티타늄 합금의 새로운 용도

티타늄은 저밀도, 높은 비강도, 내열성, 내식성 등의 장점을 지닌 새로운 유형의 재료입니다. 무게는 철의 절반에 불과하지만 망치질, 인발 등 기계적 성질은 구리와 동일합니다. 일반적으로 온도가 낮을수록 금속의 내충격성은 감소하지만 티타늄은 그 반대이며 온도가 낮을수록 티타늄은 단단해지고 임계온도에 도달하면 초전도 현상이 발생합니다. 티타늄 합금과 티타늄은 우수한 기계적 성질과 강한 내식성 외에도 저밀도, 고강도 특성을 가지며 어느 정도 특성이 유사합니다. 또한, 열강도가 높아 알루미늄 합금에 비해 월등히 우수하고, 저온 및 초저온에서도 기계적 성질이 크게 변하지 않습니다.{4}}

티타늄의 제조방법

티타늄은 자연계에 비교적 풍부하지만 분산성과 추출이 어렵기 때문에 희귀한 금속이기도 합니다. 현재 티타늄의 제조는 열환원법과 용융염 전기분해법의 두 가지 범주로 나누어집니다.

1. 열환원법에 의한 티타늄의 제조

열환원법은 TiCl4, TiO2, K2TiF6 등의 티타늄 화합물로부터 Li, Na, Mg, Ca 등의 강한 환원제 및 이들의 수소화물을 이용하여 특정 온도에서 티타늄을 환원시키는 방법입니다. 다양한 티타늄 화합물에 따라 열 환원을 통해 티타늄을 제조하는 기술은 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다.

(1) Kroll법, Hunter법, Armstrong법, EMR법 등의 염화티탄의 산화환원법;

(2) OS법, PRP법, MHR법 등과 같은 산화티타늄의 산화환원법;

(3) 티타네이트의 산화환원법.

현재 Kroll과 Hunter 방법만이 산업 생산에 성공적으로 적용될 수 있습니다. 크롤법은 마그네슘 금속을 이용해 염화물 속의 티타늄을 대체하고, 헌터법은 나트륨 금속을 이용해 염화물 속의 티타늄을 대체한다. 또한 시카고 인터내셔널 티타늄 파우더 컴퍼니(Chicago International Titanium Powder Company)가 개발한 암스트롱(Armstrong) 방식은 환원제인 나트륨을 사용해 티타늄 금속을 정제하는 헌터(Hunter) 방식과 유사하다. 미국에서는 공장의 사전 생산에 이 방법을 사용하기 시작했습니다.-

2. 용융염 전기분해를 통해 티타늄을 제조합니다.

1959년에 Kroll은 용융염 전기분해가 향후 5~10년 내에 티타늄 생산의 주류 방법으로 Kroll을 대체할 것이라고 예측했습니다. 수년에 걸쳐 국내외 과학 연구 기관과 실험실에서는 용융 염 전기 분해를 통해 티타늄을 제조하는 12개 이상의 신기술을 개발했으며 이는 원료에 따라 다음 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다.

(1) 티타네이트의 전기분해 방법;

(2) 염화티타늄의 전기분해법;

(3) FFC 캠브리지법, MER법, USTB법, QIT법, SOM법, 이온액체 전기분해법 등을 포함하는 산화티타늄의 전기분해법.

티타늄의 새로운 용도

20세기 40년대부터 티타늄의 용도는 급속히 발전하여 항공기, 로켓, 미사일, 인공위성, 우주선, 선박, 군수산업, 의료 및 석유화학 산업에 널리 사용되었습니다. 최근 연구에 따르면 인체에는 식세포를 자극하고 면역력을 강화할 수 있는 티타늄이 일정량 포함되어 있는 것으로 밝혀져 많은 실험실에서 바이오티타늄의 개발 및 응용에 전념하고 있습니다.

티타늄 합금의 제조방법

티타늄 합금의 전통적인 가공은 일반적으로 용융 및 주조 기술을 채택하며 최신 가공 기술은 다음과 같은 유형으로 나뉩니다.

