★【知识帖】★《钛金属基础知识》★

zjw_miyi

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一、钛的发展史

　　1791年英国牧师W．格雷戈尔(Gregor)在黑磁铁矿中发现了一种新的金属元素。1795年德国化学家M．H．克拉普鲁斯(Klaproth)在研究金红石时也发现了该元素，并以希腊神Titans命名之。1910年美国科学家M．A．亨特(Hunter)首次用钠还原TiCI：制取了纯钛。1940年卢森堡科学家W．J．克劳尔(kroll)用镁还原TiCl：制得了纯钛。从此，镁还原法(又称为克劳尔法)和钠还原法(又称为亨特法)成为生产海绵钛的工业方法。美国在1948年用镁还原法制出2t海绵钛，从此达到了工业生产规模。随后，英国、日/本、前苏联和中国也相继进入工业化生产，其中主要的产钛大国为前苏联、日/本和美国。
　　 钛是一种新金属，由于它具有一系列优异特性，被广泛用于航空、航天、化工、石油、冶金、轻工、电力、海水淡化、舰艇和日常生活器具等工业生产中，它被誉为现代金属。
        金属钛生产从1948年至今才有半个世纪的历史，它是伴随着航空和航天工业而发展起来的新兴工业。它的发展经受了数次大起大落，这是因为钛与飞机制造业有关的缘故。但总的说来，钛发展的速度是很快的，它超过了任何一种其他有色金属的发展速度。这从全世界海绵钛工业发展情况可以看出：海绵钛生产规模60年代为60kt/a，70年代为1lOkt/a，80年代为130kt/a，到1992年已达140kt/a。实际产量1990年达到历史最高水平，为105kt/a。目前，世界海绵钛生产厂家和生产能力列于表1—1。
　 　 进入90年代后，由于**钛量减少和俄罗斯等一些国家抛售库存海绵钛，使前几年市场疲软。1995年钛的市场开始回升，主要由于B777等民用飞机和高尔夫球杆等民用钛量大幅度增加， 1996年钛的需求量达到一个新的高点。专家预测今后几年内钛的 需求量将继续较大幅度增长。目前妨碍钛应用的主要原因是价格贵。可以预料，随着科学技术的进步和钛生产工艺的不断完善、 扩大企业的生产能力和提高管理水平、进一步降低钛制品的成本， 必然会开拓出更广泛的钛市场。

