Deniz Yeni Malzemeleri: Deniz Metal - Titanyum Alaşım

Deniz mühendisliğinde kullanılan malzemeler yüksek mukavemete, deniz suyu hidrotermal korozyonuna direnç, sülfür korozyonu, mikrobiyal bağlanma ve yüksek tokluk sergilemelidir. Titanyum, hafif, güçlü ve korozyona dirençli-özellikle tuzlu su, deniz suyu ve deniz atmosferik ortamının aşındırıcı etkilerine karşı bağışık olan mükemmel bir hafif yapısal malzemedir. "Deniz Metal" olarak bilinen titanyum kritik bir stratejik materyaldir. Deniz mühendisliğinde yaygın olarak kullanılır ve özellikle hafif açık deniz ekipmanı için uygundur, bu da onu alandaki en önemli malzemelerden biri haline getirir. Bu nedenle, deniz malzemeleri olarak titanyum ve titanyum alaşımlarının tam olarak kullanılması, ulusal deniz stratejilerinin geliştirilmesine önemli ölçüde katkıda bulunacaktır.

Deniz Mühendisliğinde Titanyum Alaşımlarının Uygulamaları

1. Deniz gemilerindeki uygulamalar

Titanyum alaşımlarının gemi yapımında uygulanması 1960'larda, havacılık endüstrisinden yaklaşık on yıl sonra başladı. Amerika Birleşik Devletleri, Rusya, Japonya ve Çin, deniz gemilerindeki titanyum uygulamalarını araştıran ilk ülkeler arasındaydı.

A. gövde yapısal malzemeler
Fiber takviyeli plastikler, alüminyum alaşımlar ve çelik gibi geleneksel malzemelerle karşılaştırıldığında titanyum gövdeleri daha hafiftir, artan yük kapasitesine izin verir, daha uzun hizmet hayatlarına sahiptir, minimum bakım gerektirir ve deniz biyo-yükselmesine dirençlidir. Örneğin, Japonya'nın Nippon Steel, Toho Technology ve ETO gemisi tarafından inşa edilen titanyum balıkçı gemileri, tamamen titanyumdan yapılmış gövdeler, güverteler ve yapısal bileşenlere sahiptir. Nissei endüstrisi tarafından inşa edilen "Titan Fast" Speedboat, sürüklemeyi en aza indiren aerodinamik bir gövdeyle yaklaşık 12 metre uzunluğundadır.

B. Pompalar, vanalar, borular ve diğer bileşenler
Deniz gemilerinde, pompalar, vanalar ve borular genellikle zorlu koşullar altında çalışır. Geleneksel bakır veya paslanmaz çelik borular sadece 2-5 yıl sürer. Titanyum, üstün korozyon ve erozyon direnci, iyi akma mukavemeti ve düşük yoğunluk sunar, bu da ince duvarlı, küçük çaplı borular ve bağlantı parçaları için idealdir. Titanyum boru sistemleri ağırlığı önemli ölçüde azaltır, hizmet ömrünü uzatır ve güvenilirliği artırır. Örneğin, titanyum kondenser tüpleri B30 bakır-nikel tüplerinin yaklaşık yarısı kadar ağırdır. Askeri kullanım, titanyum alaşım boru sistemlerinin mükemmel mekanik mukavemet ve korozyon direncine sahip olduğunu, servis ömrünün 120, 000 saatini (40 yılı aşkın), çok fazla bakır veya paslanmaz çelik bileşenleri aştığını göstermiştir.

C. Güç Tahrik Sistemleri
Pervaneler ve şaftlar için titanyum alaşımlarının kullanılması itiş hızını ve ömrünü geliştirir. ABD Donanması, hidrofoiller için 1.500 mm çapında çıkarılabilir süper korunabilir dört bıçaklı pervane de dahil olmak üzere çeşitli gemilerde titanyum pervaneler kullanıyor. Titanyum alaşımları, şaft ağırlığını 600 kg azaltan Japonya'nın "Pt -10" Torpido Teknesi'ndeki Ti -6 Al -4 V sistemi gibi su jeti itiş sistemlerinde de kullanılır. Rusya'nın nükleer enerjili buz kırıcıları da titanyum buhar motorlarına sahiptir. Titanyum tahrik sistemleri uyarılmış akımları azaltır ve bakır alaşımlarıyla ilgili bir sorun olan manyetik madenleri tetiklemekten kaçınır.

