การเตรียมการประมวลผลและการประยุกต์ใช้คอมโพสิตเมทริกซ์ไทเทเนียมที่ทนต่อการกัดกร่อน

เป็นที่รู้จักในนาม "โลหะทันสมัย" และ "อวกาศโลหะ", ไทเทเนียมและโลหะผสมไทเทเนียมมีลักษณะของความหนาแน่นต่ำความแข็งแรงเฉพาะสูงความต้านทานการกัดกร่อนและคุณสมบัติเชิงกลอุณหภูมิสูงที่ยอดเยี่ยมและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นในการบินและอวกาศอุตสาหกรรมเคมี วิศวกรรมทางทะเล, ชีวการแพทย์และสาขาอื่น ๆ โลหะผสมไทเทเนียมได้สร้างความก้าวหน้ามากมายในช่วงหลายทศวรรษของการพัฒนา วิธีการผสมมีการปรับปรุงประสิทธิภาพของการตีพิมพ์อัลลอยไทเทเนียมอย่างมีนัยสำคัญและอุณหภูมิการบริการเพิ่มขึ้นจาก 350 ℃เป็น 600 ℃ แต่ก็ไม่สามารถผ่านคอขวด 600 ℃ในช่วง 30 ปีที่ผ่านมา ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของไทเทเนียมในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศอากาศยานความเร็วสูงพิเศษจำเป็นต้องทำงานในอุณหภูมิสูงเป็นพิเศษความเครียดสูงการสึกหรอที่แข็งแกร่งและสภาวะสุดขั้วอื่น ๆ คุณสมบัติอื่น ๆ ของวัสดุที่ใช้ไทเทเนียม หนึ่งในวิธีที่มีประสิทธิภาพในการบรรลุประสิทธิภาพสูงของโลหะผสมไทเทเนียมคือการแนะนำเฟสการเสริมแรงแบบหลายมิติหรือ//อนุภาคเซรามิกเสริมแรงและควบคุมการจัดเรียงเชิงพื้นที่ที่สั่ง วัสดุที่ได้รับเป็นที่รู้จักกันในชื่อคอมโพสิตเมทริกซ์ไทเทเนียม (TMCs) ในหมู่พวกเขา TMCs ประเภทนี้กับ IMI834, TI1100, BT36, TI60, TI600, TI65 และอื่น ๆ TMCs ต้านทาน (HRTMCS) TIB, TIC, TI5SI3 และออกไซด์ของหายาก Earth (เช่น LA2O3) เป็นขั้นตอนการเสริมแรงเซรามิกที่ใช้กันมากที่สุดใน TMCs ซึ่งมักเกิดจากการสร้าง autogenesis ในแหล่งกำเนิดระหว่างเมทริกซ์ไทเทเนียมและสารตั้งต้นเช่น B, TIB2, C, B4C, SI, SI, SI และ LAB6 ในระหว่างกระบวนการเตรียมการ ด้วยวิธีการออกแบบองค์ประกอบที่ยืดหยุ่นการกระจายที่ประณีตการเพิ่มประสิทธิภาพเชิงโครงสร้างและการควบคุมเครื่องตัดเฉือนที่หลากหลาย TMCs สามารถตระหนักถึงการมีเพศสัมพันธ์ร่วมกันระหว่างโลหะผสมไทเทเนียมแบบเหนียวและความแข็งสูงและร่างกายเสริมแรงสูง ความต้านทาน. อุณหภูมิการใช้งานของ HRTMCs เพิ่มขึ้น 50 ~ 200 ℃เมื่อเทียบกับโลหะผสมไทเทเนียมแบบดั้งเดิมและคาดว่าจะแทนที่ superalloy ดั้งเดิมบางส่วนในสภาพแวดล้อมการใช้งาน 550 ~ 800 ℃เพื่อให้ลดน้ำหนักได้อย่างมาก HRTMCS มีโอกาสในการใช้งานที่กว้างขวางและศักยภาพในการพัฒนาในการบินและอวกาศและสาขาอื่น ๆ ดังนั้นจึงมีความกังวลอย่างกว้างขวาง

