重磅!高性能鈦合金箔材制備研發(fā)取得重大技術(shù)突破
近日,來自重慶兩江協(xié)同創(chuàng)新區(qū)明月湖的新型金屬材料與近凈成型技術(shù)團隊在950MPa級高強鈦合金箔材制備領(lǐng)域取得重大技術(shù)突破,其開發(fā)的高溫高強合金“新品”填補了國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品空白。
該技術(shù)團隊由西北工業(yè)大學重慶科創(chuàng)中心與重慶三航新材料技術(shù)研究院共同組建,團隊主持的市級重點科研項目“航空航天高溫金屬箔材研制及應(yīng)用”,突破高端金屬板箔材的高質(zhì)量制備與生產(chǎn)技術(shù)。接下來,團隊計劃在重慶三航新材料技術(shù)研究院進一步推進這項技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進程,以實現(xiàn)鈦合金板箔材的大規(guī)模生產(chǎn)。
高性能鈦合金板箔材不僅可應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域,還可拓展至宇航電子設(shè)備的包覆材料、手機折疊屏以及氫燃料電池雙極板等多個領(lǐng)域。
01、航天飛行器
鈦合金板箔材在航天飛行器中的應(yīng)用非常廣泛,例如蜂窩板、夾層結(jié)構(gòu)板等,是輕質(zhì)、高強度且耐高溫的結(jié)構(gòu)件必備的材料。然而,隨著高超音速飛行器設(shè)計理念的提出和研發(fā)要求,對輕量化結(jié)構(gòu)和耐高溫的鈦合金板箔材的需求也相應(yīng)提高。傳統(tǒng)的TA2、TA3純鈦以及TA18、TC1合金板箔材已無法滿足在高溫高應(yīng)力環(huán)境下的使用需求,因此,開發(fā)更高強度、更薄厚度、更優(yōu)異的高溫性能鈦合金板箔材變得十分迫切。
TC4合金和Ti2AlNb合金分別可承受350~500℃和500~750℃的使用溫度,具有較高的強度和剛度、更優(yōu)良的耐熱性以及更好的抗腐蝕性和疲勞性能。使用高性能鈦合金板材可提高航天飛行器結(jié)構(gòu)件的比強度和耐熱性能,從而改善飛行器的綜合性能,并為新一代高超音速飛行器提供材料基礎(chǔ)保障。
02、手機折疊屏
為了追求產(chǎn)品的輕薄、輕便,同時確保足夠的強度,手機制造商選擇應(yīng)用更多的新材料,例如在軸蓋中加入鈦合金材質(zhì)。鈦合金重量輕、十分堅固,使用鈦合金制造的鉸鏈軸蓋比鋁合金材質(zhì)的強度高出150%,鉸鏈寬度減少27%,而且具有韌性,增強耐腐蝕性,為折疊屏手機提供更可靠的保護。
03、氫燃料電池雙極板
鈦及鈦合金密度低、比強度高且在酸性環(huán)境中耐蝕性優(yōu)異,在氫燃料電池雙極板中具有較高的應(yīng)用價值。
雙極板的材料主要分為三種類型,包括石墨雙極板、復合材料雙極板和金屬雙極板。其中,金屬雙極板具備薄厚度、熱導性優(yōu)異、高機械強度以及良好的氣體阻隔性等特性,有助于提高電池的功率密度。此外,金屬材料的加工技術(shù)較為成熟,可以通過沖壓、壓鑄和激光成形等方法制造高精度的復雜流場,易于實現(xiàn)極板的大規(guī)模生產(chǎn)。因此,金屬雙極板是氫燃料電池雙極板材料的主流選擇。
在金屬材料中,不銹鋼、鋁合金和鈦合金是常見的雙極板材料。其中鈦及鈦合金密度低、比強度高,在氫燃料電池中具有優(yōu)良的耐蝕性,可以明顯降低雙極板重量和體積,進而大大提高電池的質(zhì)量功率比和體積功率比。同時,鈦及鈦合金在使用過程中產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物對質(zhì)子交換膜和催化劑的毒性較低,這有助于提高電池的穩(wěn)定性和耐久性。