Mere uued materjalid: meremetall - Titanium sulam

Meretehnoloogias kasutatavatel materjalidel peab olema kõrge tugevus, vastupidavus merevee hüdrotermilisele korrosioonile, sulfiidi korrosioonile, mikroobide kinnitumisele ja nende tugevusele. Titaan, mis on kerge, tugev ja korrosiooniresistent-eriti immuunsus soolase vee, merevee ja mere atmosfääri keskkonna söövitava mõju suhtes-on suurepärane kerge konstruktsioonimaterjal. "Meremetalli" tuntud titaan on kriitiline strateegiline materjal. Seda kasutatakse laialdaselt meretehnoloogias ja sobib eriti kergete avamereseadmete jaoks, muutes selle põllu üheks peamiseks materjaliks. Seetõttu aitab titaan- ja titaansulamite täieliku kasutamine merematerjalidena märkimisväärselt kaasa riiklike merestrateegiate väljatöötamisele.

Titaansulamite rakendused meretehnikast

1. Taotlused mereväelaevades

Titaansulamite rakendamine laevaehituses algas 1960. aastatel, umbes kümme aastat hiljem kui lennunduse kosmosetööstuses. Ameerika Ühendriigid, Venemaa, Jaapan ja Hiina olid esimeste riikide hulgas, kes uurisid titaanrakendusi mereväelaevades.

A. Hulli konstruktsioonimaterjalid
Titaankered, võrreldes selliste traditsiooniliste materjalidega nagu kiudainega tugevdatud plast, alumiiniumsulamid ja teras, on kergemad, võimaldavad suurendada kandevõimet, neil on pikem tööelu, vajavad minimaalset hooldust ja on vastupidavad mere bioseisundile. Näiteks Jaapani Nippon Steel, ToHO tehnoloogia ja ETO laevaehituse loodud titaankalaveressid, mis on kere, tekid ja konstruktsioonikomponendid, mis on täielikult titaanist valmistatud. Nissei tööstuse ehitatud "Titan Fast" kiirpaat on umbes 12 meetrit pikk sujuvam kere, mis minimeerib lohise.

B. pumbad, ventiilid, torustik ja muud komponendid
Mereväelaevadel töötavad pumbad, klapid ja torud sageli karmides tingimustes. Traditsiooniline vask või roostevabast terasest torustik kestab vaid 2–5 aastat. Titaan pakub suurepärast korrosiooni- ja erosioonikindlust, head saagikust tugevust ja madala tihedusega, muutes selle ideaalseks õhukese seinaga, väikese läbimõõduga torude ja liitmike jaoks. Titaani torustikusüsteemid vähendavad oluliselt kaalu, pikendavad kasutusaja ja suurendavad usaldusväärsust. Näiteks titaankondensaatori torud kaaluvad umbes poole rohkem kui B30 vask-nikli torusid. Sõjaline kasutamine on näidanud, et titaanisulami torustikusüsteemidel on suurepärane mehaaniline tugevus ja korrosioonikindlus, teeninduse eluiga ületab 120, 000 tundi (üle 40 aasta), kaugelt ületava vase või roostevabast terasest komponendid.

C. Võimsuse tõukejõusüsteemid
Titaansulamite kasutamine propellerite ja võllide jaoks parandab tõukejõu kiirust ja eluiga. USA mereväes töötab erinevates veresoontes titaani propellereid, sealhulgas 1500 mm läbimõõduga eemaldatavat ülekasutatavat nelja-teraga propellerit hüdrofole. Titaniumsulameid kasutatakse ka veejoa tõukejõusüsteemides, näiteks Ti -6 al -4 V süsteemis Jaapani "PT -10" Torpeedo paadis, mis vähendas võlli kaalu 600 kg võrra. Venemaa tuumamootoriga jäämurdjatel on ka titaani aurumootorid. Titaani tõukejõusüsteemid vähendavad indutseeritud voolusid ja väldivad magnetkaevanduste käivitamist, mis on vasesulamite probleem.

Hiina alustas propellerite uurimist 1960. aastatel ja 1972. aastaks töötas välja titaanisulami propellerid hüdrofolipaatide jaoks. Täna saab Hiina toota fikseeritud titaanisulamist propellereid kuni 1200 mm läbimõõduga ja kaaluga 130 kg. Tüüp Torpeedo paatidel asendasid titaanisulamid AK -27 terase ja vasesulamid, vähendades kaalu 30–40%, pikendades kasutusaja, välistades kattevajaduse, leevendades biokiirguse eemaldamist ja lihtsustades hooldust.

Sonari kuplid
Sonari paigaldused on sujuvad kaaned, mis vähendavad hüdrodünaamilist müra ja kaitsevad sonariseadmeid. Neil peab olema suurepärane akustiline läbipaistvus. Praegu kasutavad Hiina mereväe laevad roostevabast terasest või klaaskiust tugevdatud plastist sonari kuplid. Kui Venemaa kasutas kunagi klaaskiust, kasutab see nüüd peamiselt titaanisulami kupleid. Neid kasutatakse sellistel laevadel nagu vene "Kursk", "Minsk" ja "Kiievi" lennukikandjad.

2. süvamere sukeldujad

Hiina "863 programmi" osana töötas Hiina laevaehituse tööstuse korporatsiooni 702 instituudi välja 7, 000- meetri sukeldatav sukeldatav, mis on valmistatud spetsiaalsete titaanisulamitega. 8 meetrit pikk, 3,4 meetri kõrgune ja 3 meetrit lai, see talub 710 tonni rõhku ja integreerib tipptasemel tehnoloogiaid. Mehitatud sfääriline kajut, mis on võimeline vastu pidama 700 rõhu atmosfäärile, toetab elutoetussüsteemi, mis on võrreldav kosmosemissioonides kasutatavatega.