二、钛的基本性质

原子结构
　　 钛位于元素周期表中ⅣB族，原子序数为22，原子核由22个质子和20-32个中子组成，核外电子结构排列为1S22S22P63S23D24S2。原子核半径5x10-13厘米。
物理性质
　　 钛的密度为4.506-4.516克/立方厘米（20℃），熔点1668±4℃，熔化潜热3.7-5.0千卡/克原子，沸点3260±20℃，汽化潜热102.5-112.5千卡/克原子，临界温度4350℃，临界压力1130大气压。钛的导热性和导电性能较差，近似或略低于不锈钢，钛具有超导性，纯钛的超导临界温度为 0.38-0.4K。在25℃时，钛的热容为0.126卡/克原子·度，热焓1149卡/克原子，熵为7.33卡/克原子·度，金属钛是顺磁性物质，导磁率为1.00004。
　　 钛具有可塑性，高纯钛的延伸率可达50-60%，断面收缩率可达70-80%，但强度低，不宜作结构材料。钛中杂质的存在，对其机械性能影响极大，特别是间隙杂质（氧、氮、碳）可大大提高钛的强度，显著降低其塑性。钛作为结构材料所具有的良好机械性能，就是通过严格控制其中适当的杂质含量和添加合金元素而达到的。
化学性质
　 钛在较高的温度下，可与许多元素和化合物发生反应。各种元素，按其与钛发生不同反应可分为四类：
　　 第一类：卤素和氧族元素与钛生成共价键与离子键化合物；
　　 第二类：过渡元素、氢、铍、硼族、碳族和氮族元素与钛生成金属间化物和有限固溶体；
　　 第三类：锆、铪、钒族、铬族、钪元素与钛生成无限固溶体；
　　 第四类：惰性气体、碱金属、碱土金属、稀土元素（除钪外），锕、钍等不与钛发生反应或 基本上不发生反应。
与化合物的反应：
◇ HF和氟化物
　　 氟化氢气体在加热时与钛发生反应生成TiF4， 反应式为（1）；不含水的氟化氢液体可在钛表面上生成一层致密的四氟化钛膜，可防止HF浸入钛的内部。氢氟酸是钛的最强熔剂。即使是浓度为1%的氢氟酸，也能与钛发生激烈反应，见式（2）；无水的氟化物及其水溶液在低温下不与钛发生反应，仅在高温下熔融的氟化物与钛发生显著反应。
Ti＋4HF＝TiF4＋2H2＋135.0千卡 （1）2Ti＋6HF＝2TiF4＋3H2 （2）
◇ HCl和氯化物
　　 氯化氢气体能腐蚀金属钛，干燥的氯化氢在>300℃时与钛反应生成TiCl4，见 式(3);浓度<5%的盐酸 在室温下不与钛反应，20%的盐酸在常温下与钛发生瓜在生成紫色的TiCl3，见式(4);当温度长高时，即使稀盐酸也会腐蚀钛。各种无水的氯化物，如镁、锰、铁、镍、铜、锌、汞、锡、钙、钠、钡和NH4离子及其水溶液，都不与钛发生反应，钛在这些氯化物中具有很好的稳定性。
Ti＋4HCl＝TiCl4＋2H2＋94.75千卡 (3)2Ti＋6HCl＝TiCl3＋3H2 (4)
◇ 硫酸和硫化氢
　　 钛与<5%的稀硫酸反应后在钛表面上生成保护性氧化膜，可保护钛不被稀酸 继续腐蚀。但>5%的硫酸与钛有明显的反应，在常温下，约40%的硫酸对钛的腐蚀速度最快，当浓度大于40%，达到60%时腐蚀速度反而变慢，80%又达到最快。加热的稀酸或50%的浓硫酸可与钛反应生成硫酸钛，见式（5）,（6），加热的浓硫酸可被钛还原，生成SO2，见式（7）。
常温下钛与硫化氢反应，在其表面生成一层保护膜，可阻止硫化氢与钛的进一步反应。但在高温下，硫化氢与钛反应析出氢，见式（8），粉末钛在600℃开始与硫化氢反应生成钛的硫化物，在900℃时反应产物主要为TiS，1200℃时为Ti2S3。
Ti＋H2SO4＝TiSO4＋H2 (5) 2Ti＋3H2SO4＝Ti2(SO4)3＋H2 (6)
2Ti＋6H2SO4＝Ti2(SO4)3＋3SO2＋6H2O＋202千卡 (7)Ti＋H2S＝TiS＋H2＋70千卡(8)
◇ 硝酸和王水
致密的表面光滑的钛对硝酸具有很好的稳定性，这是由于硝酸能快速在钛表面生成一层牢固的氧化膜，但是表面粗糙，特别是海绵钛或粉末钛，可与次、热稀硝酸发生反应，见式（9）、（10），高于70℃的浓硝酸也可与钛发生反应，见式（11）；常温下，钛不与王水反应。温度高时，钛可与王水反应生成TiCl2。
3Ti＋4HNO3＋4H2O＝3H4TiO4＋4NO (9)3Ti＋4HNO3＋H2O＝3H2TiO3＋4NO (10)
Ti＋8HNO3＝Ti(NO3)4＋4NO2＋4H2O (11)

　综上所述，钛的性质与温度及其存在形态、纯度有着极其密切的关系。致密的金属钛在自然界中是相当稳定的，但是，粉末钛在空气中可引起自燃。钛中杂质的存在，显著的影响钛的物理、化学性能、机械性能和耐腐蚀性能。特别是一些间隙杂质，它们可以使钛晶格发生畸变，而影响钛的的各种性能。常温下钛的化学活性很小，能与氢氟酸等少数几种物质发生反应，但温度增加时钛的活性迅速增加，特别是在高温下钛可与许多物质发生剧烈反应。钛的冶炼过程一般都在800℃以上的高温下进行，因此必须在真空中或在惰性气氛保护下操作。

[ 本帖最后由 zjw_miyi 于 2008-8-21 19:01 编辑 ]

