Meren uudet materiaalit: Meren metalli - Titanium seos

Merisuunnittelussa käytetyillä materiaaleilla on oltava suuri lujuus, vastus meriveden hydrotermiselle korroosiolle, sulfidikorroosiolle, mikrobien kiinnittymiselle ja niillä on suuri sitkeys. Titanium, joka on kevyt, vahva ja korroosionkestävä-etenkin immuuni suolaisen veden, meriveden ja meren ilmakehän ympäristön syövyttäville vaikutuksille-on erinomainen kevyt rakenteellista materiaalia. Titanium, joka tunnetaan nimellä "Marine Metal", on kriittinen strateginen materiaali. Sitä käytetään laajasti merenkulun suunnittelussa ja sopii erityisen kevyisiin offshore -laitteisiin, joten se on yksi kentän avaintuista materiaaleista. Siksi titaani- ja titaaniseosten täysin hyödyntäminen merimateriaaleina myötävaikuttaa merkittävästi kansallisten meristrategioiden kehittämiseen.

Titaaniseosten sovellukset meren tekniikassa

Kello 1. Sovellukset merivoimien aluksissa

Titaaniseosten levitys laivanrakennuksessa alkoi 1960 -luvulla, noin vuosikymmentä myöhemmin kuin ilmailu- ja avaruusteollisuudessa. Yhdysvallat, Venäjä, Japani ja Kiina olivat ensimmäisissä maiden joukossa, jotka tutkivat titaanisovelluksia merivoimien aluksissa.

A. rungon rakennemateriaalit
Titanium-rungot verrattuna perinteisiin materiaaleihin, kuten kuituvahvistettu muovit, alumiiniseokset ja teräs, ovat kevyempiä, mahdollistavat lisääntyneen hyötykuormakapasiteetin, niillä on pidempi käyttöikä, vaativat minimaalista ylläpitoa ja ne kestävät meren biofoulointia. Esimerkiksi Japanin Nippon Steelin, Toho -tekniikan ja ETO -laivanrakennusominaisuuksien rungot, kannet ja rakenteelliset komponentit, jotka on kokonaan valmistettu titaanista, rakennetut titaanikalastusalukset. Nissei -teollisuuden rakentama "Titan Fast" -portavene on noin 12 metriä pitkä virtaviivaisella rungolla, joka minimoi vedon.

B. pumput, venttiilit, putkistot ja muut komponentit
Merivoimien aluksissa, pumput, venttiilit ja putket toimivat usein ankarissa olosuhteissa. Perinteinen kupari- tai ruostumattomasta teräksestä valmistettu putkisto kestää vain 2–5 vuotta. Titanium tarjoaa parempaa korroosio- ja eroosionkestävyyttä, hyvää saantolujuutta ja alhaisen tiheyden, mikä tekee siitä ihanteellisen ohuen seinään, pienen halkaisijan putkiin ja varusteisiin. Titaaniputkistojärjestelmät vähentävät merkittävästi painoa, pidentävät käyttöiän käyttöikää ja parantavat luotettavuutta. Esimerkiksi titaanilaiteputket painaavat noin puolet kuin B30-kuparin-nikkelputket. Sotilaallinen käyttö on osoittanut, että titaaniseosputkistojärjestelmät ovat erinomaiset mekaaniset lujuus- ja korroosionkestävyydet, ja palvelun elinkaari on yli 120, 000 tuntia (yli 40 vuotta), joka on kaukana kuparista tai ruostumattomasta teräksestä valmistetuista komponenteista.

C. Power Propulsion Systems
Titaaniseosten käyttäminen potkureille ja akseleille parantaa työntövoiman nopeutta ja käyttöiän. Yhdysvaltain merivoimissa työllistää titaanipolttimia eri astioissa, mukaan lukien 1500 mm: n halkaisijainen irrotettava superkavitaatio nelikuudun potkurit hydrafoileille. Titaniumseoksia käytetään myös vesisuihkuvoimalojärjestelmissä, kuten ti -6 al -4 V -järjestelmässä Japanin "pt -10" torpedoveneessä, joka alensi akselin painoa 600 kg: lla. Venäjän ydinvoimalaitoksissa on myös titaanihöyrymoottoreita. Titaanin työntöjärjestelmät vähentävät indusoituja virtauksia ja välttävät magneettisten kaivoksien käynnistämistä, kupariseosten ongelma.

