3D打印技術(shù)造出新型鈦合金 2023鈦合金國內(nèi)市場應(yīng)用需求巨大

• 黃江 2023年6月6日 來源：新浪 944 59
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新鈦合金由兩種鈦晶體的混合物組成，稱為α-鈦相和β-鈦相，每種鈦晶體對應(yīng)于特定的原子排列。氧氣和鐵是α-鈦相和β-鈦相的兩種最強大的穩(wěn)定劑和強化劑，它們豐富而廉價。

鈦合金的硬度人于350 HBS或300 HBS都難進行切削加工，但困難的原因不在于硬度方面，而在于鈦合金本身的力學(xué)、化學(xué)、物理性能問的綜合，切削加工特點表現(xiàn)為：變形系數(shù)小;切削溫度高;主切削力小而背向力大;切屑呈擠裂狀，加工表面易生成硬脆變質(zhì)層;粘刀現(xiàn)象嚴(yán)重。所以鈦合金加工設(shè)備需要克服以上問題，并且具有高剛性、高穩(wěn)定性，高精度保持性，主軸熱平衡性，高效率、重切削等特點功能。

鈦合金需求方面，我國鈦材使用以化工領(lǐng)域為主，航空航天領(lǐng)域鈦材需求量快速增長。根據(jù)中國有色金屬工業(yè)協(xié)會鈦鋯鉿分會的統(tǒng)計，國內(nèi)主要鈦材生產(chǎn)企業(yè)在化工領(lǐng)域的銷量占總銷量比例為50%左右。在航空航天領(lǐng)域，鈦材銷量保持快速增長。

3D打印技術(shù)造出新型鈦合金

包括澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)、悉尼大學(xué)在內(nèi)的國際研究團隊將合金和3D打印工藝結(jié)合在一起，創(chuàng)造出了一種新的鈦合金，這種合金在拉伸下堅固而不脆。這項發(fā)表在最新一期《自然》雜志上的突破，為在航空航天、生物醫(yī)學(xué)、化學(xué)工程、空間和能源技術(shù)中應(yīng)用的新一類更可持續(xù)的高性能鈦合金的研制帶來了希望。

新鈦合金由兩種鈦晶體的混合物組成，稱為α-鈦相和β-鈦相，每種鈦晶體對應(yīng)于特定的原子排列。氧氣和鐵是α-鈦相和β-鈦相的兩種最強大的穩(wěn)定劑和強化劑，它們豐富而廉價。

但研究人員發(fā)現(xiàn)，有兩個挑戰(zhàn)阻礙了通過傳統(tǒng)制造工藝開發(fā)堅韌的α-β鈦氧鐵合金。一個挑戰(zhàn)是氧氣會使鈦變脆;另一個挑戰(zhàn)是加入鐵可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的冶金缺陷，形成大塊β鈦。

該團隊使用了激光定向能沉積從金屬粉末打印出他們的合金，這是一種適用于制造大型復(fù)雜零件的3D打印工藝。他們將合金設(shè)計理念與3D打印工藝設(shè)計結(jié)合，確定了一系列堅固、延展性好、易于打印的合金。

關(guān)鍵的推動因素是氧和鐵原子在α-鈦相和β-鈦相內(nèi)部和二者之間的獨特分布。研究人員在α-鈦相中設(shè)計了一種納米級的氧梯度，具有堅固的高氧段和延展性的低氧段，從而能夠?qū)植吭渔I施加控制，降低了潛在脆化的可能性。

2023鈦合金國內(nèi)市場應(yīng)用需求巨大

高端鈦材應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，國內(nèi)市場需求巨大，同時，高端鈦材涵蓋的行業(yè)既包括“一帶一路”戰(zhàn)略重點支持的“走出去”行業(yè)，也屬于“中國制造2025”大力推動的重點領(lǐng)域，將獲得國家政策的大力支持?！笆奈濉逼陂g，新能源基建和新能源汽車的發(fā)展將是重頭戲，未來再國家政策的推動下，市場規(guī)模將繼續(xù)提升。

在超萬億的龐大國防開支下，我國鈦合金加工設(shè)備行業(yè)利潤增長繼續(xù)保持穩(wěn)定態(tài)勢。在國家戰(zhàn)略背景下，中國鈦合金加工設(shè)備產(chǎn)業(yè)的國家模式不斷擴大，鈦合金加工設(shè)備企業(yè)總資產(chǎn)和收入不斷增加。近年來鈦合金加工設(shè)備總收入增長率明顯強于同期經(jīng)濟增長率。除了資產(chǎn)和收入的穩(wěn)步增長，鈦合金加工設(shè)備企業(yè)的盈利水平也在逐年提高。預(yù)計“十四五”時期中國鈦合金加工設(shè)備行業(yè)整體利潤水平較強，業(yè)績增長明顯擴大。

根據(jù)中研普華研究院《2023-2028年鈦合金加工設(shè)備行業(yè)市場深度調(diào)研與前景分析預(yù)測報告》顯示：

鈦和鈦合金大量應(yīng)用于航空工業(yè)，有“空間金屬”之稱。此外，在造船工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、制造機械部件、通信器材、硬質(zhì)合金等方面有著日益廣泛的應(yīng)用。我國鈦產(chǎn)業(yè)主要分為鈦礦采選、鈦白粉生產(chǎn)、海綿鈦—鈦材生產(chǎn)三大板塊。

