Kao dobavljač praha od legura titana, svjedokom je iz prve ruke sve veća potražnja za materijalima sa poboljšanom toplotnom provodljivošću. Legure od titana poznate su po svojoj odličnoj snazi - za - težine, otpornost na koroziju i biokompatibilnost, ali njihova relativno mala toplotna provodljivost može biti ograničavajući faktor u određenim visokim visokim performansima, kao što su zrakoplovna izmjenjivača topline, elektroničkih rashladnih sustava i komponente za elektronsko hlađenje i komponente automobila. U ovom blogu istražit ću nekoliko strategija koje se mogu koristiti za jačanje toplotne provodljivosti praha od legura titana.
1. Optimizacija sastava legure
Jedan od najosnovnijih pristupa poboljšanju toplotne provodljivosti je kroz pažljivi legurni dizajn kompozicije. Legura bazne titanijuma već ima određeni skup objekata, ali dodavanjem određenih legiranih elemenata u kontroliranim količinama možemo u redu - prilagoditi njegovo termalno ponašanje.
Na primjer, elementi poput bakra i aluminija mogu se dodati u odgovarajućim proporcijama. Bakar ima visoku toplotnu provodljivost, a kada je ugrađena u matricu od legure titana, može formirati provodljiv put za prenos topline. Aluminij, s druge strane, može poboljšati ukupna mehanička svojstva, a istovremeno ima pozitivan utjecaj na toplinsku provodljivost u određenu mjeru. Međutim, ključno je napomenuti da dodavanje previše ovih elemenata može dovesti do stvaranja intermetalnih spojeva, što može zapravo smanjiti toplinsku provodljivost. Dakle, potrebno je precizno uravnotežiti.
Istraživanje je pokazalo da titanijum - bakar - aluminijske legure mogu pokazati značajno poboljšanu toplotnu provodljivost u odnosu na čisti titanijum ili neke zajedničke legure titana. Provođenjem opsežnih eksperimenata i korištenjem naprednih računarskih modela, možemo odrediti optimalnu kompoziciju koja maksimizira toplotnu provodljivost bez žrtvovanja drugih važnih svojstava poput snage i duktilnosti.
2. Poboljšanje procesa proizvodnje praha
Način na koji se proizvodi legura od titanijuma također igra vitalnu ulogu u određivanju njegove toplotne provodljivosti. Najčešći metode za proizvodnju puđičanih legura titana uključuju plinski atomizaciju i proces rotirajućeg elektroda u plazmi (prep).
Atomizacija plina uključuje topljenje legura titana, a zatim pomoću plinskog potoka visokog pritiska da razbije rastopljeni metal u fine kapljice, što učvršćuje u čestice u prahu. Stopa hlađenja tokom plinske atomizacije može imati dubok utjecaj na mikrostrukturu čestica praška. Veća stopa hlađenja može rezultirati finijom i homogenom mikrostrukturom, što je uglavnom korisno za toplotnu provodljivost. Optimiziranjem pritiska plina, vrstu plina i temperature topljenja tijekom atomizacije plina, možemo proizvesti pudere s poboljšanim termičkim svojstvima.
Način pripreme, s druge strane, koristi rotirajuću elektrodu izrađenu od legure titana. Kako se elektroda rotira, pogođen je električni luk, topljenje vrha elektrode, a centrifugalna sila baca od rastopljenog metala kao kapljice koje učvršćuju u prah. Ovaj proces može proizvesti pudere s više sferičnijim oblikom i relativno niskim sadržajem kisika. Sferni oblik čestica omogućava bolju gustoću pakiranja kada se prah koristi u aplikacijama, što može poboljšati toplinsku provodljivost pružanjem efikasnijeg puteva za prijenos topline.
3. Kontrola mikrostrukture
Mikrostruktura praha od titana od legura i narednih dijelova izrađenih od nje imaju izravan utjecaj na toplotnu provodljivost. Veličina zrna, distribucija faza i prisutnost oštećenja utječu na to kako se toplina provodi kroz materijal.
Manje veličine žita uglavnom vode do veće toplotne provodljivosti u metalima. Korištenjem tehnika poput teške plastične deformacije tokom konsolidacije praha ili toplotnog tretmana, možemo precizirati zrno strukturu legure titana. Na primjer, vrući izostatički pritisak (HIP) može se koristiti za konsolidiranje praha u gusto deo, a istovremeno kontroliše rast zrna. Tokom kuka u prahu je podvrgnut visokim temperaturi i pritisku u inertnom plinskom okruženju, što promovira difuziju i denzifikaciju tijekom minimiziranja rasta zrna.
Pored toga, važno je i kontrola distribucije faza. Neke legure od titana mogu postojati u različitim fazama, poput alfa i beta faza. Svaka faza ima različite vrijednosti toplotne provodljivosti. Podešavanjem parametara za obradu topline, možemo kontrolirati udio i distribuciju tih faza za optimizaciju toplotne provodljivosti. Na primjer, toplotna obrada koja promovira formiranje ujednačenijeg i termički provedene faze može značajno poboljšati ukupne toplotne performanse materijala.
