Vacuum arc remelting สร้างความบริสุทธิ์สูงสุดของแท่งไทเทเนียมได้อย่างไร

ในห่วงโซ่ความแม่นยำของการผลิตระดับไฮเอนด์ Ingots ไทเทเนียมครอบครองตำแหน่งที่ไม่สามารถถูกแทนที่ด้วยคุณสมบัติโลหะที่เป็นเอกลักษณ์ของพวกเขา จากโครงสร้างที่มีน้ำหนักเบาของยานพาหนะการบินและอวกาศไปจนถึงเปลือกหอยที่ทนต่อการกัดกร่อนของโพรบทะเลลึกจากการปลูกถ่ายชีวการแพทย์ไปจนถึงท่อที่ทนต่อการกัดกร่อนในอุตสาหกรรมเคมีความบริสุทธิ์และความสม่ำเสมอของแท่งไทเทเนียมโดยตรงกำหนดขีด จำกัด ประสิทธิภาพของการใช้งานเหล่านี้ บนถนนเพื่อสร้างแท่งแท่งไทเทเนียมส่วนโค้งสูญญากาศ remelting (VAR) เป็นเหมือนมีดผ่าตัดที่แม่นยำ ผ่านกระบวนการหลอมอย่างเข้มงวดสามรอบสิ่งสกปรกจะถูกปอกเปลือกด้วยเลเยอร์และในที่สุดก็เป็นแท่งไทเทเนียมที่มีองค์ประกอบสม่ำเสมอและประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม เทคโนโลยีนี้ไม่เพียง แต่เป็นการรับประกันความบริสุทธิ์ของวัสดุไทเทเนียมเท่านั้น แต่ยังเป็นแรงผลักดันหลักในการส่งเสริมการผลิตระดับไฮเอนด์เพื่อผ่านคอขวดของวัสดุ

ค่าอุตสาหกรรมของวัสดุไทเทเนียมมาจากความหนาแน่นต่ำความแข็งแรงสูงความต้านทานการกัดกร่อนและลักษณะอื่น ๆ แต่ประสิทธิภาพของลักษณะเหล่านี้ขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์ของวัสดุ ในระดับกล้องจุลทรรศน์องค์ประกอบของสิ่งเจือปน (เช่นออกซิเจน, ไนโตรเจน, คาร์บอน, เหล็ก ฯลฯ ) มีอยู่ในเมทริกซ์ไทเทเนียมในรูปแบบของการรวมหรือเฟสที่สองทำให้เกิดจุดเข้มข้นของความเครียด เมื่อวัสดุอยู่ภายใต้แรงภายนอกหรือสภาพแวดล้อมที่รุนแรงข้อบกพร่องเหล่านี้จะกลายเป็นแหล่งที่มาของการเริ่มต้นรอยแตกส่งผลให้ความแข็งแรงของวัสดุลดลงการสูญเสียความเหนียวและแม้กระทั่งความล้มเหลวของหายนะ ตัวอย่างเช่นสนามบินและอวกาศมีความต้องการสูงมากสำหรับอายุการใช้งานของวัสดุไทเทเนียมและสิ่งสกปรกเล็ก ๆ น้อย ๆ อาจกลายเป็นอันตรายที่ซ่อนอยู่เพื่อความปลอดภัยในการบิน ในเขตข้อมูลชีวการแพทย์สิ่งสกปรกในการปลูกถ่ายอาจทำให้เกิดปฏิกิริยาปฏิเสธหรือการเสื่อมสภาพของการกัดกร่อน, คุกคามสุขภาพของผู้ป่วย

เป็นการยากที่จะกำจัดสิ่งสกปรกด้วยเทคโนโลยีการถลุงแบบดั้งเดิมโดยเฉพาะอย่างยิ่งองค์ประกอบเหล่านั้นที่สร้าง eutectics หรือสารประกอบจุดที่มีการละลายต่ำด้วยไทเทเนียม สิ่งเจือปนเหล่านี้อาจถูกแจกจ่ายซ้ำในการประมวลผลครั้งต่อไปการสร้างการแยกแถบหรือข้อบกพร่องในภูมิภาคทำให้คุณสมบัติของวัสดุลดลง ดังนั้นวิธีการบรรลุความบริสุทธิ์สูงสุดของแท่งไทเทเนียมผ่านนวัตกรรมกระบวนการได้กลายเป็นข้อเสนอหลักของอุตสาหกรรมไทเทเนียม

เทคโนโลยีสูญญากาศ arc remelting ได้รับการทำให้บริสุทธิ์อย่างลึกซึ้งของของเหลวไทเทเนียมผ่านผลเสริมฤทธิ์กันของการหลอมรวมอิเล็กโทรดและการแข็งตัวของทิศทาง ตรรกะทางเทคนิคของมันสามารถย่อยสลายเป็นสามขั้นตอนสำคัญ:

ในกระบวนการรอบแรกของ VAR อิเล็กโทรดที่บริโภคได้ (มักจะกดจากไทเทเนียมฟองน้ำที่มีความบริสุทธิ์สูงและโลหะผสมกลาง) จะถูกทำให้ร้อนและละลายโดยอาร์คในสภาพแวดล้อมสูญญากาศ เนื่องจากการถลุงนั้นดำเนินการภายใต้สภาวะสูญญากาศสิ่งสกปรกของก๊าซเช่นออกซิเจนและไนโตรเจนจะถูกระงับอย่างมีประสิทธิภาพ ในเวลาเดียวกันสิ่งสกปรกของแรงดันไอในของเหลวไทเทเนียม (เช่นคลอไรด์ของแมกนีเซียมและอลูมิเนียม) ระเหยและหลบหนีในระหว่างกระบวนการหลอม ขั้นตอนนี้สามารถลบสิ่งสกปรกดั้งเดิมได้ประมาณ 50% โดยวางรากฐานเบื้องต้นสำหรับความบริสุทธิ์ของแท่งไทเทเนียม

