Nylig gjorde forskere fra University of Tokyo et viktig gjennombrudd, de utviklet en ny metode, kan redusere kostnadene for produksjon av lite oksygen-titan med lavt oksygen. Dette forskningsresultatet introduserer ikke bare denne kostnadseffektive metoden, men avslører også de vitenskapelige prinsippene og tekniske utfordringene bak.
Det rapporteres at forskerne lyktes i å redusere oksygeninnholdet i titan til 0. 02% ved å bruke det sjeldne jordmetall yttrium. Dette gjennombruddet har gjort det mulig å bruke titan i et bredere spekter av industrielle applikasjoner. For å fullt ut realisere de mer potensielle anvendelsene av titanlegeringer i produksjon, har Yttrium, som er til stede i opptil 1% av materialets sammensetning, blitt en presserende utfordring.
Produkter laget av rent titan er uvanlige på grunn av de høye kostnadene ved å fjerne oksygen fra titanmalm. Kostnaden for å fjerne oksygen er en av de viktigste faktorene som påvirker den utbredte bruken av titan. Å redusere denne kostnaden vil effektivt fremme bredere utnyttelse av fordelene med titanprodukter fra produsenter i fremstillingen av produktene sine.
Forskere ved University of Tokyos Institute of Industrial Science har publisert en studie i Nature Communications som beskriver deres nye tilnærming for å redusere kostnadene for å produsere nesten fullstendig oksygenfritt titan med høy renhet. Denne forskningen er ikke bare til fordel for teknologisk utvikling, men har også en positiv innvirkning på miljømessig bærekraft.
Imidlertid er kostnadene for å produsere ultra-pures titan mye høyere enn produksjonsstål (ferroalloys) og aluminium. Prosessen med å tilberede titan med høy renhet bruker store mengder energi og ressurser. Som et resultat har forskere arbeidet med å utvikle en billig og enkel metode for å fremstille titan med høy renhet for å lette utviklingen av produkter for bruk av industri og vanlige forbrukere.
I denne studien brukte forskerne en innovativ teknologi basert på sjeldne jordmetaller for å fjerne oksygen fra titan. De endte opp med en rimelig, solid-state, deoksidisert titanlegering ved å reagere smeltet titan med metallene yttrium og yttrium trifluorid eller lignende stoffer. I tillegg kan det reagerte ytrium resirkuleres, noe som reduserer produksjonskostnadene ytterligere.
Toru H. Okabe, hovedforfatter av studien, forklarer, "Jern- og aluminiumsmetaller produseres i store mengder industrielt, men produksjonen av titan er begrenset på grunn av de høye kostnadene for å fjerne oksygen fra malmen. Denne innovative teknologien vi brukte, basert på sjeldne jordmetaller, kan fjerne oksygen fra titan til {0}}."
Et sentralt trinn i denne forskningen var å reagere smeltet titan med et spesifikt reaktivt stoff. Forskerne fant at denne metoden ikke bare er billig, men også enkel. Dessuten kan til og med titanskrap som inneholder store mengder oksygen behandles på denne måten.
Vi er glade for allsidigheten av den eksperimentelle ordningen, "sa Toru H. Okabe. Eliminering av mellomforbindelser, og den enkle prosedyren vil bidra til den industrielle anvendelsen." Til tross for den viktige fremgangen som er gjort i denne forskningen, er det en begrensning: det oppnådde deoksidiserte titanen inneholder yttrium med en masse på opptil 1 prosent. Tilstedeværelsen av yttrium kan påvirke de mekaniske og kjemiske egenskapene til titanlegeringer. Derfor må forskerne ytterligere ta opp spørsmålet om forurensning av yttrium for å sikre den utbredte bruken av titanprodukter i industriell produksjon.
Totalt sett er denne nye metoden utviklet av forskere ved University of Tokyo et viktig skritt mot mer effektiv utnyttelse av titan med høy renhet. Når teknologien fortsetter å avansere og kostnadene reduseres ytterligere, vil Titanium spille en enda viktigere rolle i fremtiden.
