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技术资料
钛容器的应用特点
容器用钛的确定
容器用钛的订购技术要求
钛材料生产加工流程图
镍产品规格性能技术参数.
钛的表面处理技术
相关资质
技术资料
钛容器的应用特点
(1) 钛在空气和氧化性,中性水溶液介质中,其表面很易产生致密的氧化钛钝化膜,使钛的电极电位显著正移,大大提高了热力学稳定性。以钝性系数来表示金属钝化后化学稳定性提高的程度,铁为0.18,镍为0.37,钼为0.49,铬为0.74,铝为0.82,而钛则为2.44。钛在许多介质中具有比不锈钢、铝等好得多的耐蚀性。(移动式容器还利用了钛比重轻、比强度高的特性)
(2) 钛不存在像铁素体钢那样的低温脆性问题,钛可以用做温度低至-269度的低温容器,但由于奥氏体不锈钢,铝,铜,等也可以用做低温容器,且比钛便宜,因此钛实际上很少用于低温固定式容器,在航空、航天中钛用做移动式低温容器,重要是利用了钛的高比强度、重轻量的特点。
(3) 在海水、盐水等含氯介质中,碳素钢,低合金钢,一般不锈钢,铝耐蚀性均不好,而钛具有独特优异的耐蚀性,约有50%的钛容器用于抗含氯介质的腐蚀。
(4) 由于钛的耐蚀性是由于表面氧化膜所致,因此一般的工业纯钛和钛合金在高温盐酸等强还原性介质中不耐蚀。Ti-32Mo可耐盐酸腐蚀,但其塑性和工艺性能差,尚未列入压力加工钛材标准,也未列入本标准中作为容器用钛。
(5) 钛在一定条件下的发烟硝酸、干氯气、甲醇、三氯乙烯、液态四氧化二氮,熔融金属盐,四氯化碳等介质可能产生燃烧、爆炸或应力腐蚀,使钛容器产生恶性事故,钛容器对这些介质应回避或慎用。
(6) 在温度超过500度的纯氧或温度超过1200度的空气中,钛会燃烧,因此钛容器不得在接触空气和氧的情况下接触明火,以避免钛容器燃烧。
(7) 钛材和钛容器一般不要求考核冲击韧性。
(8) 钛的用途主要有两类。一为航空中用于超音速飞机等。主要用其高的比强度。主要牌号为Ti-6Al-4V ,另一为用于民用工业,主要用其优异的耐蚀性,主要牌号为工业纯钛。我国90%以上的钛用于民用工业,民用工业用钛中约有3/4用于容器(包括换热器)因此我国容器用钛在钛工业中占举足轻重的位置。
容器用钛的确定
1 、容器用钛和钢一样,必须满足容器制造和使用的基本要求,即制造中便于条形和焊接,使用时能安全承载。因而要求容器用钛有适当的强度、良好的塑性和焊接性能。
  容器的承载能力不仅与钛材强度有关,还与设计中根据材料强度所计算出来的构件尺寸有关,因而材料强度高低只影响构件的尺寸大小。一般并不影响到材料是否能用。
2、钛比钢的价格贵得多,也比铝、铜等贵多,采用昂贵的钛制造容器在于钛有下述其他金属不可替代的特征。
  (1)钛的比强度很高,宇航容器常利用此特性,但宇航容器不属于本标准的范围。地面固定式容器并不特别追求容器的重量轻。
  (2)钛有良好的低温塑料及其韧性,宜用于低温容器,但由于铝、铜、奥氏体不锈钢等也均可用于低温容器,因而实际上昂贵的钛很少用于低温容器。
  (3)钛用于容器主要利用钛具有优于上述其他金属的优异的耐腐蚀性
  (4)钛的热导率约为碳钢的1/5,与奥氏体不锈钢接近,由于钛的强度较高,管壳式换热器的换热管的壁厚可较薄。
  (5)本标准中规定的容器用钛材料只限于我国现行钛材国家标准中的牌号、状态和能保证力学性能的尺寸范围。
    如我国钛板标准GB/T3621中保证力学性能的厚度仅为10mm(TA2为25mm),而在国外钛板标准中与我国容器用钛牌号相当的钛牌号保证力学性能的厚度均较厚,美国为25mm,日本为15mm,德国为35mm,俄罗斯为150mm.实际上我国钛板标准中可供应的钛板厚度可达60mm.只要供货时能保证力学性能,在容器上也是可以应用的,力学性能的合格指标可以协商确定.如果所保证的强度比标准中10mm以下厚度的强度保证值稍低,可以另行计算其许用应力值.据了解,我国宝鸡有色金属加工厂对不超过25mm厚的钛板以可按GB/T3621中厚度不超过10mm的钛板保证力学性能.
