تولي الشركات الأمريكية أهمية لتكنولوجيا التيتانيوم الحاصلة على براءة اختراع وإعادة تشكيل سلسلة توريد التيتانيوم المحلية الأمريكية

IperionX هي شركة رائدة في تطوير منتجات التيتانيوم من الولايات المتحدة ، مكرسة لتوفير موارد التيتانيوم عالية الجودة ومشتقاتها للصناعات المتقدمة مثل الفضاء والفضاء والمركبات الكهربائية والطباعة ثلاثية الأبعاد.تمتلك الشركة عددًا من تقنيات إنتاج التيتانيوم الرائدة الحاصلة على براءة اختراع ، مثل تكنولوجيا مسحوق الانخفاض الحراري للمعادن بمساعدة الهيدروجين (HAMR) ، وتلبد الهيدروجين والتحول الطوري (HSPT).يمكن لهذه التقنيات إنتاج منتجات التيتانيوم منخفضة الكربون ومعاد تدويرها بالكامل ، وهو أمر ذو أهمية كبيرة لتطوير صناعة تصنيع التيتانيوم المحلية في الولايات المتحدة.

مع تكنولوجيا إنتاج التيتانيوم المتقدمة ، لدى IperionX القدرة على توفير سلسلة توريد منخفضة التكلفة وأكثر استدامة لسلسلة توريد المواد الخام التيتانيوم بين الولايات المتحدة والصين.تستخدم IperionX خردة التيتانيوم لإنتاج مسحوق التيتانيوم في مصنعها التجريبي في ولاية يوتا وتخطط لتوسيع الإنتاج في مصنعها التجريبي للتيتانيوم في ولاية فرجينيا.تمتلك IperionX حصة 100٪ في مشروع Titan ، الذي يحتوي على أكبر موارد خام متوافقة مع JORC غنية بالتيتانيوم والأرض النادرة والزركون في الولايات المتحدة.

حالة تطبيق

في أغسطس 2023 ، ذكرت Antarctic Bear أن IperionX وقعت طلبًا لأجزاء التيتانيوم مع Lockheed Martin: تستخدم IperionX تكنولوجيا مسحوق المعادن الخاصة بها ومواد مسحوق التيتانيوم المتقدمة لإنتاج أجزاء التيتانيوم لمنصة Lockheed Martin-Antarctic Bear 3D Printing Network (nanjixiong.com).لوكهيد مارتن، ومقرها في بيثيسدا، ماريلاند، هي شركة عالمية للأمن والطيران مع حوالي 116000 في جميع أنحاء العالم. الموظفين ، المشاركين أساسا في أنظمة التكنولوجيا المتقدمة والمنتجات والخدمات البحث والتصميم والتطوير والتصنيع والتكامل والصيانة.

في أكتوبر ، توصلت IperionX إلى اتفاقية شراكة مع الشركة المصنعة التقليدية GKN Aerospace (GKN تستخدم IperionX للطباعة ثلاثية الأبعاد لمنصة شبكة الطباعة ثلاثية الأبعاد التيتانيوم المعاد تدويرها - Antarctic Bear (nanjixiong.com)) لإنتاج مسحوق التيتانيوم المعاد تدويره 100٪ من مواد التيتانيوم النفايات التي تقدمها GKN Aerospace.يستخدم كل من المشروعين المذكورين أعلاه IperionX براءة اختراع تلبد الهيدروجين والانتقال الطوري (HSPT). التكنولوجيا ، وهي تكنولوجيا متطورة لتعزيز الهيكل الدقيق لأجزاء التيتانيوم لتوفير نفس خصائص القوة والتعب مثل سبائك التيتانيوم المطاوعة.

تحضير تكنولوجيا HAMR منخفض الأكسجين مسحوق التيتانيوم-- اختراق العلوم والتكنولوجيا

بادئ ذي بدء ، يتم إدخال عملية مسحور جديدة تسمى تخفيض المغنيسيوم بمساعدة الهيدروجين (HAMR).في صناعة مسحوق المعادن ، يمكن تخفيض بعض المعادن الشائعة من أكاسيد إلى المعادن بواسطة الكربون (أو الهيدروجين) ، مثل الحديد والتنغستن والكوبالت وهلم جرا. من الصعب إعداد ثاني أكسيد التيتانيوم بهذه الطريقة التخفيضية بسبب الاستقرار القوي لرابطة Ti-O في مركبات TiO2.في عام 1940 ، اخترع ويليام كرول عملية (عملية كرول للاختصار) للتغلب على هذا التحدي ، والذي تم إنتاجه عن طريق كلور ثاني أكسيد التيوم في تفاعلات الكربوتر الحرارية. ثم يتم تخفيض TiCl4 بواسطة المغنيسيوم المنصهر في فراغ وتقطيره لإنتاج التيتانيوم الإسفنج (المعدن الرئيسي).ثم يتم ذوبان الإسفنج في فراغ عدة مرات لتشكيل سبائك التيتانيوم ، ثم معالجتها على الساخن في منتج مطحنة المتداول.

& nbsp؛ & nbsp؛ ومع ذلك ، اكتشف الدكتور زاك فانغ من IperionX في عام 2016 أن TiO2 يمكن تخفيضه بواسطة المغنيسيوم الصلب في الهيدروجين لأن الهيدروجين يدمر استقرار رابطة Ti-O.ينطبق هذا المبدأ أيضًا على إزالة الأكسدة لاسترداد نفايات التيتانيوم ، لأن الشوائب الأكثر صعوبة في "تنظيفها" هي الأكسجين الذي يمتصه السطح ، خاصة في الوضع الشائع لنفايات الآلات.لذلك ، طور زاك فانغ تقنية تخفيض المغنيسيوم بمساعدة الهيدروجين من خطوتين (HAMR).

