaan säätää alle 10 mikronia. Esimerkiksi titaani-kuparikomposiiteissa käytetään matalan lämpötilan-monipäästövalssausta, joka vähentää huomattavasti hauraiden faasien muodostumista ja stabiloi rajapinnan leikkauslujuuden yli 190 MPa:n.

 

3. Pinnan esikäsittely

Oksidikalvot, öljytahrat ja metallipintojen epäpuhtaudet vaikuttavat liimauksen laatuun. Yleisiä menetelmiä ovat mekaaninen hionta ja kemiallinen puhdistus. Kehittyvällä femtosekuntilaserin mikro-nanostrukturointiteknologialla ei voida ainoastaan ​​poistaa epäpuhtauksia kokonaan, vaan myös luoda nano-mittakaavassa koveria-kuperia rakenteita kosketuspinta-alan lisäämiseksi ja mekaanisen lukitusvaikutuksen lisäämiseksi, mikä voi parantaa rajapintojen sidoslujuutta yli 30 %.

 

 

1. Titaani-teräskomposiitit

Laajimmin käytetty, jossa yhdistyvät titaanin korroosionkestävyys teräksen korkeaan lujuuteen ja alhaisiin kustannuksiin, käytetään kemiallisissa paineastioissa, offshore-alustoilla, laivanrakennuksessa ja muilla aloilla. Siitä valmistetut reaktorit ja varastosäiliöt petrokemian teollisuudessa maksavat vain 1/3 - 1/5 puhtaan titaanin laitteista.

 

2. Titaani-alumiinikomposiitit

Titaanin korkea lujuus ja alumiinin alhainen tiheys yhdistyvät, joten niiden ominaislujuus on yli 50 % suurempi kuin perinteisten alumiiniseosten, mikä tekee niistä ihanteellisia kevyitä materiaaleja ilmailu- ja autoteollisuudelle. Toyotan siitä valmistamat moottoriventtiilit ovat 40 % kevyempiä kuin teräsventtiilit, mikä lisää moottorin nopeutta 10 %.

 

3. Titaani-kuparikomposiitit

Yhdistämällä kuparin korkean sähkönjohtavuuden ja titaanin korroosionkestävyyden heillä on laajat mahdollisuudet uusien energiaparistojen, elektroniikkainformaation ja meritekniikan aloilla. Natrium--ioni-akun virrankerääjänä se ratkaisee kuparifolion hapettumisen ja negatiivisen elektrodin natriumin sisäänviennin aiheuttamat ongelmat korkealla jännitteellä. Pilottitestitiedot osoittavat, että rajapinnan impedanssin kasvu on alle 9 % 1 000 syklin jälkeen, ja ensimmäisen-syklin Coulombinen hyötysuhde saavuttaa 89,3 %.

 

 

• Atomic{0}}tason käyttöliittymän säätö: Ensimmäisten-periaatteiden laskelmien ja molekyylidynamiikan simulaatioiden avulla voit suunnitella rajapintarakenteita ja säätää tarkasti elektronisia tiloja atomimittakaavassa rajapintojen sidoslujuuden ja vakauden parantamiseksi.
• Monitoimiset integroidut komposiitit: Integroi rakenteellisen-toiminnallisen integraation käsite kehittääksesi uusia materiaaleja, joilla on korkea lujuus, korkea sähkön- ja lämmönjohtavuus sekä korroosionkestävyys.
• Älykäs valmistustekniikka: Integroi tekoäly ja big data toteuttaaksesi valmistusprosessin reaaliaikaisen-seurannan ja älykkään hallinnan sekä parantaaksesi tuotteiden laadun yhdenmukaisuutta ja vakautta.
•  

 

Suorana valmistajana ilman välityskustannuksia Ruihang on erikoistunut titaaniseostuotteiden tutkimukseen ja kehitykseen, tuotantoon ja myyntiin. Myyntitiimimme on valmiina tarjoamaan sinulle räätälöityä tukea. Jos sinulla on ostotarpeita käsillä, ota rohkeasti yhteyttä:Sam.Rui@bjrh-titanium.com