  (6)我国钛材与国外相应牌号在化学成分与力学性能方面并不完全相同,但有较好的对应关系.采用国外钛材代替国内相应牌号的钛材是允许的,也很方便.这时除应符合<<压力容器安全技术监察规程>>中第22条的要求外,当国外钛材与国内钛材的强度稍有差别时,其许用应力值也应作相应的调整.
    当由于特殊情况的需要,要采用本标准规定的容器用钛牌号和状态以外的钛材及新研制的钛材制造容器时,除应按<<压力容器安全技术监察规程>>中第23条的规定外,还应至少同时符合下列条件:
    1 化学成分符合相应钛材标准的要求;
  2 室温抗拉强度、规定残余伸长应力、伸长率的下线值均为保证值;
  3 一般要求室温下变形钛材的伸长率不低于18%,只有在确知钛材只用于不变形或变形量较小的容器构件,且经制造部门认可可以顺利成形时才可应用伸长率较低的钛材,此时伸长率也不应低于15%.
  4 该钛材具有在该容器设计温度下的抗拉强度和规定残余伸长应力的下线保证值数据.
  (7)本标准中所列变形钛的6个牌号在国内已有一定的应用基础.
    1993年前,钛材标准中有的容器用钛只有TA1、TA2、TA3三个牌号,基本上以TA2作为基本牌号,要求塑性和耐蚀性高些时采用TA1,不变行的构件可采用TA3.虽然TA0、TA9和TA10在1993年以后才正式列入标准,但与TA0相当的美国牌号Gradel国内已有采用,TA9和TA10也早以Ti-0.2Pd和Ti-0.3Mo-0.8Ni的非正式牌号在容器中多有采用.铸钛的两个牌号自1986年即以列入国家标准,得到广泛应用.
  因此本标准所确定的容器用钛在钛材生产供应、容器制造和应用方面都已积累了较多的经验,具备了较坚实的基础.
  (8)除GB/T3620中的6个牌号外,另外按GB/T14845-1993列出了板式换热器用钛板TA1-A,具有良好的深冲性能
容器用钛的订购技术要求
(1)容器用钛以现行钛材标准为基础,因而订购首先应满足钛材标准中的技术要求.
  由于这些钛材标准并非压力容器专用材料标准,而是通用材料标准,,因而仅有钛材标准中的技术要求尚不能满足容器用钛的技术要求,必须提出补充技术要求.属于容器用钛的共性补充技术要求由本标准中提出;属于具体容器对所用钛材的特殊补充技术要求则由容器设计图样和技术文件中提出.容器用钛的订购技术要求应为这三部分的总和
(2)容器用变形钛均要求退火状态供货.