ด้วยอุณหภูมิที่สูงขึ้นสูงกว่า 600 ℃ความแข็งแรงของขอบเขตของเมล็ดที่ลดลงอย่างมีนัยสำคัญได้กลายเป็นหนึ่งในอุปสรรคในการปรับปรุงความต้านทานความร้อนของ TMC แม้ว่าการเสริมแรงระดับเดียวสามารถปรับปรุงความแข็งแรงของขอบเขตของเมล็ด แต่มันจะทำให้เกิดความเปราะบางมากขึ้นที่อุณหภูมิห้อง การเสริมแรงแบบหลายองค์ประกอบและหลายระดับสามารถเสริมสร้างขอบเขตของเมล็ดข้าวได้อย่างมีประสิทธิภาพในขณะที่บรรเทาการลดลงของพลาสติก ด้วยความเข้าใจในเชิงลึกมากขึ้นของการกำหนดค่าคอมโพสิตที่ดีในวัสดุโครงสร้างทางชีวภาพความสนใจมากขึ้นได้รับการจ่ายให้กับผลของการกำหนดค่าคอมโพสิต "ไม่สม่ำเสมอ" ต่อการเสริมสร้างความเข้มแข็งและความแข็งแกร่งของคอมโพสิตเมทริกซ์โลหะ การกำหนดค่าคอมโพสิตนั้นเอื้อต่อการใช้ความเป็นอิสระของการออกแบบคอมโพสิตและเอฟเฟกต์ร่วมกันระหว่างส่วนประกอบที่แตกต่างกันเพื่อสำรวจศักยภาพของความต้านทานความร้อนของ TMC นอกจากนี้การแนะนำขั้นตอนการเสริมแรงเซรามิกช่วยลดประสิทธิภาพการประมวลผลความร้อนของ TMCs ดังนั้นเทคโนโลยีการเสียรูปแบบความร้อนแบบดั้งเดิมในการประมวลผล TMCs ผลผลิตและเสถียรภาพของผลิตภัณฑ์จึงไม่เหมาะ ส่วนประกอบที่เกิดขึ้นจากเทคโนโลยีการขึ้นรูปสุทธิเช่นการตีอุณหภูมิความร้อนการหล่อความแม่นยำและการผลิตสารเติมแต่งไม่จำเป็นต้องดำเนินการหรือต้องการการประมวลผลเพียงเล็กน้อยซึ่งไม่เพียง แต่สามารถปรับปรุงอัตราการใช้วัตถุดิบ แต่ยังแก้ปัญหาการขึ้นรูป ปัญหาของส่วนประกอบที่ซับซ้อนเพื่อให้พวกเขามีโอกาสในการใช้งานในวงกว้างและดึงดูดความสนใจ

ทฤษฎีการออกแบบวัสดุใหม่เช่นการเสริมสร้างความเข้มแข็งร่วมกันของ Micro-Nano และการออกแบบการกำหนดค่าคอมโพสิตให้แนวคิดการวิจัยใหม่สำหรับการปรับปรุงคุณสมบัติที่ครอบคลุมของ HRTMCs เทคโนโลยีที่เป็นผู้ใหญ่มากขึ้นเรื่อย ๆ ใกล้กับการขึ้นรูป Net เป็นวิธีการทางเทคนิคใหม่ในการแก้ปัญหาที่ยากลำบากของการขึ้นรูปส่วนประกอบ HRTMCS อย่างมีประสิทธิภาพ ในบทความนี้ความคืบหน้าการวิจัยและตัวอย่างแอปพลิเคชันของ HRTMCs ได้รับการตรวจสอบจากแง่มุมของการออกแบบการกำหนดค่าคอมโพสิตและการเตรียมการใกล้กับเทคโนโลยีการประมวลผลการขึ้นรูปสุทธิและคุณสมบัติเชิงกลอุณหภูมิสูงและปัญหาที่มีอยู่จุดพัฒนาที่สำคัญและทิศทางการพัฒนาในอนาคตของ HRTMCs เสนอ

หลังจากหลายปีของการวิจัยความคืบหน้าอย่างมากได้เกิดขึ้นในการออกแบบการเตรียมการและการประมวลผลของ TMCs ผ่านกฎระเบียบที่เป็นระเบียบของพารามิเตอร์โครงสร้างเช่นขนาดประเภทและลักษณะการกระจายของขั้นตอนการเสริมแรงและโครงสร้างเมทริกซ์คุณสมบัติที่ครอบคลุมของวัสดุได้รับการปรับปรุงและปัญหาสำคัญของการเตรียม TMCs และการขึ้นรูปส่วนประกอบได้รับการแก้ไขแล้ว และพวกเขาได้ถูกนำไปใช้ในบางสาขาที่สำคัญ มันสร้างประโยชน์ทางสังคมและเศรษฐกิจที่ดี เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพที่ครอบคลุมของ HRTMCs ส่งเสริมการพัฒนาเทคโนโลยีการประมวลผลขั้นสูงสำหรับวัสดุคอมโพสิตและยังคงขยายการสำรวจแอปพลิเคชันของวัสดุในการบินและอวกาศปิโตรเลียมอุตสาหกรรมเคมีเรือและสาขาอื่น ๆ สี่ทิศทางต่อไปนี้ในอนาคต

(1) TMCs ขนาดใหญ่หล่อแท่งแท่งหรือการเตรียมแท่งโลหะโลหะผง, ท่อ, ก้าน, การผลิตอุตสาหกรรมแผ่น ส่วนประกอบขนาดใหญ่จำเป็นต้องเตรียมข้อกำหนดขนาดใหญ่ขึ้นของ Titanium Matrix Composite Composite ingot หรือ Billet โลหะผงวิธีการเตรียมองค์ประกอบที่สม่ำเสมอความสอดคล้องที่ดีไม่มีข้อบกพร่องและคุณภาพที่มั่นคงของแท่งโลหะ -Scale แอปพลิเคชันของ TMCS บนพื้นฐานนี้การผลิตหลอด TMCs แท่งและแผ่นจะรับรู้โดยใช้อุปกรณ์อุตสาหกรรม

