واليابان منتج مهم للتيتانيوم. ومن الهيكل الصناعي، تعتمد اليابان على واردات المواد الخام اللازمة لخام التيتانيوم، ويتم تصدير أكثر من 60% من التيتانيوم المنتج. في حالة القيود على طرفي السلسلة الصناعية، يعد تقليل تكلفة عملية الإنتاج إجراءً مهمًا لمنتجي التيتانيوم اليابانيين للحفاظ على قدرتهم التنافسية في السوق.
أدرجت NEDO (المؤسسة الوطنية للبحث والتطوير، منظمة تطوير الطاقة الجديدة والتكنولوجيا الصناعية) التيتانيوم في برنامج "أبحاث وتطوير المواد الهيكلية الجديدة المبتكرة". في عام 2013، قامت Toho Titanium وNippon Steel وشركات ومؤسسات أخرى بالاشتراك في تنفيذ 10-عام "تطوير تكنولوجيا مبتكرة ومنخفضة التكلفة لصفائح التيتانيوم". يتضمن المشروع تطوير تقنية إنتاج منخفضة التكلفة لإسفنجة التيتانيوم عالية الجودة، وتطوير تقنية الدرفلة المباشرة لإسفنجة التيتانيوم، وتطوير تقنية الترسيب الكهربائي للتحضير المباشر لرقائق التيتانيوم، وهذه المقالة توضح فقط التقدم للبحث في الاتجاهين الأولين.
1. محتوى البحث
تلتزم عملية الإنتاج التقليدية لألواح التيتانيوم المدرفلة على البارد وأبحاث المشروع بإحداث روابط اختراق. يشمل إنتاج صفائح التيتانيوم المدرفلة على البارد تحضير إسفنجة التيتانيوم، والصهر، وتصنيع الخامات، والطرق، والدرفلة على الساخن، والدرفلة على البارد، وما إلى ذلك. الهدف البحثي لهذا المشروع هو حذف عمليات صهر وتزوير إسفنجة التيتانيوم، وتقليل نسبة الاستثمار في المعدات وتكاليف الطاقة وتكاليف المواد.
بعد إغفال عملية الذوبان، من الصعب جعل عناصر الشوائب (O، Fe، إلخ) ضمن التوزيع الموحد لإسفنجة التيتانيوم. وفي الوقت نفسه، لا يمكن إزالة الكمية الصغيرة المتبقية من MgCl2 التي كان من الممكن إزالتها أثناء عملية الصهر بسبب إغفال عملية الصهر. لذلك، تتطلب عملية الدرفلة المستقيمة هذه درجة نقاء عالية (محتوى منخفض من O، Fe) وكمية منخفضة من MgCl2 المتبقي لإسفنجة التيتانيوم. بناءً على الأسباب المذكورة أعلاه، قام فريق المشروع بالبحث في تكنولوجيا الإنتاج منخفضة التكلفة لإسفنجة التيتانيوم ذات درجة نقاء عالية وبقايا منخفضة من MgCl2.
قامت شركة Toho Titanium بإجراء أبحاث حول تكنولوجيا الإنتاج واسعة النطاق لإسفنجة التيتانيوم عالية الجودة على أساس محايد من حيث التكلفة، وقد تم استخدام إسفنجة التيتانيوم عالية الجودة المنتجة في عملية الدرفلة المباشرة للإسفنج، ومن المعروف أنها تستخدم في الصناعات التحويلية التيتانيوم مثل الطائرات والمنتجات المدنية العامة.
كانت شركة Nippon Steel مسؤولة عن الدراسة الفنية لعملية تصنيع ودرفلة الخام في هذا المشروع. يتم ضغط إسفنجة التيتانيوم عالية الجودة المصنعة في العملية السابقة وتشكيلها إلى سبيكة تيتانيوم، والتي يتم تعبئتها بعد ذلك في لوح تيتانيوم وتحويلها إلى قالب تيتانيوم عن طريق إخلاء الجزء الداخلي، الذي يتم تسخينه إلى 1000 درجة ثم يتم لفه على الساخن، و يتم دمج مواد التعبئة والتغليف الخاصة بقضيب التيتانيوم (لوحة التيتانيوم) وإسفنجة التيتانيوم بالداخل في عملية التدحرج.
