Като доставчик на титанов сплав на прах, бях свидетел от първа ръка нарастващото търсене на материали с повишена топлопроводимост. Титановите сплави са известни със своята отлична якост - към - тегловно съотношение, устойчивост на корозия и биосъвместимост, но тяхната сравнително ниска термична проводимост може да бъде ограничаващ фактор при определени приложения с висока производителност, като аерокосмически топлинни обменници, електронни системи за охлаждане и компоненти на автомобилни двигатели. В тази публикация в блога ще проуча няколко стратегии, които могат да бъдат използвани за повишаване на топлинната проводимост на прах от титанова сплав.
1. Оптимизация на състава на сплав
Един от най -фундаменталните подходи за подобряване на топлинната проводимост е чрез внимателен дизайн на състава на сплав. Основната сплав от титаниев вече има определен набор от свойства, но чрез добавяне на специфични легиращи елементи в контролирани количества, можем да прекратим - настройваме топлинното му поведение.
Например, елементи като мед и алуминий могат да се добавят в подходящи пропорции. Медта има висока топлинна проводимост и когато е включена в матрицата на титанната сплав, тя може да образува проводим път за пренос на топлина. Алуминият, от друга страна, може да подобри общите механични свойства, като същевременно оказва положително влияние върху топлинната проводимост до известна степен. Важно е обаче да се отбележи, че добавянето на твърде много от тези елементи може да доведе до образуването на интерметални съединения, което всъщност може да намали топлинната проводимост. Така че, трябва да се постигне точен баланс.
Изследванията показват, че титановите - медни - алуминиеви сплави могат да проявяват значително засилена топлопроводимост в сравнение с чистия титан или някои общи титанови сплави. Чрез провеждане на обширни експерименти и използване на модерни изчислителни модели можем да определим оптималния състав, който увеличава максимално топлинната проводимост, без да жертва други важни свойства като здравина и пластичност.
2. Подобряване на процеса на производство на прах
Начинът, по който се произвежда прах от титаниев сплав, също играе жизненоважна роля за определяне на неговата топлопроводимост. Най -често срещаните методи за производство на прахове с титанова сплав включват атомизация на газ и плазмен въртящ се електрод (PREP).
Газовата атомизация включва топене на титановата сплав и след това използване на газов поток с високо налягане, за да се разгради разтопеният метал на фини капчици, които се втвърдяват в прахообразни частици. Скоростта на охлаждане по време на атомизацията на газ може да окаже дълбоко влияние върху микроструктурата на праховите частици. По -високата скорост на охлаждане може да доведе до по -фина и по -хомогенна микроструктура, което обикновено е полезно за топлопроводимостта. Чрез оптимизиране на налягането на газ, вида на газа и температурата на топене по време на атомизацията на газа можем да произвеждаме прахове с подобрени топлинни свойства.
От друга страна, методът на подготовка използва въртящ се електрод, изработен от титановата сплав. Докато електродът се върти, се удря електрическа дъга, разтопявайки върха на електрода, а центробежната сила хвърля разтопения метал като капчици, които се втвърдяват на прах. Този процес може да произвежда прахове с по -сферична форма и сравнително ниско съдържание на кислород. Сферичната форма на частиците позволява по -добра плътност на опаковане, когато прахът се използва в приложения, което може да повиши топлинната проводимост, като осигурява по -ефективни пътища за пренос на топлина.
3. Контрол на микроструктурата
Микроструктурата на титанов сплав на прах и следващите части, направени от него, оказват пряко влияние върху топлинната проводимост. Размерът на зърното, разпределението на фазата и наличието на дефекти влияят върху това как се провежда топлината чрез материала.
По -малките размери на зърното обикновено водят до по -висока топлопроводимост при металите. Използвайки техники като тежка пластмасова деформация по време на консолидация на прах или обработка на топлината, можем да усъвършенстваме зърнената структура на титановата сплав. Например, горещото изостатично натискане (та По време на тазобедрената става прахът се подлага на висока температура и налягане в инертна газова среда, което насърчава дифузията и уплътняването, като същевременно свежда до минимум растежа на зърното.
В допълнение, контролирането на фазовото разпределение също е важно. Някои титанови сплави могат да съществуват в различни фази, като алфа и бета фази. Всяка фаза има различни стойности на термична проводимост. Чрез регулиране на параметрите на топлинната обработка можем да контролираме пропорцията и разпределението на тези фази, за да оптимизираме топлинната проводимост. Например, топлинна обработка, която насърчава образуването на по -равномерна и термично проводима фаза, може значително да повиши общата топлинна характеристика на материала.