  在现行钛材产品标准中,只有管和换热管标准中规定以退火状态供货,板、棒、锻件标准中的供货状态则由购方选择,如购货合同中未注明要求退火状态供货,则供方一般均为热作或冷作态供货。
   棒材和锻件标准中均规定:力学性能在经热处理后的试样坯上测试,即试样的力学性能合格,并不说明所供钛材也是退火状态,也不说明所供钛材已达到质保书中所列合格的力学性能。应要求所供钛材与力学性能试样为同样的退火状态,即试样坯应当从退火状态的钛材或其延伸部位截取。
(3)容器用钛应确保室温抗拉强度σb和规定残余伸长应力σ.r02为必保技术要求。
  在有的钛材标准中σ.r02未做明确要求,有的仅作为附加要求,有的仅在需方要求时方予测试(仅为提供实测数据,并未保证)这些均不能符合容器用钛的要求,订购合同中应明确作为必保要求。如钛材标准中未列出合格指标,可按本标准的表4-1至4-5中所列的合格指示,也可以协商另行确定合格指标,但此时最大许用拉伸应力值也需另行确定。
(4)在钛材产品标准中,只有换热管和锻件标准中已将无损检测列为必保技术要求。用户如无特殊要求,可按照其无损检测的要求。钛板标准中未提到无损检测要求。CD1308—87中提出了要求钛板进行超声检测的五种情况。
  1、设计温度底于-60
2、设计压力超过6
3、用做多层受压设备的内筒;
4、用作萨那类压力容器和换热器的衬里;
5、钛板厚度大于20mm
(5)考虑到GB150对钢板确定是否无损检测也主要是由钢板厚度来区分,板材厚度厚了容易产生缺陷,厚板一般也主要用于承载较大的场合,有时订货时尚不能完全弄清每一张钛板究竟用于何种应用条件,因此本标准只规定厚度超过20mm的钛板应进行超声波检测,对于何种应用条件下应进行无损检测不作统一规定,必要时可由设计图样和技术文件中补充提出.
  另外,GB/T5193超声波检测方法标准只适用于厚度超过13mm的工件,不适用于薄板的探伤.兰姆波超声波探伤方法可以适用于0.5mm—13mm厚度的钛板,但兰姆波超声波探伤方法尚未列为正规标准,因而现在对于衬里用薄钛板也没有合适的检测方法. 不宜普遍规定进行检测.一般用的钛管标准中未列无损检测要求,本标准规定设计压力超过10MPa时,应进行超声波或涡流检测.钛棒标准中仅将超声波无损检测作为附加技术要求,本标准不作统一规定,,由设计根据具体情况确定.
(6)钛管和钛热管标准中均规定了管的制造方法分为轧(拔)、焊接及焊接-轧制三种,订货时应在合同中注明是哪一种,因为这些管子的检验技术要求不同,应用性能(如许用应力)也不同。
  这五种情况。前四种为钛材的应用条件。只有后一种属于钛板本身的参数。

生产设备执行标准 TOP
标准号 中文标题
GB150-1998 《钢制压力容器》
JB/T4745-2002 《钛制焊接容器》
JB/T4756-2004 《镍及镍合金制压力容器》
GB150-1998 《钢制压力容器》规格:50-10000升 直径:Φ500-Φ2600mm
GB151-1999 《管壳式换热器》
JB/T4745-2002 《钛制焊接容器》
JB/T4756-2004 《镍及镍合金制压力容器》

钛金属的主要物理性能 TOP
名  称 单  位 数  据 名  称 单  位 数  据
原子序数   22 比  热 卡/克度 0.138
原子量   47.9 热膨胀系数 ×10-6/℃(0-100℃) 8.2
克原子体积 厘米3/克原子 10.7 弹性模量
