凝胶注模成形钛合金技术

【技术转让请联系王经理,电话:18500229615 或 QQ:494139825】

  项目简介

  随着制造业的不断发展,对复杂形状大尺寸零部件的需求不断提升,寻求大尺寸零件的低成本制备工艺一直是制造业的重点方向。凝胶注模成形是近年开发的一种近净成形新技术,利用该技术制备的产品性能能够与其它各项技术媲美,成本又能为基础工业领域所接受,具有可观的推广应用前景。

  凝胶注模成形由美国橡树岭国家实验室发明,该技术的提出是为了解决大尺寸复杂形状零部件的成形问题。凝胶注模成形技术是建立在传统成形技术和高分子化学理论的基础之上,其核心是使用有机单体溶液,该溶液能聚合成为高强度的、横向连接的聚合物——溶剂的凝胶。因其具有设备简单、成形坯体组份均匀、密度均匀、缺陷少、不需脱脂、不易变形、易成形复杂形状大尺寸零件及使用性很强等突出优点,受到国内外的极大重视。在航空、航天、军工、采矿、机械、汽车等领域中,一些关键零部件的制备在成本或性能方面存在问题,凝胶注模成形技术可为这些领域提供了经济、适用的解决方案。

  钛及其合金具有重量轻、强度高、耐热性强、耐腐蚀等许多特性,被誉为“未来金属”,是具有发展前途的新型结构材料。目前,钛合金由于生产成本较高主要应用在航空航天等领域,而钛合金在汽车、能源、医疗、日用等领域的应用潜力是巨大的,若将其大范围应用于上述领域,将促进各行业向更高的水平发展,因此寻求钛合金的低成本制备工艺成为钛产业的一大方向。钛产业的这一技术需求正好与凝胶注模成形相符,若将该技术应用于钛合金领域,将能够使一些关键零部件的性价比大幅提高,一方面减少原材料消耗、降低相关产业生产成本,另一方面提高机械装备能力,提高产品质量。因此应抓住这一契机,开展钛的凝胶注模成形产业化项目。

  基本工艺

  凝胶注模成形钛制品的工艺流程

  凝胶注模成形的基本工艺如上图所示,具体步骤为:

  1. 将溶剂、单体、交联剂、分散剂、金属粉末混合,配制成高固相含量、低粘度的浆料;
  2. 在浆料中加入引发剂、催化剂、消泡剂,注入模具;
  3. 浆料固化后脱模,经真空干燥获得坯体;
  4. 将坯体在真空环境中烧结即得钛合金产品。

  技术特点

  凝胶注模成形技术具有以下特点:

  1. 易成形复杂形状、大尺寸零件;
  2. 成形坯体组份均匀、密度均匀、缺陷少、强度高;
  3. 坯体有机物含量少,不需专门的脱脂工序;
  4. 模具成本低廉、易产业化。

  技术成果主要应用的行业和领域

  钛及其合金具有重量轻、强度高、耐热性强、耐腐蚀等许多特性,被誉为“未来金属”,是具有发展前途的新型结构材料。钛及其合金不仅在航空、宇宙航行工业中有着十分重要的应用,而且已经开始在化工、石油、轻工、冶金、发电、汽车等许多工业部门中广泛应用。

  1)钛在航空工业中的应用

  钛及其合金具有强度大、重量轻、耐热性强的综合优良性能,在飞机制造中用它来代替其它金属时,不仅可延长飞机的使用寿命,而且可以减轻其重量,从而大大提高其飞行性能。所以,钛是航空工业和宇宙航空工业中最有前途的结构材料之一。钛及其合金在航空工业中主要用于制造飞机发动机和机身。钛及其合金还具有良好的耐低温性能,即使在-250℃的超低温下,它仍具有较高的冲击强度,可耐高压抗震动。因此,钛及其合金在火箭、导弹和宇宙飞船上不仅用于制造发动机外壳和结构部件,而且用于制造高压容器,如高压气瓶、低温液态燃料箱等。

  2)钛在化学工业的应用

  钛的另一个显著特点是耐腐蚀性强,这是由于它对氧的亲合力特别大,能在其表面上生成一层致密的氧化膜,可保护钛不受介质腐蚀。金属钛在大多数水溶液中,都能在表面生成钝化氧化膜。因此,钛在酸性、碱性、中性盐水溶液中和氧化性介质中具有很好的稳定性,比现有的不锈钢和其它有色金属的耐腐蚀性都好,甚至可与铂比美。例如,在氯碱工业中使用钛金属阳极和钛制湿氯气冷却器,收到很好的经济效果,被誉为氯碱工业中的一大革命。

  3)钛在石油工业的应用

  钛在有机化合物中,除了温度较高下的五种有机酸(甲酸、乙酸、草酸、三氯乙酸和三氟乙酸)外,都具有非常好的稳定性。因此,钛是石油炼制和石油化工中优良的结构材料,可以用来制作各种热交换器、反应器、高压容器和蒸馏塔等。

  4)海水淡化和造船工业

  钛抗海水腐蚀的能力比其它所有金属都好,无论是在静止的或高速流动的海水中钛都具有特殊的稳定性。因此,钛是海水淡化装置的理想材料。钛在这个领域的应用数量将越来越大。钛抗海水和海洋空气腐蚀能力很强,而且强度大,重量轻,是造船工业的理想结构材料,已广泛应用在各种舰艇、深水潜艇的许多部件中。

  5)电力工业

  钛在含有氯化物、硫化物等许多腐蚀性较强的热水中具有较好的稳定性,因此钛已经大量在火力发电厂中用作热交换器的冷却管。用薄壁钛管取代铜镍合金管后,不仅大大提高了使用寿命,而且大大减少了检修时间,经济效果十分显著。

  6)汽车行业

  汽车使用钛的优点在于:动力传输效果或重量减轻对燃料的节省、发动机的噪音与振动的减少及部件载荷的减轻,可提高车的持久性。轿车部件中可用钛作阀类、连接轴、阀弹簧与其它支撑用具。发动机以外的钛用途:车底盘使用钛可减轻车重,节省燃料,最引人注目的部件是悬簧、排气装置、曲轴以及其它紧固件。

  正是由于钛集众多优异性能于一身,各行业都对钛制品表现出极大的需求,且这种需求随着其行业的发展越来越旺盛,因此,发展凝胶注模成形钛制品,不仅能拉动钛行业本身的发展,对其它涉及国计民生行业的进步也起着至关重要的作用。