科创中国

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高端装备制造产业

需求背景

“钛”被认为是一种稀有金属，这是由于在自然界中其存在分散并难于提取。但其相对丰富，在全部元素中居第十位。钛的矿石主要有钛铁矿及金红石，广布于地壳及岩石圈之中。钛亦同时存在于几乎全部生物、岩石、水体及土壤中。从主要矿石中萃取出钛需要用到克罗尔法或亨特法。钛最常见的化合物是二氧化钛，可用于制造白色颜料（钛白粉）。其他化合物还包括四氯化钛(TiCl4)（作催化剂及用于制造烟幕或空中文字）及三氯化钛（TiCl3)（用于催化聚丙烯的生产）。

需解决的主要技术难题

钛合金材料性能优异，在航空、航天、船舶等领域得到重要应用，市场前景广阔。钛合金在高温状态下与氧、氮、碳等杂质元素亲和力很强且难以去除，在铸造等热加工过程中钛合金材料中的氧、氮、碳等杂质含量出现不可逆增长，目前尚无能够有效降低这类杂质的技术手段，使得钛合金浇道、冒口、凝壳等铸造余料无法重复使用，造成钛合金材料的大量浪费。 针对在钛合金铸造领域长期存在的铸造余料无法重复使用的行业性技术难题，需要研发一种可以实现将钛合金材料中的氧、氮、碳等杂质元素有效降低的新型钛合金熔炼技术和装备，用于将钛合金铸造余料重新熔炼成为符合标准要求的钛合金铸锭，实现对钛合金材料的高品质循环利用，有效降低能耗、减少碳排放，推动实现碳中和目标。

期望实现的主要技术目标

2022年度：开发出一项行业领先的钛合金净化提纯熔炼新技术，能够有效降低钛合金材料中的氧、氮、碳等杂质元素含量； 2023年度：研制出一套具备钛合金净化提纯功能的新型熔炼装备，制备出氧含量≤700ppm、氮含量≤100ppm、碳含量≤300ppm的高纯钛合金材料； 2024年度：完成对钛合金铸造余料的净化提纯再利用，制备的钛合金材料技术指标达到相关标准要求； 应用于钛合金铸造及制粉实际生产，实现新增收入***亿元以上。

需求解析

解析单位：“科创中国”黑龙江科技服务团（黑龙江省科学技术协会） 解析时间：2022-12-07

黄剑华

哈尔滨工业大学

教授

综合评价

随着科学技术的发展以及人民生活水平的提高，钛在工业生产、航空航天、国防军工以及日常生活中的应用越来越多，从而对钛及钛合金材质和性能的要求越来越高，而钛合金原料的熔炼无疑是最重要最关键的一环，其熔炼的优劣直接影响到后续加工的成品的性能指标是否达到产品要求，从而推动了钛合金现代熔炼技术的发展，其中包括电子束、等离子冷床炉等新技术的发展，为提高钛合金铸锭的冶金质量和力学性能创造了良好的条件和基础。

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