發(fā)布時(shí)間： 2021-12-16 點(diǎn)擊次數(shù)： 1366次
鈦絲滲碳表面處理
鈦絲同碳形成一種較高硬度的穩(wěn)定碳化物。在鈦和碳之間的碳化層的增長由碳化層中鈦的擴(kuò)散速度來決定。
碳在鈦中的溶解度小，于850X:時(shí)總計(jì)為0.3%,而在600C時(shí)大約降到0.1%B由于碳在鈦中的溶解度小，所以基本上只有通過碳化鈦層及其下邊扠域的沉積層來達(dá)到表面硬化的目的。必須在脫除氧的條件下進(jìn)行滲碳，因?yàn)檫m用于鋼常用滲碳的粉末對(duì)著一氧化碳或含氧的一氧化碳表面而形成的表面層硬度達(dá)到2700MPa及8500MPa,并目.很容易剝落。
與此相比，在脫氧或脫碳條件下，于木炭中滲碳時(shí)可能形成一層薄的碳化鈦層。這層的硬度為32OUOMPa,符合于碳化鈦的硬度。滲碳層的深度大致大于在同等條件下用氮滲氮時(shí)滲氮層的深度。在氧富集的條件下必須考慮到氧的吸收影響硬化深度。只有在很薄的層厚條件下，于真空中或氬-甲烷氣氛中滲人碳粉才可能形成足夠的粘附強(qiáng)度與此相比，采用氣體滲碳劑可能形成特別硬而粘結(jié)性良好的碳化鈦硬化層。同時(shí)在950T:和10201:之間溫度的條件下形成的硬化展在50fim和之間。隨著層厚的增加，碳化鈦層變得比較脆，并且趨向于剝落t為了避免由于芮烷分解而使碳的夾雜物侵人碳化鈦層，應(yīng)采用大約體積分?jǐn)?shù)為2%芮烷的規(guī)定劑量添加劑在惰性氣體中進(jìn)行氣體滲碳。當(dāng)采用丙烷添加劑而利用甲烷滲碳的時(shí)候就形成較低的表面硬度。當(dāng)粘合伍力達(dá)到卯OkPa條件下在采用氣體滲碳的丙烷時(shí),雖然測量出的硬化層厚度很薄，但卻具有最耐磨損性能。在采用氣體型滲碳劑條件下吸收氫，但是在真空退火時(shí)卻又不得不重新脫除它。
鈦在地殼中的含量很豐富，我國的鈦資源位居世界，探明儲(chǔ)量約占38.8%，分布在20多個(gè)省區(qū)的100多處礦區(qū)，主要集中在西南、中南和華北地區(qū)。攀西地區(qū)的釩鈦磁鐵礦是的綜合性礦床，儲(chǔ)量十分豐富，占我國鈦資源的92%，為我國鈦工業(yè)提供了雄厚的資源基礎(chǔ)。然而目前生產(chǎn)鈦的工藝周期長、能耗高、污染嚴(yán)重等特點(diǎn)造成鈦的價(jià)格昂貴，很大程度上限制了鈦的使用，也由此可見開發(fā)新的低成本鈦的生產(chǎn)方法，對(duì)加速我國由目前世界上鈦資源大國向鈦生產(chǎn)強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變具有極其深遠(yuǎn)的意義。
傳統(tǒng)鈦冶金工藝
傳統(tǒng)的鈦冶煉工藝是“克勞爾法"，它利用金屬鈉或金屬鎂來還原四氯化鈦，得到金屬鈦。由于鈦是在鈦的熔點(diǎn)以下產(chǎn)生的，所產(chǎn)生的鈦金屬是海綿狀的，因此被稱為“海綿鈦"。
克勞爾法工藝有三個(gè)主要過程：富鈦材料的制備，四氯化鈦的制備和還原蒸餾以生產(chǎn)海綿鈦。
富鈦材料通常由鈦鐵礦制備，以盡可能去除鐵，豐富鈦組分；TiCl4[i]由氯制備，將鈦組分從氧化物轉(zhuǎn)化為氯化物，包括氯化和精煉；用金屬鎂蒸汽還原蒸餾四氯化鈦，在900℃左右四氯化鈦和鎂蒸汽混合反應(yīng)便可得到海綿鈦。
但克勞爾法工藝不連續(xù)，流程長，工藝多，而TiCl4在室溫下又具有揮發(fā)性和腐蝕性，使得海綿鈦的生產(chǎn)成本很高，限制了鈦在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用。[2]
鈦冶金新工藝
為了降低金屬鈦的生產(chǎn)成本，相關(guān)人員探索研究了許多提取鈦的新方法，主要有TiCl4電解工藝、ITP( Armstrong)工藝、FFC工藝、OS工藝、預(yù)還原成型工藝(PRP)、QT工藝、MER工藝。