鈦產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展補短板

《2022年中國鈦工業(yè)發(fā)展報告》顯示，2022年，我國鈦產(chǎn)業(yè)相關(guān)主體在海綿鈦冶煉、鈦材加工環(huán)節(jié)，不斷探索節(jié)能降耗新工藝，積極響應(yīng)國家推進綠色低碳發(fā)展的有關(guān)要求。

2022年，行業(yè)制定了新的《海綿鈦和鈦錠能源消耗限額》，大幅提升了節(jié)能減排要求，有效促進綠色低碳轉(zhuǎn)型。為此，部分企業(yè)準(zhǔn)備建設(shè)分布式光伏電站，提高水電、風(fēng)電、光電的使用比例。

2022年，在推動產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展方面，多家企業(yè)取得技術(shù)突破。寶鈦集團航空用鈦合金薄壁型材加工技術(shù)取得突破，順利通過裝機評審，同時成功研制出高強高韌鈦合金板材。攀鋼集團全力推進高爐渣提鈦產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)，全年電爐可開動率提高15.93%、立磨襯板壽命提高50%、定修周期延長5天，同時，成功突破寬幅鈦箔材軋制技術(shù)并生產(chǎn)出“手撕”鈦箔材產(chǎn)品。西北有色金屬研究院控股的西安賽特新材料科技股份有限公司打通了鈦合金、高溫合金葉片和人工關(guān)節(jié)精鍛件的全流程制備加工技術(shù)。洛陽雙瑞萬基鈦業(yè)有限公司開展高純凈性、高均勻性、高一致性、低成本海綿鈦技術(shù)攻關(guān)，10噸爐航空級小顆粒海綿鈦得料率達到80%，開展沸騰氯化高鈦渣的應(yīng)用，進行高鈦渣替代進口金紅石規(guī)?；a(chǎn)高品質(zhì)海綿鈦應(yīng)用技術(shù)研究。

要實現(xiàn)綠色發(fā)展目標(biāo)，鈦產(chǎn)業(yè)仍需加大科技攻關(guān)力度，久久為功。中國有色金屬工業(yè)協(xié)會鈦鋯鉿分會副會長兼秘書長安仲生認(rèn)為，海綿鈦生產(chǎn)過程中能耗過高的問題需要得到進一步解決。通過技術(shù)提升，降低海綿鈦的能耗問題，也可以降低生產(chǎn)成本，更有利于擴大應(yīng)用。目前最前沿的電解鈦工藝技術(shù)可能會為鈦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來革命性突破，鈦鋯鉿分會也在持續(xù)關(guān)注各高校院所在電解鈦工藝方面的進展與突破，為該工藝早日進入工業(yè)化應(yīng)用階段提供助力。

從政策環(huán)境看，我國鈦產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展補短板迎來利好。2022年11月，工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展改革委、生態(tài)環(huán)境部三部委聯(lián)合印發(fā)《有色金屬行業(yè)碳達峰實施方案》。該方案明確提出，“十四五”期間，有色金屬產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、用能結(jié)構(gòu)明顯優(yōu)化，低碳工藝研發(fā)應(yīng)用取得重要進展，重點品種單位產(chǎn)品能耗、碳排放強度進一步降低，再生金屬供應(yīng)占比達到24%以上?！笆逦濉逼陂g，有色金屬行業(yè)用能結(jié)構(gòu)大幅改善，電解鋁使用可再生能源比例達到30%以上，綠色低碳、循環(huán)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)體系基本建立。確保2030年前有色金屬行業(yè)實現(xiàn)碳達峰。

據(jù)了解，國外鈦金屬的回收利用率在30%以上，而我國只有不到10%，我國對鈦的回收再利用相關(guān)環(huán)節(jié)存在堵點難點。該《方案》的出臺，對提高我國鈦回收再利用水平將起到助推作用。

加強科普宣傳對于鈦產(chǎn)業(yè)的綠色發(fā)展也很重要。近幾年，我國鈦產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量得到提升，產(chǎn)品性價比優(yōu)勢更加明顯。但在一些鈦材應(yīng)用較少的領(lǐng)域，對鈦的認(rèn)知還停留在過去的高性能、高成本。

《2023-2028年鈦合金加工設(shè)備行業(yè)市場深度調(diào)研與前景分析預(yù)測報告》由中研普華研究院撰寫，本報告對該行業(yè)的供需狀況、發(fā)展現(xiàn)狀、行業(yè)發(fā)展變化等進行了分析，重點分析了行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、如何面對行業(yè)的發(fā)展挑戰(zhàn)、行業(yè)的發(fā)展建議、行業(yè)競爭力，以及行業(yè)的投資分析和趨勢預(yù)測等等。報告還綜合了行業(yè)的整體發(fā)展動態(tài)，對行業(yè)在產(chǎn)品方面提供了參考建議和具體解決辦法。

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  2023-2028年鈦合金加工設(shè)備行業(yè)市場深度調(diào)研與前景分析預(yù)測報告

  鈦合金的硬度人于350 HBS或300 HBS都難進行切削加工，但困難的原因不在于硬度方面，而在于鈦合金本身的力學(xué)、化學(xué)、物理性能問的綜合，切削加工特點表現(xiàn)為：變形系數(shù)小；切削溫度高；主切削力...

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