Ako vytvára reveltovanie vákua oblúka konečnú čistotu titánových ingotov?

V presnom reťazci špičkovej výroby zaberajú titánové ingoty nenahraditeľnú polohu so svojimi jedinečnými kovovými vlastnosťami. Od ľahkej štruktúry leteckých vozidiel až po škrupinu hlbokomorských sond rezistentných na koróziu, od biomedicínskych implantátov po potrubia rezistentné na koróziu v chemickom priemysle, čistota a uniformita ingotov titánu priamo určujú limity výkonnosti týchto aplikácií. Na ceste k kámom titánových ingotov je technológia vákuového oblúka (VAR) ako presná skalpel. Prostredníctvom troch kôl prísnych procesov tavenia sú nečistoty odlúpané z vrstvy podľa vrstvy a nakoniec sa odlieva titánový ingota s rovnomerným zložením a vynikajúcim výkonom. Táto technológia nie je len zárukou čistoty titánových materiálov, ale aj hlavnou hnacou silou na podporu špičkovej výroby na prelomenie problémov s materiálom.

Priemyselná hodnota titánových materiálov pochádza z jeho nízkej hustoty, vysokej sily, odolnosti proti korózii a ďalších charakteristík, ale výkonnosť týchto charakteristík je vysoko závislá od čistoty materiálu. Na mikroskopickej úrovni existujú v titánovej matrici vo forme inklúzií alebo druhých fáz, ktoré tvoria body koncentrácie stresu, v mikroskopickej úrovni vo forme inklúzií alebo druhých fáz. Ak je materiál vystavený vonkajším silám alebo extrémnym prostrediam, tieto defekty sa stanú zdrojom začatia trhlín, čo bude mať za následok zníženie pevnosti materiálu, stratu húževnatosti a dokonca aj katastrofické zlyhanie. Napríklad letecké pole má mimoriadne vysoké požiadavky na únavovú životnosť titánových materiálov a akékoľvek malé nečistoty sa môžu stať skrytým nebezpečenstvom pre bezpečnosť letu; V biomedicínskom poli môžu nečistoty v implantátoch spôsobiť reakcie na odmietnutie alebo degradáciu korózie, čo ohrozuje zdravie pacientov.

Je ťažké úplne eliminovať nečistoty tradičnou technológiou tavenia, najmä tých prvkov, ktoré tvoria eutektiku alebo zlúčeniny s nízkym počtom melicích bodov s titánom. Tieto nečistoty môžu byť redistribuované pri následnom spracovaní, čím sa vytvoria pruhované segregácia alebo regionálne defekty, čím ďalej oslabujú materiálne vlastnosti. Preto, ako dosiahnuť konečnú čistotu titánových ingotov prostredníctvom inovácie procesu, sa stala základným návrhom titánového priemyslu.

Technológia prestavby vákua dosahuje hlboké čistenie titánovej kvapaliny prostredníctvom synergického účinku topenia elektród a smerovej tuhosti. Jeho technickú logiku sa dá rozložiť do troch kľúčových etáp:

V prvom kole procesu VAR sa spotrebná elektróda (zvyčajne lisovaná z titánu a strednej zliatiny s vysokou čistotou) zahrieva a roztaví sa oblúkom vo vákuovom prostredí. Pretože tavenie sa vykonáva za vákuových podmienok, nečistoty plynu, ako je kyslík a dusík, sú účinne potlačené; V rovnakom čase vysoké nečistoty tlaku pary v titánovej kvapaline (ako sú chloridy horčíka a hliníka), počas procesu tamerania stuhľujú a unikajú. Táto fáza môže odstrániť asi 50% pôvodných nečistôt, čím položí predbežný základ pre čistotu titánového ingota.

Druhé kolo VAR reguluje rýchlosť tuhnutia a teplotný gradient, aby sa dosiahla zloženie homogenizácia titánovej kvapaliny počas smerovej tuhosti. Kvapalný kov na spodnej časti roztaveného bazénu kryštalizuje najskôr, zatiaľ čo nečistoty sú obohatené k hornej časti roztaveného bazéna v dôsledku segregačného efektu. Keď sa elektróda konzumuje, oblasť obohatená s nečistotami sa postupne odstraňuje, aby sa zabránilo vniknutiu do konečnej ingot. Tento proces nielenže znižuje obsah nečistoty, ale tiež zlepšuje mikroštruktúru prostredníctvom mechanizmov drvenia a rekryštalizácie dendritu.

Tretie kolo VAR sa zameriava na čistenie v mikroskole. Optimalizáciou parametrov oblúka a tavnej atmosfére je možné presne kontrolovať veľkosť a distribúciu inklúzií. Napríklad technológia elektromagnetického miešania môže urýchliť vznášanie sa inklúzií, zatiaľ čo ultra vysoké vákuové prostredie (<10⁻³ PA) môže inhibovať opätovnú adsorpciu nečistôt plynu. Obsah kyslíka v konečnom ingot sa môže znížiť na 0,1%a obsah dusíka je menší ako 0,015%, čím spĺňa prísne normy titánu letectva.

Vylepšená čistota, ktorú priniesla technológia VAR, sa priamo premieta do skoku vo výkone titánový ingot a pretvára možnosť priemyselných aplikácií vo viacerých dimenziách:

1. Kvantové zlepšenie výkonu únavy
Zníženie obsahu nečistôt významne znižuje zdroj začatia trhlín a niekoľkokrát predlžuje únavovú životnosť titánových materiálov. Napríklad po tom, čo sa disk kompresora lietadlového motora vyrába s ingotmi VAR Titanium, jeho pevnosť únavy s vysokým cyklom sa zvýši zo 400 MPa na viac ako 600 MPa, čím uspokojuje potreby novej generácie motorov na zníženie hmotnosti a zvýšenie účinnosti.

2. Základný prielom v odolnosti proti korózii
Hustý oxidový film (Tio₂) vytvorený na povrchu čistej titánovej matrice má vyššiu stabilitu a rýchlosť korózie sa zníži o dva rády v silnom kyselinovom, silnom alkalickom alebo vysokom teplote. Tým sa rozširuje životnosť ingotov VAR titánu v chemických potrubiach, zariadení na odsoľovanie morskej vody a ďalšie polia od 5 rokov do viac ako 20 rokov.

3. Revolučné zlepšenie spracovania výkonu
Rovnomerné rozdelenie zloženia eliminuje segregačné defekty tradičných titánových ingots, čo významne znižuje riziko praskania počas kovania, valcovania a iných procesov spracovania. Nízky obsah nečistôt zároveň znižuje oxidáciu povrchu a vnútorné póry počas práce v horúcom mieste a miera výťažku sa zvyšuje zo 70% na viac ako 90%.

4. Základný kameň špičkových aplikácií, ako je supravodivosť a skladovanie vodíka
V oblasti supravodivých titánových materiálov môže technológia VAR regulovať obsah nečistôt na úrovni PPM, aby sa zabezpečilo, že supravodivový výkon materiálu pri extrémne nízkych teplotách; V zliatinách titánového skladovania vodíka môže čistá matrica zlepšiť absorpciu vodíka a uvoľňovanie účinnosti a stabilitu cyklu.