4. Površinski tretman
Površinska obrada praha od legura titana može biti efikasan način poboljšanja toplotne provodljivosti. Premaz čestica praha s tankim slojem visokog provodnog materijala može stvoriti dodatne puteve za prijenos topline.
Na primjer, premazivanje praha od legura titana sa slojem srebra ili bakra može poboljšati njegovu toplotnu provodljivost. Srebrni i bakar su i odlični provodnici topline. Premaz se može primijeniti pomoću tehnika kao što su elektrolesiranje ili fizičko taloženje pare (PVD). Postrojenja za elektrolesiju je hemijski proces koji deponira metalni sloj na površini čestica praha bez potrebe za vanjskom električnom strujom. PVD, s druge strane, uključuje isparavanje materijala za oblaganje u vakuum komori, a zatim ga polagati na čestice praška.
Površinski tretman ne samo poboljšava toplinsku provodljivost, već može zaštititi čestice praha iz oksidacije i drugih oblika degradacije, što može dalje poboljšati dugoročnu stabilnost termičke svojstva.
5. Kompozitna formacija
Stvaranje komposova miješanjem pudera od legure titana sa drugim visokim - termički - materijali za provodljivost je još jedna obećavajuća strategija. Na primjer, dodavanje ugljičnih nanotubija (CNTS) ili grafena do praha od legura titana može formirati kompozitni materijal s poboljšanom toplinskom provodljivošću.
CNTS i grafen poznati su po svojoj izuzetno visokoj toplotnoj provodljivosti. Kada se ugradi u matricu legure titana, oni mogu formirati mrežu provodljivih staza koji olakšavaju prijenos topline. Međutim, izazov se nalazi u postizanju ujednačene disperzije CNT-ova ili grafena unutar matrice u prahu. Posebne tehnike kao što su glodanje kuglice i površinske funkcionalizacije CNTS-a ili grafena mogu se koristiti za poboljšanje njihove disperzije i međusobne vezanje sa česticama legura titana.
Druga je opcija koristiti keramičke čestice sa visokom toplotnom provodljivošću, poput silikonskog karbida (SiC) ili aluminijum nitrid (aln). Ove keramičke čestice mogu se miješati sa puderom legura titana, a zatim se konsolidirati u kompozitni materijal. Keramičke čestice mogu djelovati kao mostovi prijenosa topline unutar matrice od legure Titanium, poboljšavajući toplotnu provodljivost.
Aplikacije i potražnja na tržištu
Poboljšana toplotna provodljivost legura titanijum ima širok spektar primjene. U zrakoplovnoj industriji može se koristiti u izmjenjivačima topline za poboljšanje efikasnosti termalnih sistema upravljanja. U elektronici se može koristiti za toplotne sudopere za rasipanje topline iz visokog učinkovitijih elektroničkih komponenti. Automobilska industrija može također imati koristi od korištenja ovih prahova u komponentama motora kako bi se poboljšala toplotna efikasnost.
Tržišna potražnja za visokim materijalima iz performansi poput praha legure od titana sa poboljšanom toplinskom provodljivošću je u porastu. Kako industrije i dalje guraju granice performansi, potreba za materijalima koji mogu podnijeti visokih - toplotnih okruženja uz održavanje drugih važnih svojstava postaje sve kritičnija. Možete istražiti naše3D štampanje zubnog titana u prahuiPrašak od legure titanaProizvodi za vidjeti kako mogu ispuniti vaše specifične zahtjeve.
Zaključak
Poboljšanje termičke provodljivosti legure od legura titanijum-a je višestruki instance koji zahtijeva kombinaciju optimizacije legure, poboljšanje procesa praha, kontrole mikrostrukture, obrada površine i kompozitne formiranje. Poput naše stručnosti kao dobavljača praha od legure od legure i kontinuirano ulagati u istraživanje i razvoj, našim kupcima možemo pružiti pudere koji ispunjavaju najzahtjevnije zahtjeve za toplotnim učinkom.
Ako ste zainteresirani za proizvode u prahu od legura titana ili imati posebne zahtjeve u vezi s toplinskom provodljivošću, ohrabrujemo vas da nas kontaktirate za nabavku i daljnje tehničke rasprave. Zalažemo se za rad s vama kako bismo pronašli najbolja rješenja za svoje aplikacije.
Reference
- Jones, DH, & Smith, RW (2018). Toplotna provodljivost titanijumskih legura: pregled. Časopis za nauku o materijalima, 53 (12), 8765 - 8782.
- Chen, L., & Zhang, Y. (2019). Uticaj legiranih elemenata na toplotnu provodljivost legura titana. Acta Metalurgica Sinica, 55 (6), 789 - 798.
- Li, X., & Wang, J. (2020). Mikrostruktura i toplotna provodljivost prahovnih legura titana pripremljenih različitim metodama. Metalurška tehnologija praha, 38 (3), 201 - 210.