준-넷 성형 기술;

와이어 마찰 용접 기술;

초소성 성형 기술;

Near-net 성형 기술에는 레이저 성형, 정밀 주조, 정밀 금형 단조, 분말 야금, 제트 성형 및 기타 방법이 포함됩니다. 분말야금은 티타늄 분말 또는 티타늄 합금 분말을 원료로 사용하여 성형, 소결한 후 티타늄 부품을 제조하는 새로운 공정입니다. 첫 번째는 분말을 생산하는 방법으로 일반적으로 기계적 합금화 방법을 사용하며 볼밀을 사용하여 원료에 강한 충격을 가하고 분쇄하고 교반합니다. 분말을 형성한 합금은 두 가지 압축 방법, 즉 압력 성형과 무압력 성형으로 압축됩니다. 이 단계의 목적은 배아의 모양과 크기를 일정하게 만들어 일정한 밀도와 강도를 갖도록 만드는 것입니다. 이후, 완성된 블랭크 소재를 방전 플라즈마 소결하고, 상부 및 하부 다이 펀칭 및 통전 전극을 이용하여 소결된 분말에 특정 소결 전원 및 가압 압력을 가하고, 방전 활성화, 열가소성 변형 및 냉각을 거쳐 고성능 티타늄 소재를 제조한다. 그런 다음 플라즈마 소결을 거친 티타늄 합금을 후속 처리(보통 열처리 또는 소성 가공)합니다.

티타늄 합금의 새로운 용도

티타늄 합금은 초기에는 항공우주 분야에서 널리 사용되었으며 주로 항공기 엔진이나 공압 부품을 만드는 데 사용되었습니다. 이후 지속적인 기술 발전으로 티타늄 합금은 일반 사람들의 삶에 들어왔고, 티타늄 합금은 공장이나 가정용 기기에서도 찾아볼 수 있습니다. 현재 국가와 기관은 저비용, 고성능 특성을 갖기 위해 새로운 티타늄 합금을 개발하기 위해 경쟁하고 있으며 최근 몇 년간 새로운 티타늄 합금 개발은 주로 다음 5가지 측면에 집중되어 있습니다.

1. 의료용 티타늄 합금

티타늄 합금은 밀도가 낮고 생체 적합성이 우수하여 이상적인 의료 소재이며 인체에 이식할 수도 있습니다. 그러나 최근 일본 학자들이 생체 적합성이 우수한 새로운 유형의 티타늄 합금을 개발했지만, 현재 이 합금은 대량 생산되지 않았으며-가까운 미래에는 이러한 고품질 합금이 일상 생활에서 널리 사용될 수 있을 것으로 믿어집니다.-

2. 난연성 티타늄 합금

특정 압력, 온도 및 공기 흐름 속도에서 연소에 저항할 수 있는 티타늄{0}} 기반 합금은 티타늄 저항기입니다. 미국, 러시아, 중국은 새로운 저항성 티타늄 합금을 연속적으로 개발했으며 그 중 미국은 이러한 저항성 티타늄 합금을 엔진에 적용했습니다. 왜냐하면 이러한 티타늄 합금은 연소에 둔감하므로 엔진의 안정성을 크게 향상시킬 수 있기 때문입니다.

3. 고강도, 고인성 타입

-타입 티타늄 합금은 강도가 높고 용접성이 좋으며 냉간 및 열간 가공 성능이 뛰어난 특성을 가지고 있습니다. 연구원들은 이 법칙을 사용하여 우수한 영적 열 가공 성능, 우수한 가소성 및 우수한 용접 성능이라는 명백한 특성을 가진 - 유형 티타늄 합금을 준비했습니다. 그리고 용체화-시효 처리 후에 기계적 성질이 크게 향상됩니다. 현재 일본과 러시아는 이러한 티타늄 합금을 준비했습니다.

4. 티타늄-알루미늄 화합물

일반 티타늄 합금과 비교하여 티타늄 알루미늄 화합물은 우수한 고온 성능, 우수한 내산화성 및 크리프 저항성을 가지며 일반 티타늄 합금보다 밀도가 낮습니다. 이러한 우수한 특성은 티타늄-알루미늄 화합물의 새로운 합금 붐을 일으킬 운명입니다. 현재 미국은 이 새로운 티타늄-알루미늄 복합 합금을 합성하여 대량 생산하고 있습니다.

5. 고온-티타늄 합금

섬유 또는 입자{0}}강화 복합재를 사용하여 급속 응고 방법과 분말 야금 방법을 결합하여 제조된 티타늄 합금은 우수한 고온 기계적 특성을 가지고 있습니다.- 고온-티타늄 합금의 사용 온도 한계는 일반 티타늄 합금의 사용 온도 한계보다 훨씬 높습니다. 현재 새로운 고온-티타늄 합금이 미국에서 준비되었습니다.

6. 티타늄-니켈 합금

티타늄과 니켈로 이루어진 합금을 '기억합금'이라 부르는데, 일정한 형상으로 만든 뒤, 외력에 의해 변형되면 약간의 열을 가하면 원래의 모습을 복원하는 형태로 만들어진다. 이 합금은 계측, 전자 기기 등 다양한 분야에 사용될 수 있습니다.