拉伸
压缩
剪切
公斤/毫米2 10850
米杜 20 克/厘米3

4.505

公斤/毫米2 10340
熔点 1668±4 公斤/毫米2 10550
沸点 3535 公斤/毫米2 4500
溶化潜热 千卡/克分子 5 导热系数 卡/厘米秒.℃ 0.036
气化潜热 千卡/克分子 1125±0.3% 电阻系数 ×10-6欧母.厘米 47.8
同素异晶转变温度 882 转变时体积
的变化
% 5.5
转变时熵的变化 0.587 磁化率 ×10-6欧母.厘米 3.2
转变潜热 千卡/克分子 678±10% 泊桑比   0.41

钛的十大特性 TOP
一、钛的十大特性
◆ 密度小,比强度高: 金属钛的密度为4.51g/cm3,高于铝而低于钢、铜、镍,但比强度位于金属之首。
◆ 耐腐蚀性能: 钛是一种非常活泼的金属,其平衡电位很低,在介质中的热力学腐蚀倾向大。但实际上钛在许多介质中很稳定,如钛在氧化性、中性和弱还原性等介质中是耐腐蚀的。
◆ 耐热性能好: 新型钛合金可在600℃或更高的温度下长期使用。
◆ 耐低温性能好: 钛合金TA7(Ti-5Al-2.5Sn),TC4(Ti-6Al-4V)和Ti-2.5Zr-1.5Mo等为代表的低温钛合金,其强度随温度的降低而提高,但塑性变化却不大。在-196-253℃低温下保持较好的延性及韧性,避免了金属冷脆性,是低温容器,贮箱等设备的理想材料。
◆ 抗阻尼性能强: 金属钛受到机械振动、电振动后,与钢、铜金属相比,其自身振动衰减时间最长。
◆ 无磁性、无毒: 钛是无磁性金属,在很大的磁场中也不会被磁化,无毒且与人体组织及血液有好的相溶性,所以被医疗界采用。
◆ 抗拉强度与其屈服强度接近:钛的这一性能说明了其屈强比(抗拉强度/屈服强度)高,表示了金属钛材料在成形时塑性变形差。由于钛的屈服极限与弹性模量的比值大,使钛成型时的回弹能力大。
◆ 换热性能好:金属钛的导热系数虽然比碳钢和铜低,但由于钛优异的耐腐蚀性能,所以壁厚可以大大减薄,而且表面与蒸汽的换热方式为滴状冷凝,减少了热组,太表面不结垢也可减少热阻,使钛的换热性能显著提高。 
◆ 弹性模量低:钛的弹性模量在常温时为106.4GMPa,为钢的57%。
◆ 吸气性能:钛是一种化学性质非常活泼的金属,在高温下可与许多元素和化合物发生反应。钛吸气主要指高温下与碳、氢、氮、氧发生反应。

二、钛的三大功能
功能材料是以物理性能为主的工程材料,即在电、磁、声、光、热等方面具有的特殊性质,或在其作用下表现出特殊功能的材料。对钛和钛合金的研究已发现其有三种特殊功能有应用前途:
1.记忆功能:钛-镍合金在一定环境温度下具有单向、双向和全方位的记忆效应,被公认是最佳记忆合金。在工程上做管接头用于战斗机的油压系统;石油联合企业的输油管路系统;直径0.5mm丝做成的直径500mm抛物网状天线用于宇航飞行器上;在医学工程上用于制作鼾症治疗;制成螺钉用于骨折愈合等。上述应用均获得了明显 效果。
2.超导功能:铌-钛合金在温度低于临界温度时,呈现出零电阻的超导功能。
3.贮氢功能:钛-铁合金具有吸氢的特性,把大量的氢安全的贮存起来,在一定的环境中又把氢释放出来。这在氢气分离、氢气净化、氢气贮存及运输、制造以氢为能源的热泵和蓄电池等方面应用很有前途。

镍产品规格性能技术参数(技术部提供) TOP
产品规格
一、板带:  
1、冷轧 带材 宽度小于200mm,δ≥0.02mm
