Ứng dụng của titan trong lĩnh vực đóng tàu

1. Tàu ngầm hạt nhânNga đi đầu quốc tế về công nghệ nghiên cứu và chế tạo tàu ngầm hạt nhân hợp kim titan, đồng thời cũng là quốc gia đầu tiên sử dụng hợp kim titan để chế tạo vỏ chịu áp lực. Trong thời kỳ cao điểm, sản lượng tấm và ống dày hợp kim titan cho tàu ngầm hàng năm đạt 10.000 tấn, chiếm 30% đến 50% sản lượng vật liệu gia công hợp kim titan hàng năm. Một ví dụ điển hình về titan được sử dụng trên tàu là tàu ngầm hạt nhân lớp Typhoon của Nga, có lớp vỏ ngoài làm bằng titan. Do nhu cầu quân sự, cấu trúc vỏ kép được sử dụng và lớp vỏ-hai lớp sử dụng 9000 tấn titan, khiến nó không có-từ tính, lặn sâu, tốc độ nhanh, ít tiếng ồn và cần ít thời gian bảo trì hơn. Thuyền có chiều dài 172,8m, chiều rộng tối đa 23,3m và chiều cao 42,7m. Nó có lượng giãn nước khi lặn là 23200 tấn và lượng giãn nước khi lặn là 33800 tấn. Tốc độ lặn là 50km/h và độ sâu lặn tối đa là 500m. Thời gian lặn liên tục đạt tới 120 ngày. Con tàu bắt đầu được đóng vào năm 1977 và đi vào hoạt động năm 1981, đóng vai trò quan trọng trong Hải quân Nga.

2. Toàn bộ tàu titan
Năm 1985, Công ty Toho Titanium của Nhật Bản và Công ty đóng tàu Fujinobu đã cùng nhau chế tạo tàu cao tốc hoàn toàn bằng titan "Mori Zhi Tian I", loại tàu này rất phổ biến ở Hoa Kỳ trong một thời gian. Năm 1997, tàu cao tốc "Titan Rapid" do Tập đoàn Nippon Kogyo sản xuất đã được hạ thủy và ra khơi. Nó dài khoảng 12 mét và có đường cong ba chiều-đẹp mắt, có thể giảm thiểu lực cản điều hướng. Nhà máy đóng tàu Jiangteng đã sản xuất hai chiếc tàu hoàn toàn bằng titan, "Asahi Maru thứ hai" và "Akimaru", lần lượt vào năm 1998 và 1999. Ưu điểm là trọng lượng nhẹ, tốc độ nhanh, động cơ nhỏ, chi phí nhiên liệu thấp, lượng khí thải carbon dioxide thấp, không cần lớp phủ bề mặt và dễ dàng làm sạch các phụ tùng. Nhược điểm là giá thành vật liệu cao, công nghệ chế biến và sản xuất khó khăn, yêu cầu bảo vệ nghiêm ngặt. Kết quả tàu thử nghiệm cho thấy hoạt động tốt về độ ổn định tốc độ, độ rung và tiếng ồn.

3. Phương tiện lặn sâu, xuồng cứu hộ và các bộ phận của tàu
Hoa Kỳ, Nhật Bản và Pháp đều đã chế tạo các tàu lặn biển sâu{0}}sử dụng titan và hợp kim titan để chế tạo vỏ chịu áp lực. Trong số đó, hợp kim Ti{6}}6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo được dùng để chế tạo vỏ của tàu lặn biển sâu Aivin và Sea Cliff của Mỹ; Hợp kim Ti-6Al-4V ELI được sử dụng cho các quả bóng nổi trên tàu SM97 của Pháp, Aivin của Mỹ, Biển sâu Nhật Bản 2000 và vỏ và quả bóng nổi của Tàu cứu hộ biển sâu (DSRV) của Hải quân Hoa Kỳ.

