Novi morski materiali: morska kovina - titanijeva zlitina

Materiali, ki se uporabljajo v pomorskem inženiringu, morajo imeti visoko trdnost, odpornost na hidrotermalno korozijo morske vode, sulfidno korozijo, mikrobno pritrditev in imeti visoko žilavost. Titan, ki je lahek, močan in odporen proti koroziji, zlasti imun na korozivne učinke slane vode, morske vode in morskega atmosferskega okolja-je odličen lahki konstrukcijski material. Titan, znan kot "morska kovina", je kritični strateški material. Široko se uporablja v pomorskem inženiringu in je še posebej primeren za lažjo na morju, zaradi česar je eden ključnih novih materialov na terenu. Zato bo v celoti uporaba titanov in titanskih zlitin kot morskih materialov bistveno prispevala k razvoju nacionalnih morskih strategij.

Uporaba titanovih zlitin v morskem inženiringu

1. prijave na mornariških ladjah

Uporaba titanovih zlitin v ladijski gradnji se je začela v šestdesetih letih prejšnjega stoletja, približno desetletje pozneje kot v vesoljski industriji. ZDA, Rusija, Japonska in Kitajska so bile med prvimi državami, ki so raziskovale aplikacije titana v mornariških plovilih.

A. Strukturni materiali trupa
Titanijevi trupi v primerjavi s tradicionalnimi materiali, kot so plastika, ojačana z vlakninami, aluminijaste zlitine in jeklo, so lažja, omogočajo povečano zmogljivost koristi, imajo daljše življenjske dobe, zahtevajo minimalno vzdrževanje in so odporni na morsko biogoriranje. Na primer, ribiška plovila iz titana, ki so jih zgradili Japonsko jeklo Nippon, Toho Technology in ETO Shipbuilding, imajo trupe, palube in konstrukcijske sestavine, ki so v celoti iz titana. Gliser "Titan Fast", ki ga je zgradila industrija Nissei, je dolga približno 12 metrov z racionaliziranim trupom, ki minimizira vleko.

B. Črpalke, ventili, cevovodi in druge komponente
Na mornariških posodah, črpalkah, ventilih in cevi pogosto delujejo v težkih pogojih. Tradicionalni baker ali cevovodi iz nerjavečega jekla trajajo le 2–5 let. Titanium ponuja vrhunsko korozijo in odpornost na erozijo, dobro moč donosa in nizko gostoto, zaradi česar je idealen za tanke stene, malega premera in okovje. Sistemi cevovodov iz titana znatno zmanjšajo težo, podaljšajo življenjsko dobo in izboljšajo zanesljivost. Na primer, cevi za kondenzator iz titana tehtajo približno polovico toliko kot B30 bakrene cevi. Vojaška uporaba je pokazala, da imajo sistemi cevovodov iz titanijevih zlitin odlično mehansko trdnost in korozijsko odpornost, pri čemer se življenjska doba storitve presega 120, 000 ure (več kot 40 let), ki so zelo presegli komponente bakra ali nerjavečega jekla.

C. Pogonski pogonski sistemi
Uporaba titanovih zlitin za propelerje in gredi izboljša hitrost pogona in življenjsko dobo. Ameriška mornarica uporablja titanijeve propelerje na različnih plovilih, vključno s snemljivimi smermi s premerom 1.500 mm, ki so za hidrofore. Titanijeve zlitine se uporabljajo tudi v sistemih pogonskih vodnih curkov, kot je ti -6 al -4 v sistemu na japonskem čolnu "PT -10", ki je zmanjšala maso gredi za 600 kg. Ruski jedrski ledolomi so tudi titanijevi parni motorji. Titanijevi pogonski sistemi zmanjšujejo inducirane tokove in se izogibajo sprožitvi magnetnih min, kar je težava z bakrenimi zlitinami.

Kitajska je začela propelerske raziskave v šestdesetih letih prejšnjega stoletja in do leta 1972 razvijala propelerje titanijeve zlitine za hidrofoil čolne. Danes lahko Kitajska izdeluje fiksne propelerje titanijeve zlitine do 1.200 mm premera in tehta 130 kg. Na torpednih čolnih tipa 25 so titanijeve zlitine zamenjale AK -27 jeklene in bakrene zlitine, zmanjšale težo za 30–40%, podaljšale življenjsko dobo, odpravile potrebo po premazu, olajšali biološko odstranjevanje in poenostavili vzdrževanje.

Sonarne kupole
Sonarski selami so racionalizirani pokrovi, ki zmanjšujejo hidrodinamični hrup in ščitijo sonarno opremo. Te morajo imeti odlično akustično prosojnost. Trenutno kitajska mornariška plovila uporabljajo plastične sonarne kupole iz nerjavečega jekla ali vlaken. Medtem ko je Rusija nekoč uporabljala steklene steklene vlake, zdaj uporablja predvsem kupole iz titanijeve zlitine. Uporabljajo se na plovilih, kot so ruski "Kursk", "Minsk" in "Kijev" letalski prevozniki.

2. globokomorski potomci

Kot del Kitajskega programa "{0}}", je 702 Inštituta China Shipbuilding Industry Corporation razvil 7, 000- števci, narejen s posebnimi titanijevimi zlitinami. Če merimo 8 metrov, visok 3,4 metra in širok 3 metre, lahko zdrži 710 ton tlaka in vključuje vrhunske tehnologije. Sferična kabina s posadko, ki je sposobna prenesti 700 atmosfere pritiska, podpira sistem življenjske podpore, ki je primerljiv s tistimi, ki se uporabljajo v vesoljskih misijah.

