ประวัติการพัฒนาและสถานะการใช้งานของโลหะผสมไททาเนียม

โลหะผสมไททาเนียม ซึ่งเป็นโลหะโครงสร้างสำคัญที่เกิดขึ้นในช่วงทศวรรษปี 1950 กลายเป็นโลหะที่ได้รับความนิยมอย่างรวดเร็วในอุตสาหกรรม เนื่องจากมีความแข็งแรงสูง ทนต่อการกัดกร่อน และทนความร้อนได้ดีเยี่ยม ปัจจุบัน โลหะผสมไททาเนียมได้กลายเป็นวัสดุที่ขาดไม่ได้ในหลายสาขา เช่น การบิน อวกาศ ยานยนต์ อุตสาหกรรมเคมี และการรักษาทางการแพทย์ จากโลหะผสมไททาเนียมอุณหภูมิสูงในช่วงแรกจนถึงโลหะผสมไททาเนียมทางการแพทย์ในปัจจุบัน การวิจัยและการใช้งานโลหะผสมไททาเนียมได้พัฒนาก้าวหน้าอย่างต่อเนื่อง

1. ความก้าวหน้าของโลหะผสมไททาเนียมที่ทนอุณหภูมิสูง
โลหะผสมไททาเนียมอุณหภูมิสูงชนิดแรกที่พัฒนาสำเร็จแล้วของโลกคือ Ti-6Al-4V ซึ่งสามารถใช้งานได้ที่อุณหภูมิ 300-350 องศา ต่อมาด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี โลหะผสมไททาเนียมอุณหภูมิสูงจึงได้รับการแนะนำอย่างต่อเนื่อง เช่น IMI550, BT3-1 และโลหะผสมอื่นๆ ที่มีอุณหภูมิใช้งาน 400 องศา ในขณะที่ IMI679, IMI685, Ti-6246, Ti-6242 และโลหะผสมอื่นๆ สามารถทำงานได้อย่างเสถียรที่อุณหภูมิสูง 450~500 องศา ปัจจุบัน โลหะผสมไททาเนียมอุณหภูมิสูงชนิดใหม่ที่ใช้ในเครื่องยนต์เครื่องบิน ได้แก่ โลหะผสม IMI829 และ IMI834 จากสหราชอาณาจักร โลหะผสม Ti-1100 จากสหรัฐอเมริกา และโลหะผสม BT18Y และ BT36 จากรัสเซีย

เพื่อเพิ่มอุณหภูมิการใช้งานของโลหะผสมไททาเนียมให้มากขึ้น ต่างประเทศกำลังนำเทคโนโลยีใหม่ๆ มาใช้ เช่น เทคโนโลยีการทำให้แข็งอย่างรวดเร็ว/ผงโลหะวิทยา และวัสดุคอมโพสิตเสริมใยหรืออนุภาค เพื่อพัฒนาโลหะผสมไททาเนียมที่สามารถทำงานในอุณหภูมิสูงเกิน 650 องศา ตัวอย่างเช่น บริษัท McDonnell Douglas ของสหรัฐอเมริกาประสบความสำเร็จในการพัฒนาโลหะผสมไททาเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงและความหนาแน่นสูงโดยใช้เทคโนโลยีการทำให้แข็งอย่างรวดเร็ว/ผงโลหะวิทยา ซึ่งยังคงรักษาความแข็งแรงที่ยอดเยี่ยมที่อุณหภูมิ 760 องศาได้