4. Tàu lặn "Giao Long"
Tàu lặn có người lái tích hợp và được thiết kế độc lập đầu tiên ở Trung Quốc, Giao Long, được minh họa trong Hình 2-1. Cuộc thử nghiệm trên biển ở độ sâu 3759m được hoàn thành vào tháng 7 năm 2010 và vào ngày 1 tháng 8 năm 2011, tàu "Jiaolong" chính thức bắt đầu hoạt động dưới nước ở độ sâu 5180m. Độ sâu lặn này có nghĩa là Giao Long có thể tiếp cận hơn 70% đáy biển thế giới. Tàu vũ trụ Giao Long được thiết kế có độ sâu 7000m, lớn nhất thế giới. Dự kiến, nó sẽ tiến hành thử nghiệm trên biển ở độ cao 7000m vào năm 2012. Phạm vi công việc bao gồm 99,8% các vùng đại dương toàn cầu. Chương trình lặn biển sâu có người lái{17}}của Trung Quốc hiện đang phát triển ổn định. Tàu lặn dưới biển sâu là đỉnh cao của sự phát triển công nghệ đại dương, tương tự như kỹ thuật tàu vũ trụ có người lái, phản ánh sức mạnh công nghệ toàn diện của một quốc gia. Các hoạt động của tàu lặn có người lái ở vùng biển sâu bao gồm sườn lục địa, đỉnh núi, miệng núi lửa, rặng đại dương và đáy đại dương, đồng thời đã đạt được nhiều kết quả nghiên cứu về địa hóa học, địa vật lý và sinh học biển.

5. Sonar fairing
Vỏ sonar bằng hợp kim titan có hiệu suất toàn diện vượt trội và đã được áp dụng trong hệ thống sonar của các tàu Nga như Kursk, Minsk và Kiev. Theo các yêu cầu khác nhau đối với các ứng dụng dưới nước và trên mặt nước, hiện có hai loại vật liệu cách âm tấm vỏ được sử dụng làm bộ làm lệch sóng siêu âm trên tàu hải quân Trung Quốc: thép không gỉ và sợi thủy tinh gia cố{1}} bằng sợi. Trong giai đoạn Kế hoạch 5 năm lần thứ 9, Trung Quốc đã tiến hành nghiên cứu ứng dụng hợp kim titan trong bộ làm lệch sóng sonar của tàu.

6. Cánh quạt
Vật liệu cánh quạt yêu cầu độ bền cao, hiệu suất mỏi tốt trong môi trường nước biển, khả năng chống xói mòn và ăn mòn xâm thực, hợp kim titan có thể đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất toàn diện ở trên. Hải quân Hoa Kỳ lần đầu tiên sử dụng cánh quạt bằng hợp kim titan siêu sủi bọt có đường kính 1500mm, có thể tháo rời bốn cánh trên tàu cánh ngầm. Trung Quốc đã phát triển cánh quạt tàu cao tốc tàu cánh ngầm vào năm 1972 và từ đó đã sản xuất nhiều loại cánh quạt hợp kim titan với đường kính từ 450mm đến 1100mm. Đường kính tối đa có thể sản xuất được là 1200mm, với khối lượng 130kg đối với cánh quạt hợp kim titan cố định. Sử dụng lâu dài cho thấy tuổi thọ của cánh quạt hợp kim titan gấp hơn 5 lần so với cánh quạt hợp kim đồng.

7. Hệ thống bơm, van và đường ống tàu thủy
Các máy bơm, van và đường ống trên tàu do điều kiện làm việc cực kỳ khắc nghiệt nên chỉ có tuổi thọ 2{2}}5 năm đối với đường ống làm bằng đồng và thép không gỉ. Sau khi thay thế, hợp kim titan hoạt động tốt và phù hợp với đường ống dẫn nước biển tốc độ cao. Tiêu chuẩn tuổi thọ sử dụng của đường ống tàu thủy của Nga quy định ba yêu cầu về tuổi thọ, đó là thời gian sửa chữa bến tàu lần đầu (8-9 năm); Tuổi thọ của dịch vụ không được ít hơn 15 năm; Tất cả các cấp độ của tàu được yêu cầu phải hoạt động tin cậy từ 25 đến 30 năm trong suốt vòng đời của chúng.

8. Tàu chạy bằng năng lượng nguyên tử
Nga sử dụng hợp kim titan thay vì thép không gỉ để chế tạo động cơ hơi nước, bộ trao đổi nhiệt, bộ làm mát cho tàu thủy, khắc phục hư hỏng do ăn mòn. Đơn vị năng lượng của các tàu phá băng chạy bằng năng lượng nguyên tử hiện có của Nga sử dụng rộng rãi động cơ hơi nước titan.