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鈦金屬的奇幻之旅：如何在不浪費材料的情況下製造完美部件？
鈦金屬的粉末冶金技術為製造網狀形狀或近網狀形狀的部件提供了可能性，這不僅避免了材料的浪費，還減少了從鍛造鋼材中加工複雜組件時所需的成本。鈦粉末的生產方式有兩種，分別是混合元素技術和預合金技術。這些粉末隨後通過金屬注射成形、熱等靜壓、直接粉末滾壓或激光工程網狀成型等方法進行固化。
鈦粉末因其強度、輕量和耐腐蝕性而被廣泛應用於航空航天、醫療植入物、3D列印、粉末冶金和表面塗層等領域。
混合元素技術 (BE)
傳統的鈦金屬生產方法主要是通過Kroll工藝，這一過程涉及將鈦礦石進行氯化，然後與碳反應生成TiCl4，接著與鎂反應生成鈦海綿。這些操作在高達1040攝氏度的高溫下進行。生成的海綿顆粒範圍在45到180微米，顆粒的形狀不規則且呈多孔的海綿狀。
隨後，這些顆粒和合金添加劑混合，並在高達415MPa的壓力下冷壓成綠色緊縮體，然後在1260°C的環境下進行真空燒結，以生產99.5%密度的部件。熱等靜壓可以進一步提高這些部件的密度，而經濟性也更優於鑄造或鍛造部件。然而，材料中存在的孔隙會降低疲勞及斷裂特性。
預合金粉末生產
生產預合金粉末有幾種技術。例如，氫化脫氫工藝中，通過將固體廢料、鋁棒或加工過的切屑進行處理以去除污染物，然後氫化以生成脆性材料，接著在氬氣環境下進行磨碎，生產出的顆粒具有好的流動性和良好的包裝性能，適合用於航空部件和人工關節的多孔塗層等近網狀形狀的高品質製品。
在這些技術中，粉末的尺寸一般在50到300微米之間，且可以通過真空熱壓或熱等靜壓進一步增強材料的特性。
粉末固化技術
有多種金屬固化技術用於製造最終產品。金屬注射成形是成本效益良好的方法，其利用金屬粉末與聚合物粘合劑的混合來形成材料，然後注入模具加工。隨後在真空下進行的熱處理過程中去除粘合劑，最終進行燒結。不過，鈦材料中的粘合劑可能會導致碳的引入，影響材料的機械性能。
最近的研究顯示，減少粘合劑體積分數至8%以下，可在加熱過程中完全去除粘合劑，提高了鈦部件的性能。還有其他如直接粉末滾壓、激光工程網狀成型等技術也在鈦金屬的製造中獲得成功，這些新興技術顯示出鈦金屬的更多潛力與應用。
新興技術
在傳統的鈦生產路線中，有一些突破性的技術正在進行，以跳過常規的熔噴冶金程序。這些方法依賴于將鈦礦石進行電解還原，從而具有生產便宜鈦粉的潛力。儘管迄今為止，這些技術尚未開始商業銷售，但未來的採用無疑會改變鈦的市場格局。
在全球範圍內，以沙烏地阿拉伯、中國、日本和其他國家為首的鈦海綿廠正在推動鈦生產的革新。印度的鈦海綿工廠更是全球唯一一家能夠進行所有鈦海綿製造活動的工廠，為航空級鈦產品的發展開闢了新的可能性。
隨著這些技術的進步，鈦金屬的應用將會變得更加普遍，並可能在未來的工業生產中佔據更加重要的地位。然而，如何在不浪費材料的情況下持續提升鈦的製造效率，仍是一個值得思考的問題？