Kiina aloitti potkurin tutkimuksen 1960 -luvulla ja kehitti vuoteen 1972 mennessä titaaniseospotkurit hydrofiilien veneille. Nykyään Kiina voi valmistaa halkaisijaltaan kiinteitä titaaniseospotkureita, joiden halkaisija on enintään 1200 mm ja paino 130 kg. Tyypin 25 torpedoveneessä titaaniseokset korvasivat AK -27 teräs- ja kupariseokset vähentämällä painoa 30–40%, pidentäen käyttöiän käyttöä, eliminoimalla pinnoitteiden tarve, biofoulingin poistojen yksinkertaistaminen ja ylläpidon yksinkertaistaminen.

Luotaja
Sonar -oikeudenmukaisuudet ovat virtaviivaisia ​​kansia, jotka vähentävät hydrodynaamista kohinaa ja suojaavat luotauslaitteita. Niiden on oltava erinomainen akustinen läpinäkyvyys. Tällä hetkellä Kiinan merivoimien alukset käyttävät ruostumattomasta teräksestä tai lasikuituvahvistettuja muovikuoveja. Vaikka Venäjä käytti kerran lasikuitua, se käyttää nyt pääasiassa titaaniseoksen kupolia. Niitä käytetään aluksissa, kuten venäläinen "Kursk", "Minsk" ja "Kiov" -lentokoneiden lentoliikenteen harjoittajat.

2. Syvänmeren upotukset

Osana Kiinan "863 -ohjelmaa", Kiinan laivanrakennusteollisuusyhtiö 702 -instituutti kehitti 7, 000- metrin upotettavissa, joka on valmistettu erityisillä titaaniseoksilla. 8 metrin pituiset, 3,4 metriä korkea ja 3 metriä leveä, se kestää 710 tonnia painetta ja integroi huipputeknologian. Miehitetty pallomitta, joka pystyy kestämään 700 paineen ilmakehää, tukee elämäntukijärjestelmää, joka on verrattavissa avaruusmatkoilla käytettyihin.

3. lauhduttimet

UNESCOn mukaan maailmanlaajuinen valtameren energiakapasiteetti saavuttaa 76,6 miljardia KW. Rannikko- ja ydinvoimalaitoksissa lauhduttimet ovat elintärkeitä komponentteja käyttämällä merivettä jäähdytysnesteenä. Perinteiset teräs- ja kupariseoksen lauhduttimet kärsivät huonosta meriveden korroosionkestävyydestä. Titaanin kestävyys ja korroosionkestävyys tekevät siitä ihanteellisen näihin sovelluksiin. Noin 3–4% maailman lämpö- ja vesivoimalaitoksista käyttää titaanilauhut ja 30% ydinvoimalaitoksista. Kiinassa kasvit, kuten Taizhou, Zhenhai, Qinshan ja Daya Bay, käyttävät all-titaanilaitteita niiden erinomaisen korroosionkestävyyden, pitkän käyttöiän, korkean lämmönsiirtotehokkuuden, turvallisuuden ja vähentyneiden ylläpitotarpeiden vuoksi.

4. Ydin -sukellusveneet

Venäjä johtaa titaaniseoksen ydinsukellusveneen tekniikkaan. Se oli ensimmäinen, joka käytti titaaniseosta painekäkeille 1960 -luvulta alkaen. Vuonna 1968 käynnistetty maailman ensimmäinen titanium-ydinasuke-sukellusvene, K -162, on toiminut yli 30 vuotta ilman tapauksia. 1970-1980-luvulla rakennettuja Alfa-luokan sukellusveneitä käytettiin noin 3, 000 tonnia titaania ja voivat sukeltaa 914 metriin. Venäjän taifuuniluokan sukellusveneissä on kaksinkertaiset rungot, jotka on valmistettu noin 9: stä, 000 tonnia titaania, tarjoamalla ei-magneettisia ominaisuuksia, syvän sukellusominaisuuksia, suuria nopeuksia, alhaisia ​​meluja ja vähentynyttä ylläpitoa.

Yhdysvaltojen Southwest Research Institute (SWRI) kehitti miehitetyn syvänmeren upotettavan Eliti -64 titaaniseoksen avulla. 2.

