¿El iPhone 14 utilizará un cuerpo de aleación de titanio en 2022?
Si bien Apple ha utilizado titanio en algunos modelos de Apple Watch, hasta el momento no se ha utilizado en los iPhone. JPMorgan Chase dijo en un nuevo informe para inversores que se espera que el modelo de gama alta (iPhone 14 Pro) del iPhone 2022 (serie iPhone 14) utilice una carcasa de aleación de titanio. ¿Qué tipo de material es la aleación de titanio que suena muy impresionante y costosa? Echemos un vistazo ~
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Introducción
El titanio se desarrolló en la década de 1950. Las aleaciones de titanio, un metal estructural importante, se utilizan ampliamente en diversos campos debido a su alta resistencia, buena resistencia a la corrosión y alta resistencia al calor. Las aleaciones de titanio se utilizan principalmente para fabricar piezas de compresores de motores de aviones, seguidas de piezas estructurales para cohetes, misiles y aviones de alta velocidad.
La aleación de titanio es una aleación compuesta por titanio y otros elementos. El titanio tiene dos cristales isomorfos: el titanio es un alótropo con un punto de fusión de 1668. Cuando es inferior a 882, tiene una estructura reticular hexagonal muy compacta, llamada α-titanio, por encima de 882, tiene una red cúbica centrada en el cuerpo; estructura llamada beta-titanio. Utilizando las diferentes características de las dos estructuras de titanio anteriores, agregando elementos de aleación apropiados para cambiar gradualmente la temperatura de transformación de fase y el contenido del componente, se obtienen aleaciones de titanio con diferentes estructuras.
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Clasificación de las aleaciones de titanio
Los elementos de aleación de titanio se pueden dividir en tres categorías según su influencia en la temperatura de transformación de fase: ① Estabilizar la fase a, mejorar fase Los elementos con temperatura de transición son elementos a-estables, entre ellos aluminio, magnesio, oxígeno y nitrógeno. Entre ellos, el aluminio es el principal elemento de aleación de la aleación de titanio. Tiene un efecto significativo en la mejora de la resistencia a temperaturas normales y altas de la aleación y en la reducción de la gravedad específica. ②Los elementos que estabilizan la fase B y reducen la temperatura de transición de fase son elementos estabilizadores B. Se puede dividir en dos tipos: forma isomorfa y forma analito. La primera incluye molibdeno, niobio, vanadio, etc.; la segunda incluye cromo, manganeso, cobre, silicio, etc. ③ Los elementos que tienen poco efecto sobre la temperatura de transición de fase son elementos neutros, incluidos circonio, estaño, etc.
Aleación de titanio
Es una aleación monofásica compuesta de una solución sólida de una fase, ya sea a temperaturas normales o a temperaturas de aplicación prácticas más altas, la estructura. Es estable, la resistencia al desgaste es mayor que la del titanio puro y la resistencia a la oxidación es fuerte. Aún mantiene su resistencia y resistencia a la fluencia a temperaturas de 500 C a 600 C, pero no puede fortalecerse mediante tratamiento térmico y su resistencia a temperatura ambiente. no es alto.
Aleación de titanio B
Es una aleación monofásica compuesta de una solución sólida de fase B. Tiene alta resistencia sin tratamiento térmico. Después del enfriamiento, la aleación se fortalece aún más. la resistencia a temperatura ambiente puede alcanzar 1372~1666MPa pero la estabilidad térmica es pobre y no es adecuada para uso a altas temperaturas.
una aleación de titanio B
Es una aleación de doble fase con buenas propiedades integrales, buena estabilidad estructural, buena tenacidad, plasticidad y rendimiento de deformación a alta temperatura que puede realizar enfriamiento. y envejecimiento para fortalecer la aleación. La resistencia después del tratamiento térmico es aproximadamente entre un 50% y un 100% mayor que en el estado recocido; la resistencia a altas temperaturas es alta y puede funcionar a temperaturas de 400 C a 500 C durante mucho tiempo. Su estabilidad térmica es inferior a la de la aleación de titanio. Las más comúnmente utilizadas entre las tres aleaciones de titanio son una aleación de titanio y una aleación de titanio B; una aleación de titanio tiene las mejores piezas de corte y procesamiento, una aleación de titanio B ocupa el segundo lugar y la aleación de titanio B es la peor.