2 تطوير تكنولوجيا إنتاج إسفنجة تيتانيوم عالية الجودة بتكلفة منخفضة
من أجل تقليل محتوى Fe وO وMgCl2 المتبقي في إسفنجة التيتانيوم على أساس عدم زيادة التكلفة، أجرى فريق المشروع تحليلًا تركيبيًا للمولدات النهائية والوسيطة، واستخدم المحاكاة الرقمية لتحليل الظروف في المفاعل. ، أتقن العوامل التي تؤثر على محتوى وتوزيع الشوائب مثل Fe وO في إسفنجة التيتانيوم وتحسين ظروف المواد الخام وتكنولوجيا المعالجة. من أجل فحص إسفنجة التيتانيوم عالية الجودة ذات المحتوى المنخفض من Fe وMgCl2 إلى الحد الأقصى، تقوم Dongbang Titanium بإجراء اختبار المنطقة الفرعية لكتل التيتانيوم، وتقطيعها وسحقها بشكل فردي مع التوزيع التراكمي للشوائب مثل Fe وO من محاكاة رقمية. نظرًا لأن إسفنجة التيتانيوم التي تحتوي على نسبة عالية من الحديد تتمتع بانعكاسية أعلى، يستخدم فريق المشروع طرقًا بصرية لتحديد حبيبات إسفنجة التيتانيوم التي تحتوي على تركيزات عالية من الحديد للفحص والفحص الآلي.
حتى الآن، شكل المشروع التكنولوجيا الرئيسية للتحضير المستقر لإسفنجة التيتانيوم عالية الجودة وحقق التطبيق الصناعي.
3 تطوير تكنولوجيا تصنيع صفائح التيتانيوم عالية الكفاءة (تطوير تكنولوجيا الدرفلة المباشرة لإسفنجة التيتانيوم)
صنع الخام، عملية الدرفلة على الساخن والدرفلة على البارد، قام فريق المشروع بتحسين العملية بحيث لا ينتج عن قضيب التيتانيوم في التسخين والدرفلة على الساخن شقوق وتوسع وعيوب أخرى.
مع الحجم الكبير لشقوق الدرفلة على الساخن لقضبان التيتانيوم، قامت المجموعة بتحسين قوالب إسفنج التيتانيوم، وطرق التعبئة، بالإضافة إلى هيكل قضبان التيتانيوم وعملية الدرفلة، وقد تم حل الشقوق المتدحرجة بشكل فعال، في الدرفلة اللاحقة 220 ~ لم تحدث شقوق كبيرة في قضبان التيتانيوم بسمك 279 ملم. سمك لوحة التيتانيوم المدرفلة على الساخن 5 ~ 6 مم، قم بإزالة سطح جلد الأكسيد بعد الدرفلة على البارد بسمك 0. 5 مم من التيتانيوم المدرفلة على البارد. بعد الفحص، تكون نسبة مساحة مسامية السطح للصفائح المدرفلة على البارد أقل من 0.2%، أي أن تنظيم صفائح التيتانيوم المدرفلة على البارد التي تنتجها عملية الدرفلة المستقيمة لإسفنجة التيتانيوم هو نفس تنظيم الصفائح المصنعة بواسطة الصهر عملية.
مقارنة بين أداء لوحة التيتانيوم المدرفلة مباشرة على إسفنجة التيتانيوم ولوحة التيتانيوم المدرفلة على البارد بالطريقة التقليدية، فإن سمك صفائح إسفنجة التيتانيوم المدرفلة على البارد المستخدمة في الاختبار هي 0.5 ~ 1 مم. حيث: ○ هو أداء إسفنجة التيتانيوم المدرفلة على البارد والمدلفنة مباشرة باستخدام محتوى MgCl2 المتبقي الذي يتراوح بين 600 ~ 1000 جزء في المليون من إسفنجة التيتانيوم، ▲ هو أداء الإسفنج عالي الجودة المدلفن مباشرة بكمية منخفضة جدًا من MgCl2 المتبقي، ◆ هو أداء لوحة التيتانيوم المدرفلة على البارد (JIS الصف 1) التي تنتجها العملية التقليدية. ◆ هو أداء صفائح التيتانيوم المدرفلة على البارد (JIS الصف 1) التي يتم إنتاجها بواسطة العملية التقليدية.
تتمتع المواد الممثلة بـ ○ بقوة شد أعلى واستطالة أقل قليلاً بسبب محتواها العالي من الشوائب، ولكنها تتمتع بنفس القوة والاستطالة تقريبًا.
في الوقت نفسه، عند استخدام إسفنجة عالية الجودة بكمية منخفضة من MgCl2 المتبقية، فإنها تظهر قوة أقل قليلاً وليونة أعلى بسبب المحتوى المنخفض من التيتانيوم O في الإسفنجة، وأداءها مشابه لأداء JIS صفائح التيتانيوم المدرفلة على البارد من الدرجة الأولى التي يتم إنتاجها بالطريقة التقليدية.
