Huyền thoại Titan: Cuộc cách mạng kim loại từ vật liệu hàng không vũ trụ đến cuộc sống hàng ngày

 Khám phá và đặt tên titan

Titan được nhà khoáng vật học người Anh Gregor phát hiện vào năm 1791 và được nhà hóa học người Đức Klaprus đặt tên vào năm 1795 theo tên các Titan trong thần thoại Hy Lạp. Titan có nhiều trong vỏ trái đất, với hơn 140 khoáng chất đã biết, nhưng các ứng dụng công nghiệp tập trung ở ilmenit và rutil. Dự trữ ilmenite của Trung Quốc chiếm 28% tổng trữ lượng thế giới, đứng đầu thế giới.

 Tính chất và giá trị của titan

Titan được công nhận là kim loại không{0}}độc hại nhưng chi phí khai thác cao khiến nó trở nên đắt đỏ. Nó có đặc tính chịu nhiệt độ cao và thấp, kháng axit và kiềm mạnh, độ bền cao và mật độ thấp, và đã trở thành vật liệu đặc biệt cho các vệ tinh tên lửa của NASA, và đã được sử dụng trong tàu Yutu, J-20, Sơn Đông của Trung Quốc và các dự án khác. Vào những năm 80 của thế kỷ trước, titan bước vào lĩnh vực dân sự nhờ đặc tính kìm khuẩn và tính sinh học, đồng thời được mệnh danh là "vua kim loại danh dự" trong ngành sản xuất bộ đồ ăn.

 Sự phát triển ngành công nghiệp titan của Trung Quốc

Ngành công nghiệp titan của Trung Quốc bắt đầu từ những năm 50 của thế kỷ 20, và vào những năm 60, các nhà máy chế biến titan và xốp titan được xây dựng ở Zunyi và Baoji, trở thành một trong những cường quốc công nghiệp titan của thế giới. Kể từ thế kỷ 21, năng lực sản xuất titan của Trung Quốc đã đứng hàng đầu thế giới và các sản phẩm của nước này được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, hàng không và dân dụng.

 

 

 

Titan nguyên chất được phân loại theo hàm lượng tạp chất và có đặc tính dập và hàn tuyệt vời, độ bền của nó phụ thuộc vào hàm lượng oxy và nitơ. Hợp kim titan được làm từ titan và bổ sung thêm các nguyên tố khác nhẹ, bền và{1}}chịu được nhiệt độ cao và chủ yếu được sử dụng trong động cơ máy bay và các bộ phận của tên lửa. Cấu trúc đẳng tinh thể đẳng hướng của titan được sắp xếp dày đặc theo hình lục giác dưới 882 độ và phía trên là khối lập phương tâm-có thân, có thể tối ưu hóa hiệu suất bằng cách điều chỉnh các phần tử hợp kim.

 

 

TA1-Gr1 Độ dẻo tốt nhất, thích hợp cho việc tạo hình dễ dàng các tấm Titan, ống titan

TA2-Gr2 Lực lượng công nghiệp chủ lực, cường độ cao hơn một chút Xây dựng, sản xuất điện, công nghiệp y tế

TA3-Gr3 Stronger, dùng trong ngành hàng không vũ trụ Hàng không vũ trụ, xử lý hóa chất, công nghiệp hàng hải

TA4-Gr4 Có khả năng chống ăn mòn cao, được sử dụng trong các bộ phận khung máy bay Các bộ phận khung máy bay, bình đông lạnh, bộ trao đổi nhiệt

Ti6Al-4V-Gr5 Hợp kim titan được sử dụng phổ biến nhất, 50% lượng sử dụng toàn cầu Tua bin máy bay, thiết bị cấy ghép y tế

Ti6Al-4V ELI-Gr23 Độ tinh khiết cao hơn, được sử dụng trong cấy ghép y sinh Cấy ghép y sinh

 Ứng dụng của hợp kim titan

Hợp kim titan đắt tiền do khó nấu chảy nhưng chúng được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực tiên tiến. Nó được sử dụng trong công nghiệp hóa chất cho các thiết bị sản xuất kiềm và muối để kéo dài tuổi thọ; Được sử dụng trong ngành hàng không vũ trụ cho các bộ phận kết cấu máy bay và linh kiện động cơ; được sử dụng trong các bộ phận của tàu vũ trụ và tên lửa trong lĩnh vực hàng không vũ trụ; Trong lĩnh vực tàu thuyền, nó được sử dụng cho các tàu ngầm hạt nhân và tàu lặn sâu, chẳng hạn như tàu "Jiaolong" của Trung Quốc.

 Những thách thức và triển vọng của hợp kim titan

Sự phát triển hợp kim titan phải đối mặt với ba thách thức lớn: có rất ít sản phẩm chất lượng cao ở Trung Quốc và không có đủ loại titan hiệu suất đặc biệt; hiệu suất ở nhiệt độ-cao bị hạn chế; Khả năng cạnh tranh về chi phí yếu. Trong tương lai, cần mở rộng ứng dụng trong các lĩnh vực dân sự, như ô tô và nhu yếu phẩm hàng ngày, đồng thời giảm chi phí thông qua tối ưu hóa quy trình. Với việc áp dụng các công nghệ mới như in 3D, tiềm năng của hợp kim titan trong cấy ghép y tế, thiết bị thể thao và các lĩnh vực khác sẽ được phát huy hơn nữa.

 Tiềm năng tương lai của hợp kim titan

Với những tiến bộ công nghệ, hợp kim titan được kỳ vọng sẽ thay thế các vật liệu truyền thống trong nhiều lĩnh vực hơn. Trung Quốc đang thúc đẩy việc nâng cấp ngành công nghiệp titan thông qua "Kế hoạch 5 năm lần thứ 14"{2}}, tập trung vào phát triển vật liệu titan-cao cấp. Trong tương lai, hợp kim titan có thể trở thành vật liệu chủ chốt để "kim loại vũ trụ" bước vào đời sống công cộng.