2. การเพิ่มขึ้นของโลหะผสมไททาเนียม-อะลูมิเนียมที่มีส่วนประกอบของไททาเนียม
โลหะผสมไททาเนียม-อะลูมิเนียมที่มีส่วนประกอบเป็นสารประกอบไททาเนียม เช่น สารประกอบอินเตอร์เมทัลลิก Ti3Al ( 2) และ TiAl ( ) ได้กลายเป็นวัสดุที่มีการแข่งขันสำหรับเครื่องยนต์การบินในอนาคตและชิ้นส่วนโครงสร้างของเครื่องบินเนื่องจากมีประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิสูงที่ดี ทนต่อการเกิดออกซิเดชันได้ดี ทนต่อการคืบคลานได้ดี และมีน้ำหนักเบา ปัจจุบัน โลหะผสมไททาเนียมที่มีส่วนประกอบเป็นสารประกอบ Ti3Al เช่น Ti-21Nb-14Al และ Ti-24Al-14Nb-#v-0.5Mo ได้เริ่มผลิตเป็นจำนวนมากในสหรัฐอเมริกาแล้ว โลหะผสมไททาเนียมที่มีส่วนประกอบเป็นสารประกอบ TiAl ( ) เช่น TAl-(1-10)M (at.%) ก็ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางเช่นกันเนื่องจากคุณสมบัติเฉพาะตัว

3. การพัฒนาโลหะผสมไททาเนียมชนิด
โลหะผสมไททาเนียมชนิด - มีคุณสมบัติในการแปรรูปเย็นและร้อนที่ดี ขึ้นรูปง่าย รีดง่าย เชื่อมง่าย เป็นต้น และเป็นวัสดุที่สำคัญในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ยานยนต์ และสาขาอื่นๆ โลหะผสมไททาเนียมชนิด - ตัวแทน ได้แก่ Ti1023, Ti153, 21S เป็นต้น ซึ่งไม่เพียงแต่มีคุณสมบัติเชิงกลที่ยอดเยี่ยมและทนทานต่อสภาพแวดล้อมเท่านั้น แต่ยังมีความแข็งแรงและความเหนียวสูงอีกด้วย

4. โลหะผสมไททาเนียมทางการแพทย์
ไททาเนียมไม่มีพิษ น้ำหนักเบา มีความแข็งแรงสูง และมีความเข้ากันได้ทางชีวภาพดีเยี่ยม ถือเป็นวัสดุโลหะทางการแพทย์ที่เหมาะสม ในปัจจุบัน โลหะผสม Ti-6Al-4v ELI ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในทางการแพทย์ แต่ไอออนวาเนเดียมและอะลูมิเนียมที่อาจตกตะกอนจากโลหะผสมนี้ต่อร่างกายมนุษย์อาจก่อให้เกิดอันตรายได้ จึงดึงดูดความสนใจจากชุมชนทางการแพทย์ เพื่อจุดประสงค์นี้ โลหะผสมไททาเนียมที่เข้ากันได้ทางชีวภาพและไม่มีอะลูมิเนียมและไม่มีวาเนเดียมจึงได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ตัวอย่างเช่น ญี่ปุ่นได้พัฒนาโลหะผสมไททาเนียม + และโลหะผสมไททาเนียมที่มีความเข้ากันได้ทางชีวภาพดีเยี่ยม ซึ่งคาดว่าจะเข้ามาแทนที่โลหะผสม Ti-6Al-4V ELI ในอนาคต และจะกลายเป็นวัสดุหลักสำหรับการปลูกถ่ายทางการแพทย์

เมื่อเข้าสู่ศตวรรษที่ 21 ขอบเขตการใช้งานของโลหะผสมไททาเนียมก็ขยายกว้างขึ้นอีก ในด้านการบินและอวกาศ โลหะผสมไททาเนียมได้กลายเป็นวัสดุที่ขาดไม่ได้ในการผลิตเครื่องบิน จรวด และอากาศยานอื่นๆ เนื่องจากมีน้ำหนักเบาและมีความแข็งแรงสูง ในด้านพลเรือน โลหะผสมไททาเนียมก็เริ่มปรากฏขึ้นเช่นกัน ตั้งแต่จักรยานและนาฬิการะดับไฮเอนด์ไปจนถึงอุปกรณ์ทางการแพทย์และการผลิตรถยนต์ โลหะผสมไททาเนียมมีอยู่ทุกที่ ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีและความต้องการวัสดุประสิทธิภาพสูงที่เพิ่มขึ้น โอกาสในการพัฒนาโลหะผสมไททาเนียมในอนาคตก็จะกว้างขึ้นอีก