Las aleaciones de titanio se pueden dividir en aleaciones resistentes al calor, aleaciones de alta resistencia, aleaciones resistentes a la corrosión (titanio-molibdeno, aleaciones de titanio-paladio, etc.), aleaciones de baja temperatura y aleaciones funcionales especiales ( materiales de almacenamiento de hidrógeno titanio-hierro y aleación con memoria de titanio-níquel), etc.
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Características de las aleaciones de titanio
Las aleaciones de titanio tienen baja densidad, alta resistencia específica, buena resistencia a la corrosión, baja conductividad térmica, no son tóxicas ni Magnético, tiene las características de soldabilidad, buena biocompatibilidad y fuerte decoración de superficies.
1. Alta resistencia específica: la densidad de la aleación de titanio es generalmente de alrededor de 4,5 g/cm3, que es solo el 60 % de la del acero. La resistencia específica (resistencia/densidad) de la aleación de titanio es mucho mayor que la de otras. materiales estructurales metálicos y latas. Para producir piezas y componentes con alta resistencia unitaria, buena tenacidad y peso ligero, las aleaciones de titanio se utilizan en piezas estructurales, marcos, revestimientos, sujetadores y trenes de aterrizaje de motores de aviones.
2. Alta resistencia térmica: la temperatura de funcionamiento es varios cientos de grados más alta que la de las aleaciones de aluminio, y aún puede mantener la resistencia requerida a temperaturas moderadas. Estos dos tipos de aleaciones de titanio pueden funcionar a temperaturas de. 450-500 C durante mucho tiempo Todavía hay una resistencia específica alta en el rango de 150 C-500 C, mientras que la resistencia específica de la aleación de aluminio cae significativamente a 150 C. La temperatura de trabajo de la aleación de titanio puede alcanzar los 500 C. mientras que el de la aleación de aluminio está por debajo de 200 C.
3. Buena resistencia a la corrosión: la aleación de titanio funciona en atmósferas húmedas y en medios de agua de mar, y su resistencia a la corrosión es mucho mejor que la del acero inoxidable; es particularmente resistente a la corrosión por picaduras, la corrosión ácida y la corrosión por tensión. Los cloruros, las sustancias orgánicas a base de cloro, el ácido nítrico, el ácido sulfúrico, etc. tienen una excelente resistencia a la corrosión, pero el titanio tiene poca resistencia a la corrosión de los medios con oxígeno reductor y sales de cromo.
4. Buena resistencia a bajas temperaturas: las aleaciones de titanio aún pueden mantener sus propiedades mecánicas a temperaturas bajas y ultrabajas. Las aleaciones de titanio con buenas propiedades a bajas temperaturas y elementos intersticiales extremadamente bajos, como TA7, pueden hacerlo. aún mantienen sus propiedades mecánicas a -253 C. Al mantener un cierto grado de plasticidad, la aleación de titanio también es un importante material estructural a baja temperatura.
5. Alta actividad química: El titanio tiene una alta actividad química y produce fuertes reacciones químicas con O, N, H, CO, CO2, vapor de agua, amoniaco, etc. de la atmósfera. Cuando el contenido de carbono es superior al 0,2%, se formará TiC duro en la aleación de titanio; cuando la temperatura es alta, reaccionará con N para formar una capa superficial dura de TiN por encima de 600 C, el titanio absorbe oxígeno para formar una; capa endurecida muy dura A medida que aumenta el contenido de hidrógeno, también se formará una capa quebradiza. El titanio también tiene una alta afinidad química y es propenso a adherirse a las superficies de fricción.
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Campos de aplicación
Ampliamente utilizado en aviación, aeroespacial, industria química, petróleo, energía eléctrica, atención médica, construcción, artículos deportivos y otros campos. Muchos países del mundo han reconocido la importancia de los materiales de aleación de titanio, han realizado sucesivamente investigaciones y desarrollo sobre ellos y han obtenido aplicaciones prácticas.
Ámbito aeroespacial
Los principales países que utilizan titanio en el campo aeroespacial se concentran en los países occidentales, especialmente Estados Unidos, con un 60% de los materiales de titanio utilizados en este campo. Los países asiáticos, Japón y China invierten alrededor del 10% del titanio en este campo. Sin embargo, con el rápido desarrollo de la industria aeroespacial en Asia en los últimos años, el consumo de titanio en el campo aeroespacial aumentará en consecuencia. Desde una perspectiva global, la industria de la aviación desempeña un papel decisivo en el mercado del titanio. Históricamente, los principales ciclos de la industria del titanio están estrechamente relacionados con los altibajos de la industria de la aviación.