(2) การมีเพศสัมพันธ์แบบไมโคร-นาโนและการกำหนดค่า ความแข็งแรงของขอบเขตของเมล็ดลดลงอย่างมีนัยสำคัญที่อุณหภูมิสูง การเสริมสร้างขอบเขตของเมล็ดข้าวเป็นกุญแจสำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพอุณหภูมิสูงของ HRTMCs ในอนาคต ประสิทธิภาพที่อุณหภูมิสูงของ HRTMCs สามารถปรับปรุงได้อย่างมีนัยสำคัญโดยการเสริมสร้างความเข้มแข็งและการกำหนดค่า micro/nano ดังนั้นการรวมกันของการเสริมสร้างความเข้มแข็งของไมโครและนาโนและการเสริมสร้างการกำหนดค่าจึงคาดว่าจะปรับปรุงประสิทธิภาพที่อุณหภูมิสูงของ TMC โดยการเพิ่มประสิทธิภาพประเภทเนื้อหาขนาดและการกระจายเชิงพื้นที่ของการเสริมแรงในวัสดุคอมโพสิตการกระจายโครงสร้างหลายโครงสร้างของการเสริมแรงแบบหลายองค์ประกอบและการเสริมแรงหลายระดับซึ่งกลายเป็นวิธีใหม่ในการทำลายคอขวดของความต้านทานความร้อนของ TMC

(3) พัฒนาเทคโนโลยีการประมวลผลขั้นสูงใกล้กับการขึ้นรูป การผลิตสารเติมแต่งการหล่อที่แม่นยำและการขึ้นรูป isothermal superplastic เป็นเทคโนโลยีการขึ้นรูปสุทธิสามชนิดซึ่งเป็นความก้าวหน้าที่สำคัญในการแก้ปัญหาการสร้างส่วนประกอบที่ซับซ้อนของ HRTMCS ในแง่ของการผลิตสารเติมแต่งผงคอมโพสิตมีข้อได้เปรียบ แต่กำเนิดและการพัฒนาเส้นทางการเตรียมกระบวนการสั้น ๆ แบบผสมผงใหม่เพื่อลดต้นทุนการผลิตและทำให้วงจรกระบวนการสั้นลงมีประโยชน์ในการส่งเสริมการพัฒนาเทคโนโลยีสารเติมแต่ง HRTMCS ในแง่ของการหล่อที่แม่นยำมีความจำเป็นที่จะต้องเพิ่มประสิทธิภาพองค์ประกอบของโลหะผสมเมทริกซ์และประเภทและเนื้อหาของการเสริมแรงและจำลองกระบวนการหล่อความแม่นยำ TMCS เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพแบบจำลองการหล่อและกระบวนการเพื่อลดข้อบกพร่องในการหล่อปรับปรุงความลื่นไหล และปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลของการหล่อ ในแง่ของการขึ้นรูป isothermal superplastic มีความจำเป็นที่จะต้องดำเนินการวิจัยเชิงลึกเกี่ยวกับกระบวนการและกลไกการขึ้นรูป HRTMCS และกลไกและสำรวจอิทธิพลของการเสริมแรงหลายระดับและการกระจายการกำหนดค่าของกลไกการเสียรูปแบบ superplastic ของโครงสร้างเมทริกซ์และรักษาการกระจายการกำหนดค่าของการเสริมแรงและออกแรงเพิ่มข้อดีในการเตรียมเสถียรภาพของส่วนประกอบที่ซับซ้อนขนาดใหญ่

(4) ปรับปรุงการพัฒนาข้อมูลประสิทธิภาพที่ครอบคลุมและเทคโนโลยีการตรวจจับที่เกี่ยวข้อง นอกเหนือจากความทนทานของอุณหภูมิห้องที่ดีและความแข็งแรงของอุณหภูมิสูงที่ยอดเยี่ยม HRTMCs ยังให้ความสนใจกับคุณสมบัติการคืบมากขึ้นความทนทานของการแตกหักและความเหนื่อยล้าซึ่งเป็นตัวชี้วัดสำคัญที่ต้องพิจารณาเมื่อใช้ TMCs ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงเช่นการบินและอวกาศ ผลกระทบของการเสริมแรงการกระจายการกำหนดค่าที่สอดคล้องกันและพารามิเตอร์การเสียรูปที่มีต่อคุณสมบัติที่ครอบคลุมควรได้รับการพิจารณาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบการเตรียมและการประมวลผลของวัสดุคอมโพสิต ในขณะเดียวกันก็จำเป็นที่จะต้องแก้ปัญหาสำคัญเช่นการตรวจจับคอมโพสิตเมทริกซ์ไทเทเนียมและการทดสอบแบบไม่ทำลายซึ่งมีความสำคัญอย่างมีนัยสำคัญในการเร่งการประยุกต์ใช้ HRTMCs