發布時間：2023年2月20日
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日前，筆者從包頭嘉泰金屬科技有限公司（以下簡稱嘉泰金屬）獲悉，該公司通過自主研制設備制出國內領先的直徑0.05mm鈦合金超細絲材。
“我們擁有國際上領先的原位自生多元微納復合強化鈦基復合材料技術，已經針對航天、航空、核電、醫療器械、船舶等領域對高性能稀有金屬、特鋼、金屬基復合材料等方面的迫切需求開展產業化。目前，我們設計的鈦合金材料和鈦基復合材料產能為500噸，已有特種熔煉、等溫鍛造、精密鑄造、超細絲材加工4條生產線或外協生產線。”嘉泰金屬技術負責人仝泊濤介紹道。
鈦—產業高質量發展不可或缺
鈦及鈦合金具有密度小、比強度高、耐腐蝕、高低溫特性好等諸多優良特性，并具有形狀記憶、超導、儲氫、生物相容性等獨特功能，小到眼鏡框、心臟和血管支架，大到航空發動機葉片，都有鈦的身影。
據上海交通大學材料科學與工程學院教授、博士生導師呂維潔介紹，鈦被譽為“宇宙金屬”“航空金屬”和“空間金屬”，還被稱為繼鐵和鋁之后的“第三金屬”，是工程技術及高科技領域中的關鍵支撐材料和極為重要的國防戰略金屬材料。當前，鈦材用量和鈦工業發展水平已經成為衡量一個國家綜合國力和發達程度的重要標志。
近年來，隨著中國化工和海水淡化等領域對鈦材用量的急劇增加，以及中國的大飛機計劃、嫦娥登月計劃、航空發動機研發計劃、核電建設計劃以及海洋工程等重大工程都對高品質鈦材形成了巨大的需求。
“中國的鈦工業目前還無法滿足上述需求，許多產品還不能批量生產甚至屬于空白，仍然需要大量從國外進口。”呂維潔說，面對國家實施重大工程的需要和相關行業發展的產品需求升級，加強國內鈦及鈦合金材的研究開發及產業化，提升鈦工業產品質量和提高鈦材產品深加工水平，促進中國鈦工業的升級轉型是全行業的重中之重，已成為國民經濟發展和國防建設的重大課題，具有重大的戰略地位和作用。
破瓶頸—復合強化成新方向
由呂維潔創辦的嘉泰公司在國內最先能利用普通工藝制備大鑄錠原位自生鈦基復合材料和開展原位自生鈦基復合材料應用研究的單位。
據仝泊濤介紹，傳統的鈦合金通過合金化和組織結構優化提高其性能已經發展到極致，只有通過復合強化才能突破傳統鈦合金的窠臼，讓鈦合金在更多領域“大展拳腳”。
呂維潔帶領的科研團隊創新性地提出利用多元、多尺度增強體復合強化提高鈦合金性能的技術路線，設計新型原位自生工藝，簡捷、低成本制備了高性能稀土改性鈦基復合材料，進一步優化了成分和性能，解決高性能稀土改性鈦合金構件的等溫鍛造和精密鑄造的關鍵成形技術難題。
“擁有自主知識產權的原位自生專利技術，生產的鈦基復合材料精密鑄件產品，性能提升15%~20%，實現了稀土改性鈦基復合材料在航天、航空、核電、船舶、高端設備等領域的規模化應用，滿足國家戰略需求。”呂維潔說道。
產業化—鈦應用實現國有化
由于鈦冶煉和加工技術難度高、工序流程復雜，生產工藝設計需克服許多技術難點，還得需要許多特殊的冶煉、加工技術和專用設備進行鈦及鈦合金的冶煉和加工材的制備。
針對稀土改性合金材料等溫鍛造技術開發，確保稀土改性鈦合金材料等溫鍛造技術產業化目標的實現，項目團隊采用高溫熱壓縮塑性變形，緊密圍繞材料基體合金和陶瓷顆粒增強體在塑性變形過程中的熱變形行為，研究顆粒增強稀土增強鈦合金材料高溫變形行為，探索顆粒增強稀土增強鈦合金材料高溫變形工藝和組織的協調機制，確定出合適的等溫鍛造加工窗口。
此外，針對稀土改性鈦合金材料精密鑄造技術開發，項目團隊采用石墨螺旋形在真空感應爐中進行復合材料熔體的流動性研究，分析溫度，增強體種類、含量對稀土改性鈦合金材料流動性的影響規律，以及稀土改性鈦合金材料的熔體停滯機制，進行物理模擬稀土改性鈦合金材料楔形試樣的充型能力，分析稀土改性鈦合金材料充型過程增強體的作用機制。
利用有限元分析等新型的計算機模擬技術實現等溫鍛造工藝過程控制的模擬仿真，有效設計等溫鍛造模具和鍛造工藝參數，高效、低成本地制備出高性能的稀土增強鈦合金材料鍛件，以滿足高性能、高可靠、低成本航空零件的設計要求，提供可工業化生產的構件。
目前，嘉泰金屬已經向航天單位批量提供顆粒增強鈦合金鍛件30多批次，并已在國家關鍵型號上獲得了批量應用，與用戶單位制訂了高強、高模鈦基復合材料的企業標準。
來源：中國有色網 2023.2.20