科创中国
钛合金性能提升方法及装备升级
发布时间:
2023-11-10
截止日期:2023-11-28
价格 双方协商
地区： 湖南省 长沙市 岳麓区
需求方： 湖南***公司
行业领域
新材料技术
需求背景
钛合金是多种用钛与其他金属制成的合金金属，具有强度高、耐蚀性好、密度低、低温性能好，在低温和超低温下仍能保持其力学性能、生物相容性好等多种良好特殊性能，其在航空航天、海洋、汽车、装甲和生物医学设备中得到越来越多的应用。在海洋中钛合金已经被广泛应用在鱼雷、舰艇、舰船等制造中。主要用在鱼雷的弹体，潜艇的耐压壳体、推进器、管系、阀门以及声学装置等，舰船的泵、过滤器、管路、电器元件、紧固件等。钛合金在航空航天领域被广泛用于军机机身、航空发动机、飞机起落架等零部件且使用比例逐年增长，航空航天业发展重要指标 之一就是钛合金的用量。钛合金在汽车工业、医疗器械等领域也都有大量应用，如汽车的发动机气门、曲柄、连杆等，医疗器械中的人体关节替代以及手术器械。 尽管钛合金有很多特殊性能，但也存在一定的缺点，如其较差的摩擦学性能，不能满足强负荷下耐磨性，因而使其应用受到一定限制。面对深钻、深海的苛刻工 况以及复杂的腐蚀环境，对钛合金的强度、塑性、抗冲击、疲劳，特别是耐腐蚀性能提出了更高要求。钛在热力学上属于不稳定金属，表面易被氧化形成一层致密的 氧化膜，从而阻碍基体在腐蚀介质中发生溶解，并且在遭到破坏时，能够迅速修补形成新的保护层，大幅提高其自腐蚀电位，使其变得更加难以腐蚀。因此钛及钛合 金具有良好的耐腐蚀性能。但是，钛合金在较高温度的氯化物和还原性酸环境下容易发生缝隙腐蚀、应力腐蚀、氢脆和电偶腐蚀等，所以从20世纪50年代开始，美、俄等国就对耐蚀钛合金展开了研究。
需解决的主要技术难题
1、激光表面改性可以提高钛合金表面耐磨性，但其还有很多需要改善的方面，如加工成本降低、环保性提升以及激光加工参数优化，应加强数值模拟分析和梯度功能涂层的研究。
2、由于钛金属具有高化学活性，容易被其他元素污染，因此钛合金的加工和制造工艺非常高，同时加工出的高性能产品需要和综合考虑其力学、物理、化学、工艺性能，现有的钛合金在600℃以上，蠕变抗力和高温抗氧化性的急剧下降是限制钛合金扩大应用的两大主要障碍。
3、钛合金的导热系数小，因此在加工钛合金时切削温度很高，在相同条件下，加工TC4的切削温度比45号钢高出一倍以上，加工时产生的热量很难通过工件释放；钛合金的比热小，加工时局部温度上升快。因此，造成刀具的温度很高，刀尖急剧磨损，使用寿命降低，因此对生产设备的散热设计成为难题。
期望实现的主要技术目标
1、重熔层厚度:不小于 300m，厚度均匀，无裂纹、疏松等缺陷;
2、相粒径:不大于3m，近球形，均匀致密；
3、电子束流强:流强***~15mA、精度***;
4、电子束焦斑:<=***;
5、聚焦电流 :0~3000mA 连续可调,稳定度 :***%(3000mA)；
6、加工测试腔:600mm*600mm*700mm，焊接工件出离束流出口端150~500mm可调，工件X、Y轴的移动范围±200mm。
需求解析
解析单位：“科创中国”绿色建材产业科技服务团（中国空间科学学会） 解析时间：2023-11-13
陈雪
桂林电子科技大学
副教授
综合评价
1、利用剧烈塑性变形技术(SPD)，在不改变合金成分的前提下，通过施加较大的应力，累积大量应变来细化材料晶粒尺寸，得到组织均匀、具有高强度及优异综合力学性能的超细晶/纳米结构材料，能够有效提高钛合金的强度和耐腐蚀性。
2、钛合金的导热系数小，在加工钛合金时切削温度很高，在相同条件下，加工TC4的切削温度比45号钢高出一倍以上，造成刀具的温度很高，刀尖急剧磨损，使用寿命降低，合理的散热方式能够有效降低生产成本。
3、相较于高强钛合金、高温钛合金、损伤容限钛合金等的高速发展，我国在耐蚀钛合金领域的研究和开发相对滞后。随着我国深钻、深海等领域的开发，面对复杂苛刻的腐蚀环境，耐蚀钛合金的研发越来越迫切。
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