1.TiCl4電解制取金屬
鈦的氧化物和鈦的氯化物,都可以作為工業(yè)生產(chǎn)鈦的原料。但到目前為止，只有氯化鈦已被用作鈦金屬工業(yè)生產(chǎn)的前體。這主要是因?yàn)檠鯕夂吞佳酢⑻尖伨哂泻軓?qiáng)的親和力，產(chǎn)品的氧含量嚴(yán)重影響鈦和鈦合金的性能。在早期，氯化被認(rèn)為是去除鈦中氧碳的有效方法。因此，鈦金屬的工業(yè)生產(chǎn)涉及TiCl4的制備和純化。目前以TiCl4為前驅(qū)，國內(nèi)外開展了大量研究，主要包括鈉熱還原，氧還原氫還原和熱解還原氫還原和直接電解。
2.Armstrong/ITP（international Titanium Powder)工藝
成立于1997年的美國芝加哥國際鈦鐵粉公司，一直致力于開發(fā)和商業(yè)應(yīng)用。其發(fā)明者Armstrong使用氣態(tài)鈉還原TiCl4，實(shí)現(xiàn)了鈦粉的連續(xù)生產(chǎn)。這種方法的核心技術(shù)是通過一個(gè)內(nèi)部噴嘴將TiCl4蒸氣噴入到鈉氣流中，反應(yīng)在噴嘴處立即發(fā)生，生成的NaCl和鈦粉被過量的鈉氣流帶出反應(yīng)器，進(jìn)入下一步分離階段，經(jīng)過蒸餾、過濾和洗滌得到金屬鈦粉，試驗(yàn)性工廠中產(chǎn)品含氧量小于0.1%，氯含量為(50-100)×106。目前ITP公司正在優(yōu)化工藝來提高產(chǎn)品的質(zhì)量，生產(chǎn)出能直接用于粉末冶金、噴射成型等快速加工的合格鈦粉，同時(shí)致力于減小鈦粉生產(chǎn)過程對(duì)環(huán)境的影響。
Armstrong工藝作為氣反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)瞬間爆發(fā)，大大縮短了反應(yīng)時(shí)間，減少了單位能耗；生產(chǎn)過程連續(xù)，并且產(chǎn)品為粗大顆粒狀的粉末，純度比較高，能直接用作粉末冶金；副產(chǎn)物水解為鈉與氯氣可循環(huán)透過；此外，該工藝可直接制造合金，如Ti-6A1-4V，Ti-A1合金等。目前需克服的問題是以此TiCl4為原料，防止不了氯化過程，需改進(jìn)工藝來達(dá)環(huán)境的要求，擴(kuò)大測試之中產(chǎn)品質(zhì)量的保證、延長Armstrong反應(yīng)器的使用壽命與減少企業(yè)采用該工藝所需的后期投資成本等。
3.FFC工藝
FFC法又稱為劍橋工藝,2000年由英國劍橋大學(xué)的D.J.Fray教授及其合作者提出。它是使固體TiO?經(jīng)過一定處理后作為陰極，石墨作為陽極，堿土金屬的熔融氯化物作為電解質(zhì)進(jìn)行熔鹽電解，當(dāng)外加的電壓低于熔鹽的分解電壓時(shí)(實(shí)驗(yàn)中的工作電壓為28~32V)，陰極上的氧電離后進(jìn)人電解質(zhì)擴(kuò)散到陽極，并在陽極生成O?或與碳結(jié)合生成CO?[ii]氣體放出，陰極上則析出純金屬鈦。該方法由于將原有的電化學(xué)脫氧過程轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯右匝趸餅樵想娊馍a(chǎn)金屬鈦，引起了世界冶金界專家學(xué)者和產(chǎn)業(yè)界的極大興趣。
FFC法的優(yōu)點(diǎn)為：不產(chǎn)生氯氣，不使用TiCl4等強(qiáng)腐蝕性污染環(huán)境的化學(xué)物質(zhì)，是一種綠色工藝；生產(chǎn)周期短，產(chǎn)品適于粉末冶金成形，取消了鑄造、機(jī)加工和其他昂貴的加工過程，可節(jié)省大量的生產(chǎn)成本。但其存在產(chǎn)物的海綿鈦氧含量較高，工藝不連續(xù)。
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