3. Kondenzatorji

Po podatkih UNESCO globalna zmogljivost oceanske energije doseže 76,6 milijarde kW. V obalnih in jedrskih elektrarnah so kondenzatorji vitalne sestavine, ki uporabljajo morsko vodo kot hladilno tekočino. Tradicionalni kondenzatorji jeklenih in bakrenih zlitin trpijo zaradi slabe odpornosti proti koroziji morske vode. Trajna trajnost in korozijska odpornost titana sta idealna za te aplikacije. Približno 3–4% svetovnih toplotnih in hidroelektrarn uporablja titanove kondenzatorje in 30% jedrskih elektrarn. Na Kitajskem rastline, kot so Taizhou, Zhenhai, Qinshan in Daya Bay, uporabljajo vse kondenzatorje vseh titanov zaradi odlične korozijske odpornosti, dolge življenjske dobe, visoke učinkovitosti prenosa toplote, varnosti in zmanjšanih potreb po vzdrževanju.

4. Jedrske podmornice

Rusija vodi v tehnologiji jedrske podmornice iz titanijeve zlitine. Prva je uporabila titanovo zlitino za tlačne trupe, začenši v šestdesetih letih prejšnjega stoletja. Prva jedrska podmornica na svetu, K -162, predstavljena leta 1968, je delovala več kot 30 let brez incidentov. Podmornice razreda Alfa, zgrajene v sedemdesetih letih do 1980-ih, so bile uporabljene približno 3, 000 tone titana in se lahko potapljale na 914 metrov. Ruske podmornice razreda tajfuna imajo dvojne trupe, narejene iz približno 9, 000 tone titana, ki ponujajo ne-magnetne lastnosti, zmogljivosti globokega potapljanja, veliko hitrost, nizko hrup in zmanjšano vzdrževanje.

Jugozahodni raziskovalni inštitut (SWRI) v ZDA je razvil globokomorsko potopljeno s posadko z zlitino titanijeve zlitine Eliti -64. 2. 1- sferična kabina premera meter sprejme tri osebe in se lahko potaplja v globine 6.500 metrov.

5. Postaje z globokim morjem

Za morsko znanstveno raziskovanje se uporabljajo globokomorske mobilne vesoljske postaje, ki se pogosto imenujejo "tiangong" oceana. Od šestdesetih let prejšnjega stoletja imata ZDA in Sovjetska zveza napredne sisteme globokomorskih postaj. Ruska 2 000 oblikovana ciljno usmerjena ekstrakcija arktičnega oceanskega olja. Kitajska je koncept predlagala v devetdesetih letih za miren razvoj morskih virov. Te postaje se močno zanašajo na materiale iz titanijevih zlitin. "13. petletni načrt" in "2030 Glavni projekti za znanstvene in tehnološke inovacije" poudarjajo gradnjo globokomorskih postaj, ki ocenjujejo več kot 4000 ton materialov iz titana na glavno postajo.

6. Razsodnost morske vode

Razsoljevanje morske vode je ključnega pomena v sušnih regijah, kot je Bližnji vzhod. Najbolj zanesljiva in široko uporabljena metoda je destilacija z večstopenjskimi (MSF), ki vključuje komponente, kot so grelniki morske vode, enote za predelavo toplote in različni kondenzatorji. Te komponente so prvotno narejene z bakrenimi zlitinami, ki so zdaj običajno narejene s titanom zaradi korozijske odpornosti, zlasti v visoki temperaturi, visoki slani in kloriranem okolju. Titan je zdaj najprimernejši material za toplotne izmenjevalnike v sistemih za razsoljevanje.

S hitro rastjo obalne petrokemične in elektrarne, morska voda vse bolj nadomešča sladko vodo kot hladilni medij. Zaradi korosivnosti morske vode se tradicionalno ogljikovo jeklo ali cev iz nerjavečega jekla hitro razpade, kar povzroči okvaro opreme, pogoste zaustavitve in gospodarske izgube. Nadgradnja na titanove cevi znatno podaljša življenjsko dobo toplote in izboljša učinkovitost.

7. Platforme za vrtanje na morju

Titanove zlitine so idealne za morske vrtalne sisteme zaradi visoke trdnosti, nizke gostote, odlične korozijske odpornosti in žilavosti. Sestavni deli, kot so dvižniki, vrtalne cevi in ​​stresni sklepi, imajo koristi od titanov ali titanovih kompozitov, ki izboljšajo zmogljivost in zmanjšajo stroške.

(1) Riserji pomorskega vrtanja
Riserji titana so lahki, poškodovani in jih je enostavno pregledan. Najprej se uporablja v Severnem morju, večina praktičnih aplikacij uporablja nerjaveče jeklo\/titanovo ali sestavljeno\/titanovo hibridno dvigovanje zaradi stroškov.

(2) Vrtalne cevi
V vrtanju kratkega Radiusa (manj kot 18 m) običajne vrtalne cevi iz nerjavečega jekla trpijo zaradi zgodnje utrujenosti. Ameriški RTI je razvil vrtalne cevi titanijeve vrtalne cevi, ki so združili titanij stopnje 5 s cr-mo jeklenimi sklepi, zmanjšali palico in obrabo ob ohranjanju žilavosti. Leta 1999 je bilo z uporabo 73 mm titanov cevi uspešno izvrtanih 10 vrtin kratkih radijev. Kasneje so cevi, ki so bile majhne v višini 63,5 mm, izvrtale še tesnejše vrtine. Nemagnetna narava titana koristi tudi raziskovanju. Titan se navpično razširi na globino vrtanja na 9,1 km (v primerjavi s 6,1 km za jeklo) in vodoravno do 9,1 km. Cevi za večji premer zmanjšujejo dvižno silo in navor za 30–40% ter premagajo omejitve hidravličnega prenosa.