板材 板幅 1000*2000mm 0.8<δ< 6mm
2、热轧 δ≥ 6mm 板幅1000*2000mm (单重小于160kg)
三、棒材及锻件  
1.丝材:φ0.5-6mm
2、棒材:φ6mm - φ350mm  
3、各种异型锻件及法兰,单重不超过200公斤。
二、管材:
冷轧、冷拔Ф10-Ф159
 

钛的表面处理技术 TOP
  钛在高温下易于与空气中的O、H、N等元素及包埋料中的Si、Al、Mg等元素发生反应,在铸件表面形成表面污染层,使其优良的理化性能变差,硬度增加、塑性、弹性降低,脆性增加。
钛的密度小,故钛液流动时惯性小,熔钛流动性差致使铸流率低。铸造温度与铸型温差(300℃)较大,冷却快,铸造在保护性气氛中进行,钛铸件表面和内部难免有气孔等缺陷出现,对铸件的质量影响很大。
因此,钛铸件的表面处理与其它牙用合金相比显得更为重要,由于钛的独特的理化性能,如导热系数小、表面硬度、及弹性模量低,粘性大,电导率低、易氧化等,这对钛的表面处理带来了很大的难度,采用常规的表面处理方法很难达到理想的效果。必须采用特殊的加工方法和操作手段。
铸件的后期表面处理不仅是为了得到平滑光亮的表面,减少食物及菌斑等的积聚和粘附,维持患者的正常的口腔微生态的平衡,同时也增加了义齿的美感;更重要的是通过这些表面处理和改性过程,改善铸件的表面性状和适合性,提高义齿的耐磨、耐蚀和抗应力疲劳等理化特性。
一、 表面反应层的去除
表面反应层是影响钛铸件理化性能的主要因素,在钛铸件研磨抛光前,必须达到完全去除表面污染层,才能达到满意的抛光效果。通过喷砂后酸洗的方法可完全去除钛的表面反应层。
1. 喷砂: 钛铸件的喷砂处理一般选用白刚玉粗喷较好,喷砂的压力要比非贵金属者较小,一般控制在0.45Mpa以下。因为,喷射压力过大时,砂粒冲击钛表面产生激烈火花,温度升高可与钛表面发生反应,形成二次污染,影响表面质量。时间为15~30秒,仅去除铸件表面的粘砂、表面烧结层和部分和氧化层即可。其余的表面反应层结构宜采用化学酸洗的方法快速去除。
2. 酸洗: 酸洗能够快速完全去除表面反应层,而表面不会产生其他元素的污染。HF—HCl系和HF—HNO3系酸洗液都可用于钛的酸洗,但HF—HCl系酸洗液吸氢量较大,而HF—HNO3系酸洗液吸氢量小,可控制HNO3的浓度减少吸氢,并可对表面进行光亮处理,一般HF的浓度在3%~5%左右,HNO3的浓度在15%~30%左右为宜。
二、铸造缺陷的处理
内部气孔和缩孔内部缺陷:可等热静压技术(hot isostatic pressing)去除, 但对义齿的精度会产生影响,最好用X线探伤后,表面磨除暴露气孔,用激光补焊。表面气孔缺陷可直接用激光局部焊接修补。
三、研磨与抛光
1. 机械研磨: 钛的化学反应性高,导热系数低,粘性大,机械研磨研削比低,且易于磨料磨具发生反应,普通磨料不宜用于钛的研磨与抛光,最好采用导热性好的超硬磨料,如金刚石、立方氮化硼等,抛光线速度一般为900~1800m/min.为宜,否则,钛表面易发生研削烧伤和微裂纹。
2. 超声波研磨: 通过超声振动作用,使磨头和被研磨面间的磨粒与被研磨面产生相对运动而达到研磨、抛光的目的。其优点在于常规旋转工具研磨不到的沟、窝和狭窄部位变得容易了,但较大的铸件研磨效果还不能令人满意。