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三、钛的三大功能

　　功能材料是以物理性能为主的工程材料，即在电、磁、声、光、热等方面具有的特殊性质，或在其作用下表现出特殊功能的材料。对钛和钛合金的研究已发现其有三种特殊功能有应用前途。
1、记忆功能
　　 钛-镍合金在一定环境温度下具有单向、双向和全方位的记忆效应，被公认是最佳记忆合金。在工程上做管接头用于战斗机的油压系统；石油联合企业的输油管路系统；直径0.5mm丝做成的直径500mm抛物网状天线用于宇航飞行器上；在医学工程上用于制作鼾症治疗；制成螺钉用于骨折愈合等。上述应用均获得了明显效果。
2 、超导功能
　　 铌-钛合金在温度低于临界温度时，呈现出零电阻的超导功能。
3、贮氢功能
　钛-铁合金具有吸氢的特性，把大量的氢安全的贮存起来，在一定的环境中又把氢释放出来。这在氢气分离、氢气净化、氢气贮存及运输、制造以氢为能源的热泵和蓄电池等方面应用很有前途。

四、钛材生产工艺

　　 目前，金属钛生产的工业方法是可劳尔法，产品为海绵钛。制取钛材传统的工艺是将海绵钛经熔铸成锭，再加工而成钛材。按此，从采矿到制成钛材的工艺过程的主要步骤为：
　　 钛矿->采矿->选矿->太精矿->富集->富钛料->氯化->粗TiCl4->精制->纯TiCl4->镁还原->海绵钛->熔铸->钛锭->加工->钛材或钛部件上述步骤中如果采矿得到的是金红石，则不必经过富集，可以直接进行氯化制取粗TiCI4。另外，熔铸作业应属冶金工艺，但有时也归入加工工艺。
　　 上述工艺过程中的加工过程是指塑性加工和铸造而言。塑性加工方法又包括锻造、挤压、轧制、拉伸等。它可将钛锭加工成各种尺寸的饼材、环材、板材、管材、棒材、型材等制品，也可用铸造方法制成各种形状的零件、部件。
钛和钛合金塑性加工具有变形抗力大；常温塑性差、屈服极限和强度极限比值高、回弹大、对缺口敏感、变形过程易与模具粘结、加热时又易吸咐有害气体等特点，塑性加工较钢、铜困难。
　　 故钛和钛合金的加工工艺必须考虑它们的这些特点。
　　 钛采用塑性加工，加土尺寸不受限制，又能够大批量生产，但成材率低，加工过程中产生大量废屑残料。
　　 针对钛塑性加工的上述缺点，近年来发展了钛的粉末冶金工艺。钛的粉末冶金流程与普通粉末冶金相同，只是烧结必须要在真空下进行。它适用乎生产大批量、小尺寸的零件，特别适用于生产复杂的零部件。这种方法几乎无须再经过加工处理，成材率高，既可充分利用钛废料作原料，又可以降低生产成本，但不能生产大尺寸的钛件。钛的粉末冶金工艺流程为:钛粉(或钛合金粉)->筛分->混合->压制成形->烧结->辅助加工->钛制品。 钛材生产的原则流程
　　 钛材除了纯钛外，目前世界上已经生产出近30种牌号的钛合金。使用最广泛的钛合金是Ti-6Al-4V，Ti-5Al—2.5Sn等。

