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國內外鈦冶金技術(shù)發(fā)展


鈦及鈦合金所具有的優(yōu)異性能使其在航空、航天、船舶、石油、化工、生物醫學(xué)、冶金、體育休閑等領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應用。雖然鈦的工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展至今才有半個(gè)世紀的歷史,由于受航空業(yè)和世界經(jīng)濟危機的影響,鈦工業(yè)也產(chǎn)生過(guò)較大波動(dòng),但其發(fā)展速度仍然超過(guò)了其他有色金屬。


目前,在鈦工業(yè)生產(chǎn)中,克勞爾方法仍然是不可替代的鈦冶金技術(shù),經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,克勞爾法向大型化、連續化、自動(dòng)化方面發(fā)展,國際上使用其生產(chǎn)鈦金屬回收率已可達95%以上。


從20世紀50年代開(kāi)始,人們除了推進(jìn)原有海綿鈦技術(shù)的不斷完善和進(jìn)步,也一直致力于新興的鈦冶金技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā),以尋求更低成本、更高效率的鈦制備方法。


FFC劍橋工藝由英國劍橋大學(xué)Fray及其合作者于2000年開(kāi)發(fā),采用電化學(xué)方法還原TiO2制備金屬鈦,引起了廣泛關(guān)注,并將鈦冶金工藝的研究又帶入一個(gè)新高潮。具有這項工藝的知識產(chǎn)權和工業(yè)開(kāi)發(fā)探索權的Metalysis公司,為實(shí)現鈦粉末生產(chǎn)商業(yè)化制定了O2M (Oxide to Metal)計劃,建立具備熱鹽控制系統的半連續實(shí)驗廠(chǎng),目標每年生產(chǎn)100 t鈦粉末,以實(shí)現FFC劍橋工藝商業(yè)規?;a(chǎn)。其首次開(kāi)發(fā)出的低成本的鈦金屬粉末已經(jīng)被用于3D打印汽車(chē)零部件。


在 FFC劍橋工藝的基礎上,日本 Suzuki和Ono教授2002年提出OS法,使用電解CaO-CaCl2熔鹽獲得的金屬鈣將TiO2還原,得到鈦粉。也可將TiO2、Al2O3和V2O5粉混合放置在陰極籃中,在CaO-CaCl2溶液中直接還原生產(chǎn)Ti-6Al-4V粉末。目前,此方法正處于工業(yè)化研究階段。


阿姆斯特朗工藝由美國國際鈦粉末公司(International Titanium Powder,ITP)開(kāi)發(fā),也稱(chēng)為ITP工藝。其是以TiCl4為原料,使用金屬熱還原法制備鈦粉的一種方法。它通過(guò)改進(jìn)傳統鈉還原法(Hunter法),實(shí)現連續化生產(chǎn),成為國內外具有商業(yè)化前途的生產(chǎn)鈦粉方法之一。國際鈦粉末公司已經(jīng)建立具有初始生產(chǎn)能力為907000kg/a的試驗工廠(chǎng)。


MER工藝是能夠連續操作中制備鈦和鈦合金粉末的工藝,由美國 MER公司開(kāi)發(fā)。在美國國防高級研究計劃局(DARPA)的支持下,MER公司在規?;滦碗娊膺^(guò)程制造商業(yè)純鈦和鈦合金方面取得很大進(jìn)步。

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