การใช้ไทเทเนียมในอุตสาหกรรมอากาศ

1. อัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่ยอดเยี่ยม (ความแข็งแรงสูง ความหนาแน่นต่ำ): ไทเทเนียมมีความหนาแน่นประมาณ 4.5 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร ซึ่งคิดเป็นเพียง 60% ของเหล็กกล้า แต่ความแข็งแรงของมันเทียบได้กับเหล็กกล้าความแข็งแรงสูงหลายชนิด ซึ่งหมายความว่าสำหรับความต้องการความแข็งแรงและความแข็งแกร่งแบบเดียวกัน การใช้โลหะผสมไทเทเนียมสามารถลดน้ำหนักได้อย่างมากเมื่อเทียบกับเหล็กกล้าการลดน้ำหนักเป็นประเด็นสำคัญในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศเสมอมา; การประหยัดน้ำหนักทุกๆ กิโลกรัมจะส่งผลให้เกิดประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงที่มากขึ้น ระยะทางที่ไกลขึ้น หรือความสามารถในการบรรทุกที่มากขึ้น

2. ทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม: ชั้นออกไซด์ที่หนาแน่นและเสถียร (TiO₂) ก่อตัวบนพื้นผิวของไทเทเนียม ทำให้มีความทนทานต่อบรรยากาศ น้ำทะเล และสารเคมีทั่วไปในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ (เช่น น้ำมันไฮดรอลิกและน้ำยาขจัดน้ำแข็ง) สูงมาก ความทนทานต่อการกัดกร่อนของมันเหนือกว่าสแตนเลสสตีลอย่างมาก สิ่งนี้ช่วยเพิ่มอายุการใช้งานและความน่าเชื่อถือของส่วนประกอบอย่างมาก ในขณะเดียวกันก็ลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษา

3. ประสิทธิภาพที่อุณหภูมิสูงดี: โลหะผสมไทเทเนียมทั่วไป (เช่น Ti-6Al-4V) สามารถทำงานได้อย่างเสถียรในระยะยาวที่อุณหภูมิ 400-500°C ในขณะที่โลหะผสมไทเทเนียมที่อุณหภูมิสูงพิเศษบางชนิด (เช่น สารประกอบระหว่างโลหะ Ti-Al) สามารถทนต่ออุณหภูมิได้สูงถึง 600°C ขึ้นไป ทำให้เหมาะสำหรับส่วนประกอบที่ร้อนของเครื่องยนต์อากาศยาน

4. เข้ากันได้กับวัสดุคอมโพสิต: ไทเทเนียมมีศักยภาพในการกัดกร่อนทางไฟฟ้าเคมีคล้ายกับวัสดุคอมโพสิตเสริมใยคาร์บอน (CFRP) เมื่อทั้งสองสัมผัสกัน จะไม่เกิดการกัดกร่อนจากไฟฟ้าอย่างรุนแรง ดังนั้น ไทเทเนียมจึงมักใช้สำหรับตัวยึด วงเล็บ และรอยต่อที่เชื่อมต่อกับส่วนประกอบคอมโพสิต

เครื่องยนต์คือ "หัวใจ" ของเครื่องบินและส่วนประกอบที่มีการใช้โลหะผสมไทเทเนียมมากที่สุด (คิดเป็นประมาณ 25%-40% ของน้ำหนักรวมของเครื่องยนต์)

ใบพัดลม: ใบพัดลมด้านหน้าของเครื่องยนต์เทอร์โบแฟนแรงขับสูงสมัยใหม่ (เช่น LEAP, GEnx) มักใช้โลหะผสมไทเทเนียม พวกเขาต้องการความแข็งแรงสูงมากเพื่อทนต่อแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางมหาศาลและผลกระทบจากวัตถุแปลกปลอม

ดิสก์และใบพัดคอมเพรสเซอร์: ดิสก์ ใบพัด และตัวเรือนในระยะแรงดันต่ำของคอมเพรสเซอร์ใช้โลหะผสมไทเทเนียมอย่างกว้างขวาง ส่วนประกอบเหล่านี้ทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและแรงดันสูง ซึ่งต้องการวัสดุที่มีความแข็งแรงสูง ทนทานต่อความล้า และทนต่อการคืบคลาน