五、钛的十大性能

　　 1 密度小,比强度高
　金属钛的密度为4.51g/cm3,高于铝而低于钢、铜、镍，但比强度高于铝合金和高强合金钢。
　　2 弹性模量低
　钛的弹性模量在常温时为106.4GMPa,为钢的57%。
　　 3 导热系数小
　金属钛的导热系数小，是低碳钢的五分之一，铜的二十五分之一。
　　4 抗拉强度与其屈服强度接近
　　钛的这一性能说明了其屈强比（抗拉强度/屈服强度）高，表示了金属钛材料在成形时塑性变形差。由于钛的屈服极限与弹性模量的比值大，使钛成型时的回弹能力大。
　　5 无磁性、无毒
　钛是无磁性金属，在很大的磁场中也不会被磁化，无毒且与人体组织及血液有好的相溶性，所以被医疗界采用。
　　6 抗阻尼性能强
　金属钛受到机械振动、电振动后，与钢、铜金属相比，其自身振动衰减时间最长。利用钛的这一性能可作音叉、医学上的超声粉碎机振动元件和高级音响扬声器的振动薄膜等。
　　7 耐热性能好
　新型钛合金可在600℃或更高的温度下长期使用。
　　8 耐低温性能好
　钛合金TA7（Ti-5Al-2.5Sn）,TC4(Ti-6Al-4V)和Ti-2.5Zr-1.5Mo等为代表的低温钛合金,其强度随温度的降低而提高,但塑性变化却不大。在-196-253℃低温下保持较好的延性及韧性,避免了金属冷脆性,是低温容器,贮箱等设备的理想材料。
　　9 吸气性能
　钛是一种化学性质非常活泼的金属,在高温下可与许多元素和化合物发生反应。钛吸气主要指高温下与碳、氢、氮、氧发生反应。
　　10耐腐蚀性能
　钛是一种非常活泼的金属，其平衡电位很低，在介质中的热力学腐蚀倾向大。但实际上钛在许多介质中很稳定，如钛在氧化性、中性和弱还原性等介质中是耐腐蚀的。这是因为钛和氧有很大的亲和力，在空气中或含氧的介质中，钛表面生成一层致密的、附着力强、惰性大的氧化膜，保护了钛基体不被腐蚀。即使由于机械磨损也会很快自愈或重新再生。这表明了钛是具有强烈钝化倾向的金属。介质温度在315℃以下钛的氧化膜始终保持这一特性。
　　为了提高钛的耐蚀性，研究出氧化、电镀、等离子喷涂、离子氮化、离子注入和激光处理等表面处理技术，对钛的氧化膜起到了增强保护性作用，获得了所希望的耐腐蚀效果。针对在硫酸、盐酸、甲胺溶液、高温湿氯气和高温氯化物等生产中对金属材料的需要 ，开发出钛-钼、钛-钯、钛-钼-镍等一系列耐蚀钛合金。钛铸件使用了钛-32钼合金，对常发生缝隙腐蚀或点蚀的环境使用了钛-0.3钼-0.8镍合金或钛设备的局部使用了钛-0.2钯合金,均获得了很好的使用效果。

[ 本帖最后由 zjw_miyi 于 2008-8-21 18:48 编辑 ]