3. 电解机械复合研磨: 采用导电磨具,在磨具与研磨面之间施加电解液和电压,通过机械和电化学抛光的共同作用下,降低表面粗糙度提高表面光泽度。电解液为0.9NaCl,电压为5v,转速为3000rpm/min.,此方法只能研磨平面,对复杂的义齿支架的研磨还处于研究阶段。
4. 桶研磨:利用研磨桶的公转与自转所产生的离心力,使桶内的义齿与磨料相对摩擦运动而起到降低表面粗糙度的研磨目的。研磨自动化、效率高,但只能降低表面粗糙度而不能提高表面光泽度,研磨的精度较差,可用与义齿精抛光前的去毛刺和粗研磨。
5. 化学抛光:化学抛光是通过金属在化学介质中的氧化还原反应而达到整平抛光的目的。其优点是化学抛光与金属的硬度、抛光面积与结构形状无关,凡与抛光液接触的部位均被抛光,不须特殊复杂设备,操作简便,较适合于复杂结构钛义齿支架的抛光。但化学抛光的工艺参数较难控制,要求在不影响义齿精度的情况下能够对义齿有良好的抛光效果。较好的钛化学抛光液是HF和HNO3 按一定比例配制,HF是还原剂,能溶解钛金属,起到整平作用,浓度<10%, HNO3起氧化作用,防止钛的溶解过度和吸氢,同时可产生光亮作用。钛抛光液要求浓度高,温度低,抛光时间短(1~2min.)。
6. 电解抛光:又称为电化学抛光或者阳极溶解抛光,由于钛的电导率较低,氧化性能极强,采用有水酸性电解液如HF—H3PO4、HF—H2SO系电解液对钛几乎不能抛光,施加外电压后,钛阳极立刻发生氧化,而使阳极溶解不能进行。但采用无水氯化物电解液在低电压下,对钛有良好的抛光效果,小型试件可得到镜面抛光,但对于复杂修复体仍不能达到完全抛光的目的,也许采用改变阴极形状和附加阴极的方法能解决这一难题,还有待于进一步研究。
四、钛的表面改性
1. 氮化:采用等离子体渗氮、多弧离子镀、离子注入和激光氮化的等化学热处理技术, 在钛义齿表面形成金黄色TiN渗镀层,从而提高钛的耐磨性、耐腐蚀性和耐疲劳性。但技术复杂,设备昂贵,用于钛义齿的表面改性很难达到临床实用化。

2. 阳极氧化:钛的阳极氧化技术较为容易,在一些氧化性介质中,外加电压的作用下,钛阳极可形成较厚的氧化膜,从而提高其耐腐蚀性和耐磨性和耐候性。阳极氧化的电解液一般采用H2SO4、H3PO4和有机酸水溶液。
3. 大气氧化:钛在高温大气中可形成较厚坚固的无水氧化膜,对钛的全面腐蚀、间隙腐蚀都有效,方法比较简便。
五、 着色
为了增加钛义齿的美感、防止钛义齿在自然条件下的继续氧化的变色,可采用表面氮化处理、大气氧化和阳极氧化法表面着色处理,使表面形成淡黄色或金黄色,提高钛义齿的美感。阳极氧化法利用钛的氧化膜对光的干涉作用,自然发色,可通过改变槽电压在钛表面形成多彩的颜色。
六、 其他表面处理
1: 表面粗化:为了提高钛与饰面树脂的粘结性能,必须对钛表面进行粗化处理,提高其粘结面积。临床上常采用喷砂粗化处理,但喷砂会造成钛表面的氧化铝的污染,我们采用草酸刻蚀的方法,得到良好的粗化效果,刻蚀1h表面粗糙度(Ra)可达到1.50±0.30μm,刻蚀2h Ra为2.99±0.57μm,比单独喷砂的Ra(1.42±0.14μm)提高一倍多,其粘结强度提高了30%。
2: 抗高温氧化的表面处理:为了防止钛在高温下的急剧氧化,在钛表面形成钛硅化合物及钛铝化合物,可防止钛在700℃以上温度下的氧化。这种表面处理对钛的高温氧化非常有效,也许钛表面涂覆这类化合物,对钛瓷结合有利,仍须进一步研究。
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