3. kondensaatorid

UNESCO andmetel ulatub ülemaailmne ookeani energiavõimsus 76,6 miljardit kW. Ranniku- ja tuumaelektrijaamades on kondensaatorid elutähtsad komponendid, mis kasutavad jahutusvedelikuna merevett. Traditsioonilised teras- ja vasesulami kondensaatorid kannatavad halva merevee korrosioonikindluse all. Titaani vastupidavus ja korrosioonikindlus muudavad selle nende rakenduste jaoks ideaalseks. Ligikaudu 3–4% maailma termilistest ja hüdroelektrijaamadest kasutab titaankondensaatoreid ja 30% tuumaelektrijaamadest. Hiinas kasutavad sellised taimed nagu Taizhou, Zhenhai, Qinshan ja Daya Bay All-Titaani kondensaatorid tänu suurepärasele korrosioonikindlusele, pikale kasutusajale, kõrgele soojusülekande efektiivsusele, ohutusele ja vähenenud hooldusvajadustele.

4. tuuma allveelaevad

Venemaa juhib titaansulami tuuma allveelaevatehnoloogiat. See oli esimene, mis kasutas survekerede jaoks titaanisulamit, alates 1960. aastatest. 1968. aastal käivitatud maailma esimene titaani tuuma allveelaev K -162 on töötanud üle 30 aasta ilma vahejuhtumiteta. Alfa-klassi allveelaevad, mis on ehitatud 1970ndatel 1980ndatel, kasutasid umbes 3, 000 tonni titaani igaüks ja võis sukelduda 914 meetrini. Venemaa taifuhoonklassi allveelaevadel on topeltvöörid, mis on valmistatud umbes 9-st, 000 tonni titaanist, pakkudes mittemagnetilisi omadusi, sügava sukeldumisvõimalusi, kiiret kiirust, madalat müra ja vähendatud hooldust.

USA Southwest Research Institute (SWRI) töötas välja mehitatud süvamere sukeldatava, kasutades Eliti -64 titaanisulami. 2..

5. süvamere jaamad

Mereteaduslikuks uurimiseks kasutatakse süvamere mobiilseid kosmosejaamu, mida sageli nimetatakse ookeani "tiangongiks". Alates 1960. aastatest on USA ja Nõukogude Liit arenenud süvamerejaamade süsteeme. Venemaa 2 000 disain Arktika ookeaniõli kaevandamist. Hiina pakkus selle kontseptsiooni välja 1990. aastatel rahumeelse mereressursside arendamiseks. Need jaamad sõltuvad suuresti titaanisulami materjalidest. "13. viieaastane plaan" ja "2030 peamised teadus- ja tehnoloogiainnovatsiooniprojektid" rõhutavad süvamerejaama ehitust, hinnates peajaama kohta üle 4000 tonni titaanimaterjale.

6. merevee magestamine

Merevee magestamine on ülioluline kuivades piirkondades nagu Lähis -Ida. Kõige usaldusväärsem ja laialdasemalt kasutatav meetod on mitmeastmeline välk (MSF) destilleerimine, mis hõlmab komponente nagu mereveesoojendid, soojuse taastamise seadmed ja erinevad kondensaatorid. Algselt vasesulamitega valmistatud komponendid valmistatakse tavaliselt titaaniga selle korrosioonikindluse tõttu, eriti kõrge temperatuuri, kõrge soolalisuse ja klooritud keskkonna tõttu. Titaan on nüüd soojusvahetite eelistatud materjal magestamissüsteemides.

Rannikute naftakeemia- ja energiatööstuse kiire kasvu korral asendab merevesi üha enam magevee kui jahutusvahendina. Merevee söövitavuse tõttu laguneb kiiresti traditsiooniline süsinikteras või roostevabast terasest torud, põhjustades seadmete rikke, sagedasi seiskamist ja majanduslikke kaotusi. Titaanitorude täiendamine pikendab märkimisväärselt soojusvaheti eluiga ja parandab tõhusust.

7. Puurimisplatvormid avamere

Titaansulamid sobivad ideaalselt merepuurimissüsteemide jaoks nende suure tugevuse, madala tiheduse, suurepärase korrosioonikindluse ja sitkuse tõttu. Sellised komponendid nagu püstikud, puuritorud ja stressiühendused saavad kasu titaanist või titaanist terasest komposiitidest, parandades jõudlust ja vähendades kulusid.

(1) Merepuurijad tõusud
Titaanist püstikud on kerged, kahjustuvad ja hõlpsasti kontrollitavad. Esiteks Põhjameres laialdaselt kasutatud enamik praktilisi rakendusi kasutab kulude kaalutluste tõttu roostevabast terasest\/titaanist või komposiit-\/titaanhübriidkäikust.

(2) Puuritorud
Lühikese raadiuse puurimisel (alla 18 m) kannatavad tavalised roostevabast terasest puurtorud varase väsimuse all. USA-s asuv RTI töötas välja titaanpuuritorud, mis ühendasid 5. astme titaani CR-Mo terasest liigestega, vähendades kleepumist ja kulumist, säilitades samal ajal sitkust. 1999. aastal puuriti 73 mm titaanitorude abil edukalt 10 lühiradiuse kaevu. Hiljem puurisid nii väikesed kui 63,5 mm torud veelgi tihedamaid raadiusi. Titaani mittemagnetiline olemus on kasulik ka uurimisele. Titaan ulatub puursügavuse vertikaalselt 9,1 km (vs 6,1 km terasest) ja horisontaalselt 9,1 km. Suurema läbimõõduga torud vähendavad tõstmisjõudu ja pöördemomenti 30–40% ning ületavad hüdraulilise ülekandepiirangud.