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六、钛的应用

　　 １　钛在军工中的应用
　　 钛是二战后欲40年代末至50年代开始与工业化生产并逐步发展起来的一种高性能的重要结构材料。起最早的应用，就是为**航空工业提供高性能材料。随着各国**工业的发展，钛的应用领域被不断拓宽。至今，钛已在航空航天、核能、舰船、兵器等诸多领域获得越来越多的应用，成为重要的战略金属材料。其应用水平也成为衡量一个国家武器装备先进程度，反映一个国家的**水平和**实力的重要指标。
　　 钛在**工业上使用，主要是基于钛及钛合金具有的优异性能：（1）减轻结构质量，提高结构效率。先进的战技性能要求飞机具有比较低的结构质量系数（即机体结构质量/飞机正常起飞质量），钛合金的密度小，比强度高，代替结构钢和高温合金，能大幅度减轻结构质量。（2）钛合金的耐热性符合高温要求。目前经合金化后的热强钛合金最高使用温度可达500°C~600°C，结构钛合金的使用温度也可达300°C~400°C，常用的TI-64V能在350°C下长期工作，在飞机的高温部未（如后机身等）可取代高温使用性能 不能满足要求的铝合金，TC11能在500°C下长期工作，在发动机的压气机部件可取代高温合金和不锈钢。（3）可与复合材料结构匹配。为减轻结构质量和满足隐身要求，先进飞机大量使用复合材料，钛与复合材料的强度、刚度匹配较好，能获得很好的减重效果，同时，由于二者的电位比较接近，不易产生电偶腐蚀。（4）优异的耐腐蚀性。钛在中性和氧化性气氛及众多恶劣环境中具有比其它金属材料更优异的耐蚀性能，受环境条件制约的程度小。
　　 除上述特性外，钛还具有高韧性、高弹性、无磁等诸多优点。这些都为钛在**工业中的应用提供了可选择的条件。
1.1 钛的生产及军工用钛概况
　　 自1948年美国开始海绵钛的工业化生产、1951年生产出钛加工以来，钛首先用于飞机上。1954年钛用于J57航空发动机，该发动机装于B-52战略轰炸机上。其后的一段时期，美国生产的钛材基本上用于**工业，尤其以航空为主。60年代以后，才逐步扩大民用领域的用钛比例。现在，美国军工用钛的比例已远低于包括民用航空在内的饿民用比例。但由于钛的总产量比以前有大幅度增加，实际上军工用钛的数量则比以前高得多。
1.2 钛在飞机上的应用
　　 钛合金是当代飞机和发射极的主要结构材料之一，美国在80年代以后设计的各种先进**战斗机和轰炸机中，钛的饿用量已在20%以上。如第三代F-15战斗机的钛合金用量占27%，而第四代F-22H战斗机的饿钛合金用量占41%。
1.2.1 F-22战斗机
　　 F-22战斗机是美国洛克西德公司、波音公司和通用动力公司设计的战术战斗机，是目前世界上具有代表性的第四代战斗机。它首次将隐身、高机动性和敏捷性、不加力超音速巡航等特性融于一体，将作为美国空军2000年以后的主力制空机种。
　　 在选材方面，主要考虑的因素有：
（1）非常规机动带来的减重要求；
（2）超音速巡航导致的抗持续加温要求；
（3）有隐身引出的主力制空机种。
　　 可以看出，设想的钛合金用量不利为15.9%，而进入工程制造和发展阶段，钛合金的饿比例已提高到41%。
　　 F-22主要使用了两种钛合金：Ti-62222(Ti-6AL-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo)和Ti-6AL-4V。Ti-6AL-4V有锻态和铸态两种产品形式，Ti-6AL-4VELI合金在β退火条件下使用，另外，还使用了Ti-6AL-4V液态导管；Ti-62222仅拥锻态产品形式。在F-22的后机身段，钛的结构质量达55%，多为耐热钛合金，其中也采用了Ti-6AL-4VELI怀曼.戈登公司提供了发动机舱隔框。隔框为整体式Ti-6AL-4V锻件。该锻件长工3.8m，宽1.7m,重1590kg，投影面积大于5平方米。复杂的中机身段30%为钛，有4个锻造的钛合金整体式承力框，其中最大的重2770kg，投影面积5.5.平方米，也是由怀曼.戈登公司提供。机翼结构中钛占42%，住翼梁是由钛合金锻件切削而成。F-22中一个创新点是用钛合金制造主承力结构的复杂零件，采用热等静压技术，用一个复杂形状的铸件代替多零件的组装件，如复翼、襟复翼、方向舵制动器壳体、机体上连接机翼与机身的侧向接头及进气口框架。
　　 F-22的发动机上还采用了美国新发展的阻燃钛合金alloyC，E用于高压压气机机匣、加力燃烧室筒体及尾喷管上。
1.2.2 F/A-18舰载飞机
　　 对于舰载飞机，要求使用的材料：（1）有良好的综合性能，即具有高的疲劳强度和断裂韧性；（2）具有防盐雾、潮湿及霉菌的能力；（3）隐身性。
　　 在F/A-18中，钛合金主要用于飞机的承力框纵梁、翼根和尾部结构等关键部位。所用钛合金主要有Ti-6AL-4V和Ti-15-3(Ti-15Mo-3Al-3Sn-3Cr)。机身和机翼接头均采用β退火的Ti-6AL-4V，而制动器扭力管用Ti-6AL-4V铸件。另外，为降低成本，提高材料利用率，在着陆拦阻钩支架接头及发动机安装架还采用了热等静压的Ti-6AL-4V粉治金制造。
1.2.3 其它
　　 联合攻击战斗（JSF）是一种低成本、多用途战术攻击战斗机，将取代美国空军现役的F-16C和A-10、海军的F/A-18E/F、海军路战队的F/A-18和AV-8B等机型，与F-22g一起构成新一代战斗机的高、低搭配。目前，波音公司和洛克西德公司.马丁公司已分别完成了X-32和X-35验证机的研制工作。JSF定单已超过3000架，估计其总用钛量可达55000t。将来JSF的定单可能达到6000架。
V-22是美国贝尔直升机公司为海军路战队研制的运输型倾转旋翼机，具有直升机能垂直起降、悬停等飞机与远航程的优点，又增强了固定翼飞机高速飞行与远航的优点，有MV-22突击运输型、HV-22战搜索和救援型、CV-22远程作战型和SV-22反潜型等多种型号。V-22倾转悬翼机是能与喷气发动机或直升机的发明相媲美的技术。其中风档密封框架、发动机短舱主结构、主放火强等使用了钛合金，而作为转子系统、发动机主要支承件的传动接头，则由Howmet公司用一个整体钛铸件取代了原有的43个元件和536个紧固件。