& nbsp؛& nbsp؛ ▲ الميكروغرافات SEM من مساحيق CP-Ti أو Ti-6Al-4V مع عمليات مختلفة: (أ) Kroll (الإسفنج التيتانيوم) ، (ب) Armstrong ، (ج) HAMR ، (د) FFC ، (هـ) dehydrogenation dehydrogenation-HDH ، (و) التبخير الكهربائي الدوار-PREP و (ز) التبخير البلازما.

رسم بياني لخطوات المعالجة الرئيسية لعملية ▲HAMR.يمكن إعداد TiO2 النقي المستخدم في HAMR عن طريق التحميص القلوي أو الكلور أو الكبريتات.

& nbsp; & nbsp؛ لديه العديد من المزايا في استخدام الهيدروجين.بادئ ذي بدء ، يساعد الهيدروجين على تدمير استقرار نظام Ti-O وزيادة القوة الدافعة الديناميكية الحرارية للتفاعل بين Mg و Ti-O.ميزة أخرى لاستخدام الهيدروجين هي أن هيدريد التيتانيوم يتم تشكيله أثناء عملية الاختزال ، بدلاً من معدن التيتانيوم.من المعروف جيدا أن هيدريد التيتانيوم أكثر صعوبة في الأكسدة في الهواء من α-Ti ، مما يجعل من الأسهل معالجة المادة بعد تخفيض ومحتوى الأكسجين في المنتج النهائي. HAMR ومن السمات الرئيسية الأخرى للعملية استخدام الأملاح المنصهر، وخاصة أملاح المغنيسيوم، مثل MgCl2.وقد وجد أنه من الضروري استخدام الملح المنصهر لتعزيز التفاعل وتحسين حركيات عملية الاختزال بشكل كبير.تستخدم عملية HAMR خطوات إزالة الأكسدة لضمان أن محتوى الأكسجين في مسحوق المنتج النهائي منخفض بما فيه الكفاية ، أي أقل من 0.15 ٪ بالوزن من Ti العام المطلوب من قبل ASTM-B299-13.وسيتم وصف المزيد من التفاصيل عن عملية deoxidation في القسم التالي.يمكن أن ينتج الجمع بين خطوات التخفيض وإزالة الأكسدة (أي طريقة إزالة الأكسجين من TiO2 باستخدام هاتين الخطوتين) محتوى الأكسجين المنخفض بما فيه الكفاية. وقد أحدث HAMR ، أحد العوامل الرئيسية في مسحوق التيتانيوم ، ثورة في القدرة على إنتاج التيتانيوم من المعادن أو الخردة ، وهو ما كان لا يمكن تصوره في السابق.  

& تأثير nbsp; ▲ الهيدروجين على رابطة Ti-O غير مستقرة عندما رابطة Ti-O (خط صلب) مع نسبة الوزن المختلفة ورابطة Ti-O-H (خط منقوط) مع نسبة الوزن المختلفة @ 700 Co

HSPT تلبد التكنولوجيا-- جودة مماثلة لجودة عالية مزورة سبيكة التيتانيوم

& nbsp؛& nbsp؛& nbsp؛ تلبد الهيدروجين وتحويل المرحلة (HSPT) هي تكنولوجيا مملوكة ملكية تشكل جزءًا من محفظة براءات الاختراع الواسعة من تقنيات التيتانيوم.تم تطوير هذه التكنولوجيا من قبل فانغ و صن و بارامور في 2011.إنها عملية تلبد عديمة الضغط متعددة الخطوات يتم خلط فيها هيدريد التيتانيوم أو مسحوق التيتانيوم المهيدروجين جزئيًا مع السبيكة الرئيسية.تم تلبد المسحوق العنصري في جو هيدروجيني يتم التحكم فيه ديناميكيًا.بعد التلبد ، تتم إزالة الهيدروجين المتبقي عن طريق الصلب في فراغ أو غاز خامل (انظر الشكل أدناه). HSPT يتم صقل الهيكل الدقيق في نفس الوقت خلال الدورة الحرارية باستخدام تحول المرحلة في نظام (سبائك التيتانيوم) H.

الرسم البياني التخطيطي لمنحنى تلبد ▲ HSPT

عملية HSPT هي عملية منخفضة التكلفة تم تطويرها خصيصًا من قبل شركة IperionX ، والتي تستخدم لإنتاج أجزاء من سبائك التيتانيوم عالية الأداء شبه الشبكة ذات الهيكل الدقيق المزورة والخصائص الميكانيكية.تقدم HSPT خصائص ميكانيكية يمكنها التنافس مع عمليات التزوير ، ولكنها تتجنب التكاليف العالية والتكاليف العالية ، وتقبل عملية التفريغ المرتبطة بها المساحيق غير المنتجة من قبل HAMR كمواد خام.الهيكل الدقيق ل ▲ HSPT حالة متلبدة

الهيكل الدقيق ▲ متلبد في فراغ

مزيج من nbsp;& nbsp؛& nbsp؛ توفر تكنولوجيا HSPT وتكنولوجيا HAMR مسارًا واضحًا للتطبيقات الأكثر تحديًا لإنتاج أجزاء التيتانيوم عالية الجودة بتكلفة منخفضة ومستدامة.