سبائك تيتانيوم عالية النقاء من الدرجة الثانية لتصنيع القوالب والصناعات الفضائية

سبيكة التيتانيوم هي كتلة معدنية أولية تتشكل عن طريق صهر التيتانيوم الإسفنجي (أو التيتانيوم الإسفنجي مع عناصر السبائك). وهي المنتج الأساسي للتيتانيوم وسبائكه، وتتميز عادةً ببريق معدني أبيض فضي.

1. عن طريق التأليف:

سبائك التيتانيوم النقية الصناعية: تتجاوز نقاوتها عادةً 99.8%. تُستخدم كمادة خام لإنتاج سبائك التيتانيوم.

سبيكة التيتانيوم: تُنتج عن طريق خلط التيتانيوم النقي صناعيًا مع عناصر معدنية أخرى. تُصنف بناءً على عناصر السبائك إلى:

سبيكة تيتانيوم من النوع ألفا (α)

سبيكة تيتانيوم من النوع بيتا (β)

سبيكة تيتانيوم من نوع ألفا-بيتا (α+β)

سبيكة التيتانيوم الطبية: مصنوعة باستخدام تيتانيوم صناعي نقي عالي النقاء وعناصر سبائك طبية. مصممة خصيصًا لإنتاج الأدوات الطبية والغرسات.

2. حسب المواصفات: يشمل ذلك السبائك المربعة، والسبائك المستديرة، والسبائك المسطحة، وما إلى ذلك. وتلبي المواصفات المختلفة متطلبات المعالجة والتطبيق المتنوعة.

الخصائص الفيزيائية:

الكثافة: حوالي 4.5 جم/سم³. أخف من الفولاذ والنحاس والألومنيوم، وتتميز بقوة عالية وكثافة منخفضة.

قوة الشد: يمكن أن تصل إلى 686-1176 ميجا باسكال.

نقطة الانصهار: عالية، حوالي 1660 درجة مئوية.

الموصلية الحرارية: منخفضة، حوالي 1/5 من موصلية الفولاذ و 1/10 من موصلية الألومنيوم.

معامل التمدد الحراري: منخفض، حوالي نصف معامل التمدد الحراري للفولاذ.

الأداء في درجات الحرارة المنخفضة: ممتاز، ويحافظ على ليونة جيدة حتى في درجات حرارة النيتروجين السائل.

الخصائص الكيميائية:

يُظهر استقرارًا جيدًا في درجة حرارة الغرفة، ويقاوم التفاعل مع الأكسجين الجوي، والنيتروجين، وما إلى ذلك.

يتفاعل مع غازات مثل الأكسجين والنيتروجين والهيدروجين عند درجات حرارة مرتفعة.

مستقر نسبياً في الأحماض المؤكسدة والمحايدة والمختزلة الضعيفة.

يذوب بسرعة في الأحماض المختزلة القوية مثل حمض الهيدروفلوريك (HF).

في درجات الحرارة العالية، يُظهر انجذابًا قويًا لعناصر مثل الأكسجين والنيتروجين والكربون والهيدروجين.

1. تحضير المواد الخام:
المادة الخام الأساسية هي التيتانيوم الإسفنجي، والذي يتطلب عمومًا نقاءً يزيد عن 99%.
تُضاف السبائك الرئيسية (مثل Ti-V، Ti-Al-Mg، Ti-Mo-Cr) لضبط التركيب وتحسين البنية المجهرية.

2. الانصهار:
الأساليب الصناعية الأساسية:
صهر الأقطاب الكهربائية المستهلكة في الفراغ (VCE): يتم ضغط التيتانيوم الإسفنجي والحديد المتحول، وتجفيفهما، وتشكيلهما إلى قطب كهربائي باستخدام صفيحة من التيتانيوم وبوتقة من الجرافيت. ثم يُصهر القطب الكهربائي في فرن استهلاكي يعمل بالفراغ، وغالبًا ما يتضمن ذلك عدة عمليات صهر قبل صبه نهائيًا في قالب سبيكة.
الصهر في الموقد البارد: تُصهر المواد الخام في موقد نحاسي مُبرد بالماء باستخدام مصادر حرارة عالية (شعاع إلكتروني أو قوس بلازما). يتصلب المصهور في الموقد/البوتقة. تُزيل هذه العملية بفعالية طور ألفا الصلب والشوائب عالية الكثافة، مما يجعلها الطريقة المُفضلة لإنتاج التيتانيوم "النظيف" المستخدم في صناعة الطيران.

3. التحسين:
ولزيادة تقليل محتوى الشوائب، وتحسين تجانس السبيكة، وتعزيز الخصائص العامة للمواد، تخضع سبائك التيتانيوم في كثير من الأحيان لعملية التكرير.
طرق التكرير الأساسية: التكرير باستخدام شعاع الإلكترون في الموقد البارد (EBCHR)، وإعادة الصهر بالقوس الفراغي (VAR).

الفضاء الجوي: أحد أكثر المواد المعدنية استخداماً على نطاق واسع.

هياكل الطائرات: تستخدم المكونات الرئيسية مثل الأجنحة وهياكل الطائرات وعجلات الهبوط كثافتها المنخفضة وقوتها العالية لتقليل الوزن وتحسين كفاءة استهلاك الوقود.

محركات الطائرات: مكونات مثل شفرات الضاغط والأقراص والهياكل، قادرة على تحمل سرعات دوران عالية ودرجات حرارة مرتفعة.

الأجهزة الطبية: يُقدّر هذا المنتج لتوافقه الحيوي الممتاز ومقاومته للتآكل. ويُستخدم في مفاصل الورك الاصطناعية، وصمامات القلب الاصطناعية، وزراعة الأسنان، وغيرها. وتضمن خصائصه الميكانيكية المواتية وتوافقه الحيوي آفاقًا واسعة في السوق.

الصناعات الكيميائية: تتيح مقاومة التآكل الاستثنائية استخدامًا واسعًا في معدات المعالجة الكيميائية والأنابيب والصمامات وما إلى ذلك. كما أنها تقاوم التآكل الناتج عن الأحماض والقلويات والأملاح المختلفة، مما يطيل عمر خدمة المعدات ويعزز كفاءة الإنتاج والسلامة.

بناء السفن: إن مقاومة التآكل في البيئات البحرية تجعلها مناسبة لهياكل السفن وأنظمة معالجة مياه البحر والمراوح وما إلى ذلك، مما يحسن من متانة السفن وموثوقيتها ويقلل من تكاليف الصيانة.

صناعة السيارات: يُستخدم في مكونات المحرك، وأنظمة التعليق، وأجزاء الهيكل الخارجي حيث تُعدّ القوة العالية والمتانة أمراً بالغ الأهمية. يُساهم في تقليل الوزن، وتحسين كفاءة استهلاك الوقود، وتعزيز أداء المركبة، وزيادة موثوقية المكونات وإطالة عمرها.