鈦絲滲碳表面處理
鈦絲同碳形成一種較高硬度的穩(wěn)定碳化物。在鈦和碳之間的碳化層的增長由碳化層中鈦的擴散速度來決定。
碳在鈦中的溶解度小，于850X:時總計為0.3%,而在600C時大約降到0.1%B由于碳在鈦中的溶解度小，所以基本上只有通過碳化鈦層及其下邊扠域的沉積層來達到表面硬化的目的。必須在脫除氧的條件下進行滲碳，因為適用于鋼常用滲碳的粉末對著一氧化碳或含氧的一氧化碳表面而形成的表面層硬度達到2700MPa及8500MPa,并目.很容易剝落。
與此相比，在脫氧或脫碳條件下，于木炭中滲碳時可能形成一層薄的碳化鈦層。這層的硬度為32OUOMPa,符合于碳化鈦的硬度。滲碳層的深度大致大于在同等條件下用氮滲氮時滲氮層的深度。在氧富集的條件下必須考慮到氧的吸收影響硬化深度。只有在很薄的層厚條件下，于真空中或氬-甲烷氣氛中滲人碳粉才可能形成足夠的粘附強度與此相比，采用氣體滲碳劑可能形成特別硬而粘結性良好的碳化鈦硬化層。同時在950T:和10201:之間溫度的條件下形成的硬化展在50fim和之間。隨著層厚的增加，碳化鈦層變得比較脆，并且趨向于剝落t為了避免由于芮烷分解而使碳的夾雜物侵人碳化鈦層，應采用大約體積分數為2%芮烷的規(guī)定劑量添加劑在惰性氣體中進行氣體滲碳。當采用丙烷添加劑而利用甲烷滲碳的時候就形成較低的表面硬度。當粘合伍力達到卯OkPa條件下在采用氣體滲碳的丙烷時,雖然測量出的硬化層厚度很薄，但卻具有最耐磨損性能。在采用氣體型滲碳劑條件下吸收氫，但是在真空退火時卻又不得不重新脫除它。
鈦在地殼中的含量很豐富，我國的鈦資源位居世界，探明儲量約占38.8%，分布在20多個省區(qū)的100多處礦區(qū)，主要集中在西南、中南和華北地區(qū)。攀西地區(qū)的釩鈦磁鐵礦是的綜合性礦床，儲量十分豐富，占我國鈦資源的92%，為我國鈦工業(yè)提供了雄厚的資源基礎。然而目前生產鈦的工藝周期長、能耗高、污染嚴重等特點造成鈦的價格昂貴，很大程度上限制了鈦的使用，也由此可見開發(fā)新的低成本鈦的生產方法，對加速我國由目前世界上鈦資源大國向鈦生產強國的轉變具有極其深遠的意義。
傳統(tǒng)鈦冶金工藝
傳統(tǒng)的鈦冶煉工藝是“克勞爾法"，它利用金屬鈉或金屬鎂來還原四氯化鈦，得到金屬鈦。由于鈦是在鈦的熔點以下產生的，所產生的鈦金屬是海綿狀的，因此被稱為“海綿鈦"。
克勞爾法工藝有三個主要過程：富鈦材料的制備，四氯化鈦的制備和還原蒸餾以生產海綿鈦。
富鈦材料通常由鈦鐵礦制備，以盡可能去除鐵，豐富鈦組分；TiCl4[i]由氯制備，將鈦組分從氧化物轉化為氯化物，包括氯化和精煉；用金屬鎂蒸汽還原蒸餾四氯化鈦，在900℃左右四氯化鈦和鎂蒸汽混合反應便可得到海綿鈦。
但克勞爾法工藝不連續(xù)，流程長，工藝多，而TiCl4在室溫下又具有揮發(fā)性和腐蝕性，使得海綿鈦的生產成本很高，限制了鈦在各個行業(yè)的應用。[2]
鈦冶金新工藝
為了降低金屬鈦的生產成本，相關人員探索研究了許多提取鈦的新方法，主要有TiCl4電解工藝、ITP( Armstrong)工藝、FFC工藝、OS工藝、預還原成型工藝(PRP)、QT工藝、MER工藝。
1.TiCl4電解制取金屬
鈦的氧化物和鈦的氯化物,都可以作為工業(yè)生產鈦的原料。但到目前為止，只有氯化鈦已被用作鈦金屬工業(yè)生產的前體。這主要是因為氧氣和碳氧、碳鈦具有很強的親和力，產品的氧含量嚴重影響鈦和鈦合金的性能。在早期，氯化被認為是去除鈦中氧碳的有效方法。因此，鈦金屬的工業(yè)生產涉及TiCl4的制備和純化。目前以TiCl4為前驅，國內外開展了大量研究，主要包括鈉熱還原，氧還原氫還原和熱解還原氫還原和直接電解。
2.Armstrong/ITP（international Titanium Powder)工藝
成立于1997年的美國芝加哥國際鈦鐵粉公司，一直致力于開發(fā)和商業(yè)應用。其發(fā)明者Armstrong使用氣態(tài)鈉還原TiCl4，實現(xiàn)了鈦粉的連續(xù)生產。這種方法的核心技術是通過一個內部噴嘴將TiCl4蒸氣噴入到鈉氣流中，反應在噴嘴處立即發(fā)生，生成的NaCl和鈦粉被過量的鈉氣流帶出反應器，進入下一步分離階段，經過蒸餾、過濾和洗滌得到金屬鈦粉，試驗性工廠中產品含氧量小于0.1%，氯含量為(50-100)×106。目前ITP公司正在優(yōu)化工藝來提高產品的質量，生產出能直接用于粉末冶金、噴射成型等快速加工的合格鈦粉，同時致力于減小鈦粉生產過程對環(huán)境的影響。
Armstrong工藝作為氣反應，化學反應瞬間爆發(fā)，大大縮短了反應時間，減少了單位能耗；生產過程連續(xù)，并且產品為粗大顆粒狀的粉末，純度比較高，能直接用作粉末冶金；副產物水解為鈉與氯氣可循環(huán)透過；此外，該工藝可直接制造合金，如Ti-6A1-4V，Ti-A1合金等。目前需克服的問題是以此TiCl4為原料，防止不了氯化過程，需改進工藝來達環(huán)境的要求，擴大測試之中產品質量的保證、延長Armstrong反應器的使用壽命與減少企業(yè)采用該工藝所需的后期投資成本等。
3.FFC工藝
FFC法又稱為劍橋工藝,2000年由英國劍橋大學的D.J.Fray教授及其合作者提出。它是使固體TiO?經過一定處理后作為陰極，石墨作為陽極，堿土金屬的熔融氯化物作為電解質進行熔鹽電解，當外加的電壓低于熔鹽的分解電壓時(實驗中的工作電壓為28~32V)，陰極上的氧電離后進人電解質擴散到陽極，并在陽極生成O?或與碳結合生成CO?[ii]氣體放出，陰極上則析出純金屬鈦。該方法由于將原有的電化學脫氧過程轉變?yōu)橹苯右匝趸餅樵想娊馍a金屬鈦，引起了世界冶金界專家學者和產業(yè)界的極大興趣。
FFC法的優(yōu)點為：不產生氯氣，不使用TiCl4等強腐蝕性污染環(huán)境的化學物質，是一種綠色工藝；生產周期短，產品適于粉末冶金成形，取消了鑄造、機加工和其他昂貴的加工過程，可節(jié)省大量的生產成本。但其存在產物的海綿鈦氧含量較高，工藝不連續(xù)。
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