5. Syvänmeren asemat

Syvänmeren liikkuvia avaruusasemia, joita usein kutsutaan valtameren "Tiangongiksi", käytetään meren tieteelliseen tutkimukseen. 1960-luvulta lähtien Yhdysvalloissa ja Neuvostoliitolla on edistyneitä syvänmeren asemajärjestelmiä. Venäjän 2 000 Suunnittelu kohdistettu arktinen valtameren öljyn uuttaminen. Kiina ehdotti 1990 -luvulla konseptia rauhanomaisen meriresurssien kehittämiseksi. Nämä asemat luottavat voimakkaasti titaaniseosmateriaaleihin. "13. viiden vuoden suunnitelma" ja "2030 suuret tiede- ja teknologiainnovaatioprojektit" korostavat syvänmeren aseman rakentamista, arvioiden yli 4000 tonnia titaanimateriaaleja pääasemaa kohti.

6. meriveden suolanpoisto

Meriveden suolanpoisto on ratkaisevan tärkeää kuivilla alueilla, kuten Lähi -itä. Luotettavin ja laajalti käytetty menetelmä on monivaiheinen salama (MSF) tislaus, joka sisältää komponentit, kuten meriveden lämmittimet, lämmön talteenottoyksiköt ja erilaiset lauhduttimet. Alun perin kupariseoksilla tehdyt nämä komponentit tehdään nyt yleisesti titaanilla sen korroosionkestävyyden vuoksi, etenkin korkean lämpötilan, korkean suolaisuuden ja kloorattujen ympäristöjen vuoksi. Titaani on nyt suolanvaihtojärjestelmien lämmönvaihtimien edullinen materiaali.

Rannikkoalueiden petrokemian ja sähköteollisuuden nopean kasvun myötä merivedet korvaavat yhä enemmän makean veden jäähdytysväliaineena. Meriveden syövytyksen vuoksi perinteinen hiiliteräs tai ruostumattomasta teräksestä valmistetut letkut huonontuvat nopeasti, aiheuttaen laitteiden vikaantumisen, usein sammutukset ja taloudelliset menetykset. Titaaniputkeen päivittäminen pidentää merkittävästi lämmönvaihtimen käyttöikää ja parantaa tehokkuutta.

7. Offshore -porausalustat

Titaaniseokset ovat ihanteellisia merikäyttöjärjestelmille niiden suuren lujuuden, alhaisen tiheyden, erinomaisen korroosionkestävyyden ja sitkeyden vuoksi. Komponentit, kuten nousut, porausputket ja stressidivelet, hyötyvät titaanista tai titaani-teräskomposiiteista, parantamalla suorituskykyä ja vähentävät kustannuksia.

(1) Meriporaus nousevat
Titanium-nousut ovat kevyitä, vaurioita sietäviä ja helposti tarkastettuja. Ensin laajasti Pohjanmerellä käytettynä käytännöllisimpiä sovelluksia käytetään ruostumattomasta teräksestä\/titaani- tai komposiitti-\/titaanihybridi -nousuista kustannusnäkökohtien vuoksi.

(2) poraputket
Lyhyen radiuksen poraus (alle 18 m) tavanomaiset ruostumattomasta teräksestä valmistetut porausputket kärsivät varhaisesta väsymyksestä. Yhdysvalloissa toimiva RTI kehitti titaania porausputket, joissa yhdistettiin luokan 5 titaani CR-MO-teräsliitoksilla, vähentämällä tarttumista ja kulumista säilyttäen sitkeyttä. Vuonna 1999 10 lyhyen radius-kaivoa porattiin onnistuneesti käyttämällä 73 mm titaaniputkia. Myöhemmin jopa 63,5 mm: n putket porasivat vielä tiukempien radius-kaivojen. Titaanin ei-magneettinen luonne hyödyttää myös etsintää. Titanium laajentaa poraussyvyyttä pystysuunnassa 9,1 km: iin (verrattuna 6,1 km teräkselle) ja vaakasuoraan 9,1 km: iin. Suuremmat halkaisijaltaan putket vähentävät nostovoimaa ja vääntömomenttia 30–40% ja ylittävät hydrauliset voimansiirtorajoitukset.