Bagaimana Para Insinyur Mengatasi Tantangan Ikatan Titanium pada Komposit?

Lajangpaduan titanium  have inherent limitations in electrical conductivity, wear resistance and cost-effectiveness. Titanium metal composites achieve a "1+1>Efek kinerja sinergis 2" dengan menggabungkan titanium dengan logam seperti baja, aluminium, dan tembaga secara terampil. Mencapai "ikatan mulus" sejati antara berbagai logam adalah tantangan dan pesona utama teknologi ini.

 

 

"Ikatan mulus" yang sebenarnya pada dasarnya adalah pembentukan ikatan metalurgi yang kuat pada antarmuka, bukan adhesi mekanis sederhana. Prosesnya dibagi menjadi tiga tahap utama:

 

• Kontak fisik permukaan: Menghilangkan celah makroskopis antara permukaan logam melalui tekanan atau benturan, dengan kontak awal hanya terjadi pada kekasaran mikroskopis.
• Aktivasi antarmuka dan deformasi plastis: Benturan bersuhu tinggi, bertekanan tinggi, atau-berkecepatan tinggi menyebabkan deformasi parah pada titik kontak, merusak lapisan oksida, dan mengekspos atom logam baru.
• Difusi dan ikatan atom: Ikatan logam terbentuk ketika jarak atom dikurangi menjadi 0,3-0,5 nanometer. Difusi timbal balik atom selanjutnya membentuk lapisan difusi, mewujudkan integrasi antarmuka.

 

Karakteristik antarmuka mulus yang ideal: tidak ada cacat seperti pori-pori atau retakan, transisi distribusi elemen yang berkelanjutan, kekuatan ikatan lebih tinggi dari bahan dasar yang lebih lemah, dan tidak ada antarmuka yang terkelupas selama servis.

 

 

 

 

Perbedaan struktur kristal antara logam yang berbeda, ketidaksesuaian koefisien muai panas, dan kecenderungan membentuk senyawa intermetalik yang rapuh merupakan hambatan utama untuk mencapai "ikatan mulus". Para peneliti telah memecahkan masalah ini melalui tiga terobosan teknologi utama:

 

1. Desain antar lapisan

Bertindak sebagai "penerjemah" antara dua logam, dapat menghilangkan tegangan antarmuka dan menghambat pembentukan senyawa intermetalik yang rapuh. Nb, Cu, Ni, dll. umumnya digunakan untuk komposit baja titanium-. Diantaranya, komposit yang dibuat dengan lapisan ganda Nb/Cu memiliki kekuatan tarik 539,7 MPa dan perpanjangan 9,7%. Titanium foil murni digunakan untuk komposit titanium-aluminium, yang dapat mengontrol ketebalan lapisan senyawa intermetalik hingga beberapa mikron dan memastikan ketangguhan antarmuka.

 

2. Kontrol reaksi antarmuka yang tepat

Titanium rentan membentuk senyawa intermetalik yang rapuh pada suhu tinggi, dan ketebalan yang berlebihan akan sangat mengurangi kekuatan ikatan antar muka. Dengan mengontrol suhu, waktu dan tekanan secara tepat, ketebalan lapisan senyawa dapat dikontrol di bawah 10 mikron. Misalnya, penggulungan-multi-suhu rendah digunakan untuk komposit titanium-tembaga, yang sangat mengurangi pembentukan fase getas dan menstabilkan kekuatan geser antarmuka di atas 190 MPa.

 

3. Perlakuan awal permukaan

Lapisan oksida, noda minyak dan kotoran pada permukaan logam akan mempengaruhi kualitas ikatan. Metode umum termasuk penggilingan mekanis dan pembersihan kimia. Teknologi penataan mikro-nano laser femtosecond yang sedang berkembang tidak hanya dapat menghilangkan kontaminan sepenuhnya, namun juga membuat struktur cembung-skala nano-cembung untuk meningkatkan area kontak dan efek interlocking mekanis, yang dapat meningkatkan kekuatan ikatan antarmuka lebih dari 30%.

 

 

1.Komposit baja-Titanium

Yang paling banyak digunakan, menggabungkan ketahanan korosi titanium dengan kekuatan tinggi dan biaya rendah baja, digunakan dalam bejana bertekanan kimia, anjungan lepas pantai, pembuatan kapal dan bidang lainnya. Reaktor dan tangki penyimpanan yang dibuat darinya di industri petrokimia hanya berharga 1/3 hingga 1/5 peralatan titanium murni.

 

2.Titanium-komposit aluminium

Menggabungkan kekuatan tinggi titanium dan kepadatan aluminium yang rendah, kekuatan spesifiknya 50% lebih tinggi dibandingkan paduan aluminium tradisional, menjadikannya bahan ringan yang ideal untuk industri dirgantara dan otomotif. Katup mesin yang dibuat oleh Toyota 40% lebih ringan dari katup baja, sehingga meningkatkan kecepatan mesin sebesar 10%.

 

3.Titanium-komposit tembaga

Menggabungkan konduktivitas listrik yang tinggi dari tembaga dan ketahanan korosi dari titanium, mereka memiliki prospek yang luas dalam bidang baterai energi baru, informasi elektronik, dan bidang teknik kelautan. Sebagai pengumpul arus baterai ion natrium, baterai ini memecahkan masalah oksidasi foil tembaga dan kegagalan penyisipan natrium elektroda negatif di bawah tegangan tinggi. Data uji coba menunjukkan bahwa peningkatan impedansi antarmuka kurang dari 9% setelah 1000 siklus, dan efisiensi Coulomb siklus-pertama mencapai 89,3%.

 

 

• Regulasi antarmuka-tingkat atom: Dengan bantuan perhitungan-prinsip pertama dan simulasi dinamika molekuler, rancang struktur antarmuka dan atur keadaan elektronik secara tepat pada skala atom untuk meningkatkan kekuatan dan stabilitas ikatan antar muka.
• Komposit terintegrasi multifungsi: Mengintegrasikan konsep integrasi-fungsional struktural untuk mengembangkan material baru dengan kekuatan tinggi, konduktivitas listrik dan termal tinggi, serta ketahanan terhadap korosi.
• Teknologi persiapan yang cerdas: Mengintegrasikan kecerdasan buatan dan data besar untuk mewujudkan pemantauan-waktu nyata dan kontrol cerdas terhadap proses persiapan, serta meningkatkan konsistensi dan stabilitas kualitas produk.
•  

 

Sebagai produsen langsung tanpa biaya perantara, Ruihang mengkhususkan diri dalam R&D, produksi dan penjualan produk paduan titanium. Tim penjualan kami siap memberi Anda dukungan khusus. Jika Anda memiliki kebutuhan pembelian, jangan ragu untuk menghubungi kami:Sam.Rui@bjrh-titanium.com