Poređenje karakteristika i razlika u primjeni između ploča od čistog titanijuma i kompozitnih titanijumskih ploča
U oblasti industrijskih materijala, čiste titanijumske ploče i kompozitne titanijumske ploče pokazuju potpuno različite inženjerske vrijednosti zbog strukturnih razlika. Ovaj članak sistematski analizira prirodu materijala, karakteristike performansi i praktične primjene kako bi se pružila naučna osnova za odabir inženjerskih materijala.
1. Genetske razlike poput materijala
Kao predstavnik pojedinačnih metalnih materijala, ploče od čistog titanijuma su zasnovane na kristalnim strukturama α-tipa i generalno imaju čistoću veću od 99%. Njegova priprema se oslanja na tehnologiju vakuumskog topljenja potrošnog luka (VAR), a tolerancija debljine može se kontrolisati u rasponu od ±0.02 mm kroz višestruko precizno valjanje. Ovo svojstvo jednog metala daje mu odlične performanse homogenizacije, posebno u oblasti vazduhoplovstva. Elektronski čisti titanijum klase TA1ELI (sadržaj kiseonika ≤0.07%) postao je osnovni materijal za oblaganje trupa Boeinga 787.
Kompozitne titanijumske ploče uvele su novu eru slojevitih kompozita, a sloj titana od 0.5-5 mm je trajno kombinovan sa podlogom od ugljeničnog čelika/nerđajućeg čelika kroz procese eksplozivnog kompozita ili kompozita toplog valjanja. Prijelazni sloj koristi dodatni metal za lemljenje Ag72Cu28 kako bi se postiglo metalurško spajanje, sa smičnom čvrstoćom koja prelazi 140 MPa i stopom vezivanja do 98%. Ova strukturna inovacija omogućava materijalu da ima i otpornost na koroziju titanijuma i čvrstoću podloge, pokazujući jedinstvene prednosti u proizvodnji PTA oksidacionih reaktora prečnika većeg od 5 metara.
2. Arena parametara performansi
U smislu prilagodljivosti ekstremnim okruženjima, ploče od čistog titanijuma su najbolje sa rasponom temperaturne otpornosti od -196~600℃. Njegova specifična čvrstoća dostiže 3.8-4.5, što je daleko više od većine legiranih čelika, i nezamjenjiva je u scenarijima ultra niskih temperatura kao što su spremnici za skladištenje tekućeg dušika. U smislu biokompatibilnosti, njegov površinski oksidni film zadovoljava standard ISO 5832-2, što ga čini poželjnim materijalom za implantate umjetnih zglobova.
Kompozitne titanijumske ploče su se pojavile u kompozitnim radnim uslovima otpornim na habanje. Zaštitni sloj od titana može odoljeti koroziji iz medija morske vode (stopa korozije ≤0.001 mm/a), a sloj supstrata pruža strukturnu potporu. Ovaj sinergijski učinak produžava njegov vijek trajanja u uređajima za desalinizaciju morske vode za više od 3 puta. Što se tiče ekonomičnosti, u poređenju sa potpuno titanijumskom strukturom, može uštedeti 40-70% potrošnje titanijuma, što ima velike prednosti u pogledu troškova u izgradnji velikih rezervoara za skladištenje.
3. Podjela i integracija scenarija aplikacije
Vazduhoplovstvo i medicinska polja su glavna bojna polja ploča od čistog titanijuma. Smanjenje težine kože po kvadratnom metru trupa Boeinga 787 iznosi 20 kg, a dugoročna biološka stabilnost školjke pejsmejkera potvrdila je njegovu nezamjenjivost. U hemijskoj industriji, čiste titanijumske ploče postale su materijal za oblaganje specijalnih reaktora zbog svoje stabilnosti u jakim korozivnim medijima kao što su koncentrirana hlorovodonična kiselina i octena kiselina.
Kompozitne titanijumske ploče dominiraju u proizvodnji opreme procesne industrije. U području posuda pod pritiskom, njegova otpornost na pritisak (≥10MPa) i svojstva protiv pucanja korozije čine ga standardnom konfiguracijom za oksidacijske reaktore PTA uređaja. U pomorskom inženjerstvu, kompozitna ploča širine 3 m može se koristiti za formiranje kućišta pumpe za morsku vodu u jednom potezu, sa otpornošću na kavitaciju i koroziju u morskoj vodi.
4. Dvostruka spirala tehnološke evolucije
Inovacije materijala potiču i jednu i drugu dimenziju: u oblasti ploča od čistog titanijuma, široke titanijumske trake širine veće od 2000 mm se kontinuirano proizvode, a tehnologija topljenja u hladnom sloju elektronskim snopom smanjuje sadržaj nečistoća na nivo ppm; novi gradijentni kompozitni procesi su se pojavili u tehnologiji kompozitnih ploča, a snaga vezivanja interfejsa je povećana za 30% kroz dizajn nano-prijelaznog sloja. Sistem za praćenje na mreži integriše ultrazvučnu C-scan tehnologiju za postizanje 100% nedestruktivnog ispitivanja kompozitnog interfejsa.
Prilikom odabira inženjerskih modela, potrebno je pratiti standardne okvire ASTM B265 i ASME SB898 i donositi odluke u kombinaciji sa analizom troškova životnog ciklusa (LCCA). Trenutni podaci pokazuju da je tržišni udio kompozitnih titanijumskih ploča u posudama pod pritiskom dostigao 35%, dok čiste titanijumske ploče i dalje zadržavaju apsolutnu prednost od 95% u oblasti biomedicine. Ovaj komplementarni obrazac razvoja će nastaviti da promoviše dubinsku primenu titanijumskih materijala u oblasti vrhunske proizvodnje.
