광석에서 가공 제품까지의 티타늄의 여정은 첨단 야금 공학과 세심한 공정의 증거입니다. 티타늄 제조는 단순한 노력이 아닙니다. 오히려 원시 형태를 다양한 응용 분야에 맞게 조정된 사용 가능한 재료로 정제하는 것을 목표로 하는 일련의 복잡한 절차가 필요합니다. 이 공정의 핵심은 주로 Kroll 공정을 통해 달성되는 티타늄 광석을 순수 티타늄으로 변환하는 것입니다.

1차 제작 공정

티타늄 생산의 초석은 산화물 형태에서 순수한 티타늄을 추출하는 데 필수적인 다단계 화학 반응인 Kroll 공정에서 시작됩니다. 이 방법은 초기에 일메나이트나 금홍석에서 파생된 산화티타늄을 고온에서 염소화를 통해 사염화티타늄(TiCl4)으로 변환하는 과정을 포함합니다. 업계 용어로 "티클"이라는 애칭으로 불리는 TiCl4는 분별 증류를 통해 정제되어 금속 염화물 불순물을 제거합니다. 이어서, 아르곤이 풍부한 환경에서 TiCl4는 마그네슘과 반응하여 점차적으로 순수한 티타늄과 염화마그네슘을 생성합니다. 이 의식은 고급 재용해 기술을 위해 더욱 정제되고 준비된 다공성 형태의 티타늄인 티타늄 "스펀지"를 생산하는 것으로 마무리됩니다.

2차 가공 기술

티타늄 스펀지를 얻은 후에는 VAR(진공 아크 재용해)과 같은 2차 가공 기술을 통해 금속을 더욱 정제합니다. 1950년대부터 VAR은 고성능 티타늄 합금 생산에 필수적인 요소로 남아 있으며 용융 및 응고 공정에 대한 정밀한 제어를 제공합니다. 이를 통해 결과 합금은 까다로운 산업 응용 분야에 매우 중요한 탁월한 순도와 일관성을 나타냅니다. 이 단계에서는 알루미늄 및 바나듐과 같은 합금 원소를 도입하여 특정 응용 분야 요구 사항을 충족하도록 티타늄의 특성을 향상시킬 수 있습니다.

VAR이 여전히 널리 사용되는 반면, EBCHR(Electron Beam Cold Hearth Remelting)은 보완적인 공정으로 등장했으며, 특히 고밀도 및 저밀도 개재물을 제거하는 데 유리합니다. 진공 환경과 전자빔을 활용하는 이 공정은 티타늄을 정제할 뿐만 아니라 가공 폐기물을 재활용합니다. 녹은 티타늄은 주형에 주입되어 주로 단조에 적합한 합금으로 결정화됩니다.

원하는 속성 및 응용 프로그램

티타늄은 정련 후 주조 또는 단조할 수 있으며 각 방법은 최종 제품에 고유한 특성을 부여합니다. 주조는 일반적으로 비용 효율성으로 인해 중요하지 않은 응용 분야에 사용되지만 사용을 제한할 수 있는 수지상 입자 구조를 도입할 수 있습니다. 이와 대조적으로 단조는 열 및 기계적 에너지를 사용하여 고체 상태의 티타늄을 재형성하여 금속 미세 구조의 최적 발달을 촉진합니다.

티타늄의 기계적 특성을 더욱 맞춤화하기 위해서는 어닐링 및 용체화 처리와 같은 열처리 공정이 중추적인 역할을 합니다. 어닐링은 금속의 격자 구조를 수정하여 연성, 파괴 인성 및 열 안정성을 향상시킵니다. 용액 처리 및 노화는 합금의 강도를 향상시키며, 이는 고성능을 요구하는 응용 분야에 매우 중요합니다.

결론적으로, 티타늄 제조는 첨단 화학 반응, 정밀 합금화, 전략적 열처리의 융합이 요구되는 정교한 공정입니다. 항공우주 공학부터 의료 기기까지, 이러한 방법을 통해 티타늄의 특성을 조작하는 능력은 현대 산업 응용 분야에서 티타늄의 다양성과 필수성을 강조합니다. 제조 공정의 지속적인 혁신을 통해 티타늄은 강도, 내구성 및 신뢰성이 가장 중요한 소재로 남아 있습니다.