กระบังเครื่องยนต์และเสา: ส่วนประกอบโครงสร้างเหล่านี้ยังใช้โลหะผสมไทเทเนียมในปริมาณมากเพื่อลดน้ำหนัก

ในโครงสร้างเครื่องบิน โลหะผสมไทเทเนียมใช้สำหรับโครงสร้างรับน้ำหนักที่สำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่ที่โลหะผสมอะลูมิเนียมแบบดั้งเดิมไม่สามารถตอบสนองความต้องการได้

ส่วนประกอบของเกียร์ลงจอด: เกียร์ลงจอดต้องทนต่อแรงกระแทกมหาศาลในระหว่างการลงจอดและภาระคงที่ ทำให้เป็นหนึ่งในส่วนประกอบที่มีภาระมากที่สุดบนเครื่องบิน โลหะผสมไทเทเนียมที่มีความแข็งแรงสูง (เช่น Ti-10V-2Fe-3Al) ใช้ในการผลิตคาน เกียร์ลงจอด เสา และข้อต่อแรงบิดที่สำคัญ

รอยต่อปีกและลำตัว: ส่วนประกอบรับน้ำหนักที่สำคัญ เช่น กล่องปีกกลางที่เชื่อมต่อปีกกับลำตัว แทร็กแผ่นปิด และคานกระดูกงู มักใช้การตีขึ้นรูปโลหะผสมไทเทเนียมที่มีความแข็งแรงสูงเนื่องจากภาระที่กระจุกตัว

ตัวยึด: หมุดย้ำ โบลต์ สกรู และตัวยึดอื่นๆ ที่ทำจากโลหะผสมไทเทเนียมถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายเนื่องจากมีความแข็งแรง น้ำหนักเบา และทนทานต่อการกัดกร่อน

ระบบไฮดรอลิกและท่อ: เนื่องจากความทนทานต่อการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยมของไทเทเนียม จึงมักใช้ในการผลิตระบบท่อไฮดรอลิกที่ซับซ้อน เพื่อให้มั่นใจถึงความน่าเชื่อถือในระยะยาว

ในภาคอวกาศ ประโยชน์ของการลดน้ำหนักมีความสำคัญยิ่งกว่า (เกี่ยวข้องโดยตรงกับความสามารถในการปล่อย) ควบคู่ไปกับความจำเป็นในการทนต่อสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและสุญญากาศของอวกาศ

เครื่องยนต์จรวด: ส่วนประกอบของเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลว เช่น ถังเชื้อเพลิง ปั๊มเทอร์โบ และหัวฉีด ใช้โลหะผสมไทเทเนียมเพื่อทนต่อการกัดกร่อนของออกซิเจนเหลว/ไฮโดรเจนเย็นยวดยิ่ง และแรงดันสูง

ภาชนะรับแรงดัน: ถังแก๊สโลหะผสมไทเทเนียมที่ใช้สำหรับจัดเก็บก๊าซแรงดันสูง (เช่น ฮีเลียม) และสารขับเคลื่อนมีน้ำหนักเบา มีความทนทานต่อแรงดันสูง และมีความน่าเชื่อถือที่ดี

โครงสร้างดาวเทียม: วงเล็บดาวเทียม โครงเชื่อมต่อ กระบอกกระจกกล้อง และส่วนประกอบโครงสร้างอื่นๆ ใช้โลหะผสมไทเทเนียมเพื่อตอบสนองความต้องการที่เข้มงวดสำหรับความเสถียรของโครงสร้าง การออกแบบน้ำหนักเบา และความแข็งแกร่งสูงในสภาพแวดล้อมในอวกาศ

ยานอวกาศที่มีคนขับ: ยานอวกาศที่มีลูกเรือ เช่น Shenzhou และ Soyuz ใช้โลหะผสมไทเทเนียมอย่างกว้างขวางในโครงสร้างรับน้ำหนักของโมดูลส่งกลับ