Çin, 1960'larda pervane araştırmasına başladı ve 1972'ye kadar hidrofil tekneler için titanyum alaşım pervaneleri geliştirdi. Bugün Çin, 1.200 mm çapında ve 130 kg ağırlığında sabit titanyum alaşım pervaneleri üretebilir. Tip 25 torpido teknelerinde, titanyum alaşımları AK -27 çelik ve bakır alaşımlarının yerini aldı, ağırlığı%30-40 azalttı, servis ömrünü uzattı, kaplama ihtiyacını ortadan kaldırdı, biyo -yükseltme çıkarma ve bakımı basitleştirdi.

Sonar kubbeler
Sonar Fairings, hidrodinamik gürültüyü azaltan ve sonar ekipmanını koruyan aerodinamik kapaklardır. Bunlar mükemmel akustik şeffaflık sergilemelidir. Şu anda, Çin deniz gemileri paslanmaz çelik veya fiberglas takviyeli plastik sonar kubbeleri kullanıyor. Rusya bir zamanlar fiberglas kullanırken, şimdi öncelikle titanyum alaşım kubbeleri kullanıyor. Bunlar Rus "Kursk", "Minsk" ve "Kiev" uçak gemileri gibi gemilerde kullanılır.

2. Deep-D-DEA Submersibles

Çin'in "863 programının bir parçası olarak, China Shipbuilding Industry Corporation'ın 702 Enstitüsü, özel titanyum alaşımları ile yapılan 7, 000- metre dalgıç geliştirdi. 8 metre uzunluğunda, 3,4 metre yüksekliğinde ve 3 metre genişliğinde, 710 ton basınca dayanabilir ve en yeni teknolojileri entegre edebilir. 700 basınç atmosferine dayanabilen insanlı küresel kabin, uzay görevlerinde kullanılanlarla karşılaştırılabilir bir yaşam destek sistemini destekler.

3. Kondenserler

UNESCO'ya göre, küresel okyanus enerjisi kapasitesi 76,6 milyar kW'a ulaşıyor. Kıyı ve nükleer santrallerde, kondenserler bir soğutucu olarak deniz suyu kullanan hayati bileşenlerdir. Geleneksel çelik ve bakır alaşım kondansatörleri zayıf deniz suyu korozyon direncinden muzdariptir. Titanyumun dayanıklılığı ve korozyon direnci bu uygulamalar için ideal hale getirir. Dünyanın termal ve hidro enerji santrallerinin yaklaşık% 3-4'ü titanyum kondenserler kullanıyor ve nükleer santrallerin% 30'u kullanıyor. Çin'de, Taizhou, Zhenhai, Qinshan ve Daya Körfezi gibi bitkiler, mükemmel korozyon direnci, uzun servis ömrü, yüksek ısı transfer verimliliği, güvenlik ve azaltılmış bakım ihtiyaçları nedeniyle tüm titanyum kondenserleri kullanıyor.

4. Nükleer denizaltılar

Rusya, titanyum alaşım nükleer denizaltı teknolojisine liderlik ediyor. 1960'lardan başlayarak basınç gövdeleri için titanyum alaşımı kullanan ilk kişi oldu. 1968'de piyasaya sürülen dünyanın ilk all-titanyum nükleer denizaltısı K -162, 30 yılı aşkın bir süredir olaysız faaliyet gösterdi. 1970'lerde-1980'lerde inşa edilen Alfa sınıfı denizaltılar, her biri yaklaşık 3, 000 ton titanyum kullandı ve 914 metreye dalabilir. Rusya'nın Typhoon sınıfı denizaltıları, yaklaşık 9, 000} ton titanyumdan yapılmış çift gövdelere sahiptir, manyetik olmayan özellikler, derin dalış yetenekleri, yüksek hız, düşük gürültü ve azaltılmış bakım sunar.

