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【擴(kuò)大鈦應(yīng)用】話(huà)說(shuō)鈦箔

2021年12月02日 14:46 39552次瀏覽 來(lái)源:   分類(lèi): 鈦應(yīng)用   作者:

箔是薄的金屬片,如錫箔、銅箔、鋁箔等,具體說(shuō),凡是厚度<0.2mm的金屬片都叫箔。按金屬箔的厚度不同把它分為厚箔、單零箔和雙零箔。其中,厚箔厚度為<0.2mm-≥0.1mm,單零箔厚度<0.1mm-≥0.09mm,雙零箔厚度≤0.001mm,當(dāng)前可工業(yè)化軋制的最薄箔的厚度為0.0045mm?,F(xiàn)在,鋁箔的產(chǎn)量最大,幾乎占全世界金屬箔總產(chǎn)量的85%以上,中國(guó)是全球最大鋁箔生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó),2020年的產(chǎn)量達(dá)4050kt,約占全球總量的65%,出口量占產(chǎn)量的30%,達(dá)1215kt。

鈦箔生產(chǎn)難度大、價(jià)格高、產(chǎn)量低,估計(jì)2020年全世界的產(chǎn)量也不會(huì)超過(guò)20噸,主要生產(chǎn)國(guó)為美國(guó),用途也不廣,飛行器蒙皮隔熱材料是其高端應(yīng)用產(chǎn)品之一。大家知道,飛行器在空中飛行時(shí),其外層金屬蒙皮會(huì)因與空氣激烈摩擦及其它原因發(fā)熱升溫,為了熱量不傳入內(nèi)部,必須設(shè)置隔熱保護(hù)層(圖1)。它由四層隔熱板焊成,中間還夾有一層更薄的平片。圖2是隔熱板零件圖,是用0.08mm的TB2合金箔制的,TB2是一種β型鈦合金,Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al合金(質(zhì)量%):Al2.5-3.5,Mo4.7-5.7,V4.7-5.7,Cr7.5-8.5,F(xiàn)e0.30,C0.05,N0.04,H0.015,O0.15,其它雜質(zhì)單個(gè)0.1,總計(jì)0.4,其余Ti。

美國(guó)、法國(guó)等采用超塑成形工藝加工這種鈦箔隔熱扳,不過(guò),這種工藝雖能加工出優(yōu)質(zhì)的隔熱板,但生產(chǎn)周期長(zhǎng),而且工件長(zhǎng)時(shí)間處于高溫狀態(tài),會(huì)或多或少吸收氧,鈦在649℃以上不再具有抗氧化能力,會(huì)吸收較多的氧而變脆,使其力學(xué)性能全面下降。另外,超塑成形適于制備形狀簡(jiǎn)單的工件,對(duì)于圖2所示的復(fù)雜工件來(lái)說(shuō)就很難超塑成形了,因?yàn)榧庸つ>邲Q非易事。

由于隔熱板是擴(kuò)散焊成的,因此,應(yīng)精準(zhǔn)嚴(yán)控氧含量,所以最好在真空爐內(nèi)焊接,但這樣需增添價(jià)格不菲的設(shè)備,增大了投資,也加大了操作難度。為此,北京航空工藝研究所程秀全等提出用半偶合模與采用包套保護(hù)工藝成功地制備出合格的低成本、高質(zhì)高效的鈦箔航空器隔熱板,效果良好,獲得用戶(hù)高度稱(chēng)贊。

生產(chǎn)時(shí),首先將TB2合金箔置于包套內(nèi),在熱成形前除去包套內(nèi)的氧,可用常規(guī)抽真空法除去,抽吸后將包套密封。采用包套技術(shù)應(yīng)注意以下事項(xiàng):仔細(xì)清理鈦板料和包套表面上的油污和雜物,務(wù)必干干凈凈;嚴(yán)格精選包套材料,在高溫下不漏氣,本身不排放任何氣體,還應(yīng)盡可能選用高溫強(qiáng)度較低材料,以降低變形抗力,提高模具壽命,保證工件尺寸精度要求;包套上應(yīng)涂一層薄而均勻的止焊劑,以免包套與鈦箔焊合,但止焊劑在高溫下不能排放任何有害氣體,不能含有水、膠之類(lèi)的物質(zhì)。

將制備的包套在750℃成形,壓力不可過(guò)高,預(yù)熱1min-2min,保壓20s-30s,取出包套,待其冷卻后即可取出工件,工件表面光亮程度幾乎與原箔的等同。實(shí)測(cè)結(jié)果表明,表層含氧量<200ppm,氧化層厚度無(wú)變化。可見(jiàn),包套既保護(hù)了工件不被污染,又承擔(dān)了絕大部分的不均勻變形,大大提高了工件的變形均勻性,變形工件實(shí)測(cè)厚度為0.067mm-0.072mm,完全在原箔厚度偏差范圍內(nèi)。

 


圖1  隔熱層剖視圖


圖2  隔熱板零件圖


圖3   兩種模具結(jié)構(gòu)

責(zé)任編輯:楊一鳴

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