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钛金属的奇幻之旅：如何在不浪费材料的情况下制造完美部件？
钛金属的粉末冶金技术为制造网状形状或近网状形状的部件提供了可能性，这不仅避免了材料的浪费，还减少了从锻造钢材中加工复杂组件时所需的成本。钛粉末的生产方式有两种，分别是混合元素技术和预合金技术。这些粉末随后通过金属注射成形、热等静压、直接粉末滚压或激光工程网状成型等方法进行固化。
钛粉末因其强度、轻量和耐腐蚀性而被广泛应用于航空航天、医疗植入物、3D列印、粉末冶金和表面涂层等领域。
混合元素技术 (BE)
传统的钛金属生产方法主要是通过Kroll工艺，这一过程涉及将钛矿石进行氯化，然后与碳反应生成TiCl4，接着与镁反应生成钛海绵。这些操作在高达1040摄氏度的高温下进行。生成的海绵颗粒范围在45到180微米，颗粒的形状不规则且呈多孔的海绵状。
随后，这些颗粒和合金添加剂混合，并在高达415MPa的压力下冷压成绿色紧缩体，然后在1260°C的环境下进行真空烧结，以生产99.5%密度的部件。热等静压可以进一步提高这些部件的密度，而经济性也更优于铸造或锻造部件。然而，材料中存在的孔隙会降低疲劳及断裂特性。
预合金粉末生产
生产预合金粉末有几种技术。例如，氢化脱氢工艺中，通过将固体废料、铝棒或加工过的切屑进行处理以去除污染物，然后氢化以生成脆性材料，接着在氩气环境下进行磨碎，生产出的颗粒具有好的流动性和良好的包装性能，适合用于航空部件和人工关节的多孔涂层等近网状形状的高品质制品。
在这些技术中，粉末的尺寸一般在50到300微米之间，且可以通过真空热压或热等静压进一步增强材料的特性。
粉末固化技术
有多种金属固化技术用于制造最终产品。金属注射成形是成本效益良好的方法，其利用金属粉末与聚合物粘合剂的混合来形成材料，然后注入模具加工。随后在真空下进行的热处理过程中去除粘合剂，最终进行烧结。不过，钛材料中的粘合剂可能会导致碳的引入，影响材料的机械性能。
最近的研究显示，减少粘合剂体积分数至8%以下，可在加热过程中完全去除粘合剂，提高了钛部件的性能。还有其他如直接粉末滚压、激光工程网状成型等技术也在钛金属的制造中获得成功，这些新兴技术显示出钛金属的更多潜力与应用。
新兴技术
在传统的钛生产路线中，有一些突破性的技术正在进行，以跳过常规的熔喷冶金程序。这些方法依赖于将钛矿石进行电解还原，从而具有生产便宜钛粉的潜力。尽管迄今为止，这些技术尚未开始商业销售，但未来的采用无疑会改变钛的市场格局。
在全球范围内，以沙乌地阿拉伯、中国、日本和其他国家为首的钛海绵厂正在推动钛生产的革新。印度的钛海绵工厂更是全球唯一一家能够进行所有钛海绵制造活动的工厂，为航空级钛产品的发展开辟了新的可能性。
随着这些技术的进步，钛金属的应用将会变得更加普遍，并可能在未来的工业生产中占据更加重要的地位。然而，如何在不浪费材料的情况下持续提升钛的制造效率，仍是一个值得思考的问题？