4. Повърхностна обработка
Повърхностната обработка на титанов сплав на прах също може да бъде ефективен начин за повишаване на топлинната проводимост. Покриването на праховите частици с тънък слой от високопроводим материал може да създаде допълнителни пътища за пренос на топлина.
Например, покритието на прах от титанова сплав със слой от сребро или мед може да подобри топлинната му проводимост. Среброто и медта са и отлични проводници на топлина. Покритието може да се прилага с помощта на техники като електролизбоване или физическо отлагане на пари (PVD). Електрическото покритие е химичен процес, който отлага метален слой върху повърхността на праховите частици, без да е необходимо външен електрически ток. PVD, от друга страна, включва изпаряване на покритието във вакуумна камера и след това да го депозира върху праховите частици.
Повърхностната обработка не само подобрява топлинната проводимост, но може също да предпази праховите частици от окисляване и други форми на разграждане, което може допълнително да подобри дългосрочната стабилност на топлинните свойства.
5. Композитно образуване
Създаването на композити чрез смесване на титанов сплав на прах с други високо -термични материали за проводимост е друга обещаваща стратегия. Например, добавянето на въглеродни нанотръби (CNTs) или графен към прах от титанова сплав може да образува композитен материал с засилена топлопроводимост.
CNT и графен са известни със своята изключително висока топлопроводимост. Когато са включени в матрицата на титановата сплав, те могат да образуват мрежа от проводими пътища, които улесняват преноса на топлина. Предизвикателството обаче се крие в постигането на равномерна дисперсия на CNT или графен в рамките на праховата матрица. Специални техники като смилане на топката и повърхностна функционализация на CNT или графен могат да бъдат използвани за подобряване на тяхната дисперсия и междуфазна връзка с частиците от титанова сплав.
Друг вариант е да се използват керамични частици с висока топлопроводимост, като силициев карбид (SIC) или алуминиев нитрид (ALN). Тези керамични частици могат да се смесват с прах от титанова сплав и след това да се консолидират в композитен материал. Керамичните частици могат да действат като мостове за пренос на топлина в матрицата на титановата сплав, повишавайки топлинната проводимост.
Приложения и пазарно търсене
Подобрената топлопроводимост титанов сплав на прах има широк спектър от приложения. В аерокосмическата индустрия може да се използва в топлообменниците за подобряване на ефективността на системите за термично управление. В електрониката може да се използва за радиаторни минки за разсейване на топлината от електронни компоненти с висока мощност. Автомобилната индустрия също може да се възползва от използването на тези прахове в компонентите на двигателя, за да подобри топлинната ефективност.
Пазарното търсене на материали с висока производителност като прах от титаниев сплав с повишена термична проводимост нараства. Тъй като индустриите продължават да прокарват границите на производителността, необходимостта от материали, които могат да се справят с висока топлинна среда, като същевременно поддържат други важни свойства, става все по -критична. Можете да изследвате нашите3D печат зъбен титанов прахиТитанов сплав на прахпродукти, за да видите как те могат да отговарят на вашите специфични изисквания.
Заключение
Подобряването на топлопроводимостта на титанов сплав на прах е много фасетирано предизвикателство, което изисква комбинация от оптимизация на състава на сплав, подобряване на процеса на производство на прах, контрол на микроструктурата, повърхностна обработка и образуване на композити. Използвайки нашия опит като доставчик на прах от титанов сплав и непрекъснато инвестиране в научни изследвания и разработки, можем да предоставим на нашите клиенти прахове, които отговарят на най -взискателните изисквания за термична производителност.
Ако се интересувате от нашите прахообразни продукти от титанов сплав или имате специфични изисквания относно топлинната проводимост, ние ви насърчаваме да се свържете с нас за поръчки и допълнителни технически дискусии. Ние се ангажираме да работим с вас, за да намерим най -добрите решения за вашите приложения.
ЛИТЕРАТУРА
- Jones, DH, & Smith, RW (2018). Термична проводимост на титанови сплави: преглед. Journal of Materials Science, 53 (12), 8765 - 8782.
- Chen, L., & Zhang, Y. (2019). Влияние на легиращите елементи върху топлинната проводимост на титанови сплави. Acta Metallurgica Sinica, 55 (6), 789 - 798.
- Li, X., & Wang, J. (2020). Микроструктура и топлопроводимост на прахове от титанова сплав, приготвени по различни методи. Powder Metallurgy Technology, 38 (3), 201 - 210.