รอบที่สองของ VAR ควบคุมอัตราการแข็งตัวและการไล่ระดับอุณหภูมิเพื่อให้ได้องค์ประกอบการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันของของเหลวไทเทเนียมในระหว่างการทำให้แข็งตัวของทิศทาง โลหะเหลวที่ด้านล่างของสระว่ายน้ำหลอมเหลวตกผลึกก่อนในขณะที่สิ่งสกปรกจะได้รับการอุดมไปทางด้านบนของสระที่หลอมเหลวเนื่องจากผลการแยก เมื่อใช้อิเล็กโทรดพื้นที่ที่อุดมไปด้วยสิ่งเจือปนจะค่อยๆถูกลบออกเพื่อป้องกันไม่ให้เข้าสู่แท่งก้อนสุดท้าย กระบวนการนี้ไม่เพียง แต่ช่วยลดเนื้อหาของสิ่งเจือปนต่อไป แต่ยังช่วยปรับปรุงโครงสร้างจุลภาคผ่านกลไกการบดและการตกผลึก dendrite

รอบที่สามของ VAR มุ่งเน้นไปที่การทำให้บริสุทธิ์ที่กล้องจุลทรรศน์ โดยการเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์ ARC และบรรยากาศการหลอมขนาดและการกระจายของการรวมสามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำ ตัวอย่างเช่นเทคโนโลยีการกวนแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถเร่งการลอยตัวของการรวมในขณะที่สภาพแวดล้อมสูญญากาศสูงเป็นพิเศษ (<10⁻³ PA) สามารถยับยั้งการดูดซับสิ่งสกปรกของก๊าซอีกครั้ง ปริมาณออกซิเจนของ ingot สุดท้ายสามารถลดลงได้ต่ำกว่า 0.1%และปริมาณไนโตรเจนนั้นน้อยกว่า 0.015%ตามมาตรฐานที่เข้มงวดของไทเทเนียมเกรดการบินและอวกาศ

ความบริสุทธิ์ที่ได้รับการปรับปรุงโดยเทคโนโลยี VAR แปลโดยตรงเป็นการก้าวกระโดดในประสิทธิภาพของประสิทธิภาพ แท่งไทเทเนียม และปรับเปลี่ยนความเป็นไปได้ของการใช้งานอุตสาหกรรมในหลายมิติ:

1. การปรับปรุงระดับควอนตัมในประสิทธิภาพความเหนื่อยล้า
การลดลงของปริมาณสิ่งเจือปนช่วยลดแหล่งที่มาของการเริ่มต้นรอยแตกอย่างมีนัยสำคัญยืดอายุความล้าของวัสดุไทเทเนียมหลายครั้ง ตัวอย่างเช่นหลังจากแผ่นดิสก์คอมเพรสเซอร์ของเครื่องยนต์อากาศยานถูกผลิตขึ้นด้วย Ingots Var Titanium ความแข็งแรงของความเหนื่อยล้ารอบสูงจะเพิ่มขึ้นจาก 400 MPa เป็นมากกว่า 600 MPa ตอบสนองความต้องการของเครื่องยนต์รุ่นใหม่เพื่อลดน้ำหนักและเพิ่มประสิทธิภาพ

2. การพัฒนาที่สำคัญในการต้านทานการกัดกร่อน
ฟิล์มออกไซด์หนาแน่น (TIO₂) ที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของเมทริกซ์ไทเทเนียมบริสุทธิ์มีความเสถียรสูงกว่าและอัตราการกัดกร่อนจะลดลงตามคำสั่งสองขนาดในกรดที่แข็งแรงอัลคาลีที่แข็งแกร่งหรือสภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิสูง สิ่งนี้ขยายอายุการใช้งานของ Ingots Var Titanium ในท่อเคมีอุปกรณ์กลั่นน้ำทะเลและสาขาอื่น ๆ จาก 5 ปีถึงกว่า 20 ปี

3. การปรับปรุงการปฏิวัติในการประมวลผลประสิทธิภาพ
การกระจายองค์ประกอบที่สม่ำเสมอช่วยลดข้อบกพร่องในการแยกของแท่งไทเทเนียมแบบดั้งเดิมลดความเสี่ยงของการแตกระหว่างการปลอมการกลิ้งและกระบวนการประมวลผลอื่น ๆ ในขณะเดียวกันปริมาณที่ไม่บริสุทธิ์ต่ำจะช่วยลดการเกิดออกซิเดชันของพื้นผิวและรูขุมขนภายในในระหว่างการทำงานที่ร้อนและอัตราผลตอบแทนเพิ่มขึ้นจาก 70% เป็นมากกว่า 90%

4. รากฐานที่สำคัญของการใช้งานที่ทันสมัยเช่นตัวนำยิ่งยวดและการจัดเก็บไฮโดรเจน
ในสาขาวัสดุไทเทเนียมตัวนำยิ่งยวดเทคโนโลยี VAR สามารถควบคุมปริมาณสิ่งเจือปนที่ระดับ PPM เพื่อให้แน่ใจว่าประสิทธิภาพของวัสดุที่ยิ่งใหญ่ของวัสดุที่อุณหภูมิต่ำมาก ในโลหะผสมไทเทเนียมการจัดเก็บไฮโดรเจนเมทริกซ์บริสุทธิ์สามารถปรับปรุงการดูดซับไฮโดรเจนและประสิทธิภาพการปลดปล่อยและความเสถียรของวงจร