[ 本帖最后由 zjw_miyi 于 2008-8-21 18:49 编辑 ]

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1.3. 钛在战车上的应用
　　 随着反装甲威胁的日益增加，防护装甲也越来专项厚，战车的质量在最近十年中增加了15%-20%，严重影响其运输能力及机动性。用钛合金替代轧制均质装甲钢是件重的有效途径。在美国，钛合金已用杂M1“艾布拉母斯”主战坦克、M2“布莱德雷”战车上。针对M1主战坦克主战坦克，美国陆军研部件究了许多可应用钛合金的部件，例如设计了钛坦克炮塔轻4t。美国还开展了用钛合金取代扎制均质钢制造坦克其它部件的技术项目。在该项目的第一个阶段中，生产和鉴定了两组部件，每组包括7个部件：回转炮塔板，核、生物和化学武器对抗系统护盖，炮手主瞄准具罩，发动机顶盖，炮塔枢轴架，指挥舱盖和车长执成像观察仪罩，上述钛合金部件可是M1主战坦克减重475kg，在第二个阶段中，选择了回转炮塔板和炮手主瞄准具罩交付生产。通用动力地面系统公司已承包制造这两种部件。该改进计划始于1996年10月，在随后5年中将改进580辆M1A2主战坦克。在实施该改进计划的过程中，还有可能采用其它的钛合金部件，例如铸造钛合金炮塔座圈。用Ti-6Al-4V替代装甲钢，在不降低坦克的防护水平的情况下，可达到减重的目的。在M1主战坦克上，还将继续考虑钛伯替代伯。M2战车上，钛主要用于指挥舱盖和顶部攻击装甲的改进。M2的指挥舱盖是美国陆军首次应用低成本钛合金的部件，该舱盖原来采用锻造铝合金的制成，现在已用锻造Ti-6Al-4V合金制造，指挥舱盖每个重68kg，要用100mm-127mm厚的钛板加工而成，总计哟1000辆M2战车要改装，1997年已开始第一批，改装了580辆，顶部攻击装甲用80mm厚的肽板，已改装了91辆。改用钛合金材料后，减轻重量35%，并大大增加了防弹能力。加强M2战车装甲的一个措施是，在某些特定部位采 用锻造钛合金附加装假以防大口径弹药的攻击。
　　 M113装甲人员运输车也采用钛合金附加装甲，以提高装甲的防弹能力，但相对于装甲钢，钛还是太贵，如果氏钛价格能降至能接受的水平，M113装甲输送车即可用钛改进防护水平。若将50%的M113用钛改进，大约要用80000t，如侧面保护的附加装甲要用32mm厚的钛板，重1026kg，而前斜装甲则需58.8mm厚的钛板，重751kg。
　　 火炮系统中，两种155mm轻型牵引榴弹跑大量使用了钛合金。美国联合防务有限公司发展的装甲火炮系统，采用了钛合金附加霜家。在未来“十字军战士”155mm自行榴弹跑中，有许多部件要使用钛合金。
　　 美国海军路战队正在寻求减轻先进两栖突击车质量的各种方案。一种方案是采用轻型装甲。另一方案是用钛合金氏钢制造负重轮，平衡臂，负重齿轮箱等部件。尽管钛合金性能优良，但因为价格高而不能广泛应哟内于国防领域。
　　 近年，美国对低成本钛合金的研究力度加大，并开发了一些**低成本钛合金，如Timet以Fe-Mo代替Al-Mo中间合金制造而成Timetal62S,RMI放宽氧含量控制水平，制成富氧的Ti-6Al-4V-0.250，它们的机械性能和抗弹能力等指标等于或超过Ti-6Al-4V的相应值，查成本却较低。在未来的战车和为炮系统中，美国陆军将用低成本钛合金取代扎制均质装甲钢的铝合金制造装甲和零部件。低成本钛合金在海军和空军装备中也将有很大的应用潜力。因海水腐蚀，海军舰船上每年大约需要换97km热交换器用的饿铜镍合金管，用钛合金制造该管，可延长使用寿命，大量节省维修和维护费用，美国空军也对低成本钛合金具有极大兴趣。