ABD'deki Southwest Araştırma Enstitüsü (SWRI), Eliti -64 titanyum alaşımını kullanarak insanlı bir derin deniz dalgıç geliştirdi. 2. 1- metre çaplı küresel kabin üç kişiyi barındırır ve 6.500 metrelik derinliklere dalabilir.

5. Derin deniz istasyonları

Genellikle okyanusun "tiangong" olarak adlandırılan derin deniz mobil uzay istasyonları, deniz bilimsel keşifleri için kullanılır. 1960'lardan beri ABD ve Sovyetler Birliği, derin deniz istasyon sistemlerini geliştirdi. Rusya'nın 2 000 Tasarım hedefli Arktik Okyanus Yağı Ekstraksiyonu. Çin, 1990'larda barışçıl deniz kaynakları geliştirme konsepti önerdi. Bu istasyonlar büyük ölçüde titanyum alaşım malzemelerine dayanmaktadır. "13. Beş Yıllık Plan" ve "2030 Büyük Bilim ve Teknoloji İnovasyon Projeleri", ana istasyon başına 4.000 tondan fazla titanyum materyali tahmin ederek derin deniz istasyonu yapımını vurgulamaktadır.

6. Deniz suyu tuzdan arındırma

Orta Doğu gibi kurak bölgelerde deniz suyu tuzdan aralığı çok önemlidir. En güvenilir ve yaygın olarak kullanılan yöntem, deniz suyu ısıtıcıları, ısı geri kazanım üniteleri ve çeşitli kondenserler gibi bileşenleri içeren çok aşamalı flaş (MSF) damıtılmasıdır. Başlangıçta bakır alaşımları ile yapılan bu bileşenler artık özellikle yüksek sıcaklık, yüksek tuzluluk ve klorlu ortamlarda korozyon direnci nedeniyle titanyum ile yapılır. Titanyum artık tuzdan arındırma sistemlerinde ısı eşanjörleri için tercih edilen malzemedir.

Kıyı petrokimyasal ve güç endüstrilerinde hızlı büyüme ile deniz suyu, tatlı suyu bir soğutma ortamı olarak giderek daha fazla değiştiriyor. Deniz suyunun aşınabilirliği nedeniyle, geleneksel karbon çeliği veya paslanmaz çelik boru hızla bozulur, ekipman arızasına, sık kapatılmalara ve ekonomik kayıplara neden olur. Titanyum tüplerine yükseltme, ısı eşanjör ömrünü önemli ölçüde genişletir ve verimliliği artırır.

7. Açık deniz sondaj platformları

Titanyum alaşımları, yüksek mukavemetleri, düşük yoğunlukları, mükemmel korozyon direnci ve tokluk nedeniyle deniz delme sistemleri için idealdir. Yükselişler, matkap boruları ve stres eklemleri gibi bileşenler titanyum veya titanyum çelik kompozitlerden yararlanır, performansı artırır ve maliyetleri azaltır.

(1) Deniz Sondaj Yükselticileri
Titanyum yükselticileri hafif, hasara toleranslıdır ve kolayca denetlenir. İlk olarak Kuzey Denizi'nde yaygın olarak kullanılan pratik uygulamalar, maliyet hususları nedeniyle paslanmaz çelik\/titanyum veya kompozit\/titanyum hibrid yükselticileri kullanır.

(2) Matkap boruları
Kısa-radius sondajında ​​(18 m'nin altında), geleneksel paslanmaz çelik matkap boruları erken yorgunluktan muzdariptir. ABD tabanlı RTI, Cr-Mo çelik eklemleri ile birleştiren Titanyum Matkap Boruları geliştirdi, CR-MO çelik eklemleri ile. 1999'da 10 kısa-Radius kuyucusu 73 mm titanyum boru kullanılarak başarıyla delinmiştir. Daha sonra, 63.5 mm kadar küçük borular daha sıkı Radius kuyuları bile deldi. Titanyum'un manyetik olmayan doğası da araştırmaya fayda sağlar. Titanyum, matkap derinliğini dikey olarak 9.1 km'ye (çelik için 6,1 km'ye karşı) ve yatay olarak 9.1 km'ye kadar uzatır. Daha büyük çaplı borular kaldırma kuvvetini ve torku% 30-40 oranında azaltır ve hidrolik iletim sınırlamalarının üstesinden gelir.