Industria de la automoción
La reducción del consumo de combustible y la reducción de las emisiones de residuos nocivos (CO2, NOX, etc.) se ha convertido en una de las principales fuerzas impulsoras y direcciones del progreso tecnológico en la industria de la automoción. Las investigaciones muestran que aligerar el peso es una medida eficaz para ahorrar combustible y reducir la contaminación. En 2009, el consumo mundial de titanio para automóviles alcanzó las 3.000 toneladas. El titanio se ha utilizado en los coches de carreras durante muchos años. La cantidad de titanio utilizado en los automóviles japoneses ha superado las 600 toneladas. Con el desarrollo de la industria automovilística mundial, la cantidad de titanio utilizado en los automóviles sigue aumentando rápidamente.
Las ventajas del uso de titanio en los automóviles incluyen: reducir el peso y reducir el consumo de combustible; mejorar la transmisión de potencia y reducir el ruido; reducir la vibración y la carga de los componentes; mejorar la durabilidad del vehículo y la protección del medio ambiente.
Industria Médica
El titanio es muy utilizado en el campo médico. El titanio está cerca de los huesos humanos, tiene buena biocompatibilidad con los tejidos humanos y no tiene efectos secundarios tóxicos. Las principales ventajas del uso de titanio y aleaciones de titanio son las siguientes: 1. Peso ligero; 2. Módulo elástico bajo; 3. No magnético; 4. No tóxico; 6. Alta resistencia y buena tenacidad;
La cantidad de aleación de titanio utilizada en implantes quirúrgicos está creciendo a un ritmo anual del 5% al 7%.
Cabezas femorales, articulaciones de la cadera, húmero, cráneo, articulaciones de la rodilla, articulaciones del codo, articulaciones del hombro, articulaciones metacarpofalángicas, mandíbulas, membranas cardíacas, membranas renales y vasodilatación hechas de titanio y aleaciones de titanio. Cientos de piezas metálicas como como implantes, férulas, prótesis y tornillos de fijación se han trasplantado al cuerpo humano, obteniendo buenos resultados y siendo muy elogiados por la comunidad médica.
Vida diaria
El titanio se usa ampliamente en la vida diaria, como cabezas de golf, cuadros de bicicletas, raquetas de tenis, sillas de ruedas, monturas de gafas, etc., todos los cuales se usan en titanio.
Con su peso ligero y alta resistencia, la aplicación del titanio en artículos deportivos se ha expandido gradualmente desde las primeras raquetas de tenis y bádminton hasta cabezas de golf, palos y coches de carreras. Los cuadros de bicicleta hechos de aleación de titanio también son muy populares. Las características livianas del titanio también se aplican a los cuadros de anteojos. Además, el titanio no es fácil de causar alergias en la piel y, por lo tanto, la superficie del titanio puede tener colores brillantes. década de 1980 Se utiliza en marcos desde principios de la década de 1990.
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Impresión 3D de aleaciones de titanio
Las piezas de aleación de titanio fabricadas con tecnología de impresión 3D tienen una resistencia muy alta, dimensiones precisas y sus propiedades mecánicas son superiores a Proceso de forja. Debido a su buena biocompatibilidad y excelentes propiedades mecánicas, las aleaciones de titanio se utilizan principalmente en materiales biomédicos, aeroespaciales, instrumentos de precisión, etc.
La “prótesis hemipélvica artificial modular de aleación de titanio impresa en 3D” de China ha logrado una transformación. Las articulaciones artificiales producidas mediante tecnología de impresión 3D de aleación de titanio garantizan que las articulaciones tengan una buena interfaz resistente al desgaste y puedan conectarse bien con el hueso. El tejido se fusiona para mejorar la calidad y el nivel médico de las articulaciones artificiales.
Tira de brida central de aleación de titanio C919 de 3,07 metros de altura impresa en 3D. Las estructuras metálicas en forma de panal impresas con metal 3D se pueden usar ampliamente en los campos aeroespacial y aeroespacial que tienen requisitos de materiales extremadamente estrictos debido a sus buenas propiedades mecánicas, peso ligero y optimización de la topología.
Con el avance de la ciencia y la tecnología, el ámbito de aplicación de los materiales de aleación de titanio no se limitará a la industria aeroespacial, la defensa nacional y la atención médica y sanitaria. La tecnología de impresión 3D de aleación de titanio también seguirá mejorándose y desarrollándose. .
Algunos de los materiales gráficos de este artículo son de Internet
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