　　 随着冷战结束及军备和军费削减，**飞机产量也降到几十年来的低点。钛的消费量随之减少，然而，海湾战争、阿富汗战争以及其后潜在威胁唤起了对空中优势的新一轮需求。因此**飞机未来是增长的，以下是对2003-2001个型飞机生产的初步预测。
　　 C-17至2008年，空军已敲定180架采购单，预测自2004年起产量稳定在15架/a。按计划至少应当需要222架，而且商业运输和**出口还可能是该数字有所增加。
　　 F-15预测还需83架，美国本土10架，40架K型机为韩国制造，另外出口33架。
　　 F/A-18预计制造416架，以确保海军拥有足够装备至少10个航母编队的新型战斗机。在联合攻击战斗机服役前，E/F机型可能会替换全部现有机型。
　　 欧洲斗士 将于2002年交付首批飞机，在预测见内将制造409架。
　　 F-22 将于2003年早些时候开始交货。由于成本问题，总的饿交货计划尚未确定，但在此期间内第三方先已预计订购185架。
　　 F-35 目前正进入系统设计和发展时期，将制造14架飞行样机和8架非飞行样机。预计2010年生产60架，因此对未来10年钛工业影响是最小的。
　　 综上所述未来8年预计制造的飞机将吵过2003架，平均每年296架，较前8年同比增加43%，假如上述计划完全实现并交货及时，则目前预测是准确的，即2003-2006年制造飞机将超过200架/a，2007-2010年超过300架/a，据此，从2003年到2010年，钛用于**飞机的消费量是增长的。到2 010年时，**飞机用钛量可望增加到约5000t，比2003年预测消费量增加33%。
2　钛在生活中的应用
　　 目前，钛的新应用领域需求有所回升。汽车消音器用钛2000年1季度就达130t，接近全年预测值（300t)的半数，大有与高尔夫球杆用钛量相抗衡的势头。
2.1 化学工业
　　 化厂用钛是最早开以的，目前尚无新的项目，主要是通过降低成本来代替其它材料及扩大应用。目前钛价格巳比20年前降低了一半，可用钛替代不锈钢。住友研制的SIM-ACE合金系将在该领域大显身手，1992~1993年，日/本的化学工业呈滑坡趋势，1994年开始攀升，到1997年达到顶峰2543t，1998年又开始下滑，到1999年为1368t,2000年下半年开始恢复，预计2001年这种恢复状况将持续，估计装货量可达1900t。
2.2钛与建筑业
2.2.1前言
　　 钛是1791年英国科学家从矿石中发现的，但直到1936年才用镁还原法生产出海绵钛，1948年开始工业生产，目前已广泛应用开国民经济各领域，发挥着巨大的作用。
　　 传统的金属建材，尤其是屋顶材料的发展是依铜、表面处理过的钢板、铝、不锈钢和钛的顺序发展的。随着时代的前进，人们对城市建筑物的要求，尤其对建筑物的美观性要求越来越高；伴随建筑工业的发展，近年来建筑师追求使用比传统材料更高级的建筑材料。钛的一系列优异特性使之能完全满足建筑材料的许多性能要求，因而倍受建筑师和建筑业的青睐。
2.2.2 建筑钛的使用性能
　　 建筑师们选择钛作建材，虽然是考虑了多种因素，但主要是基于钛的一系列可用作建材的特性。
2.2.2.1 能满足建材轻量化的要求
　　 钛的密度小，约为钢的60%，铜的50%，铝的1.7倍，但具有和普通钢几乎相同的强度，作为建筑可以减重70%~75%，容易吊装，并可使建筑物的重心下移，提高建筑物的整体抗震能力。
2.2.2.2抗蚀性能好
　　 钛具有良好的耐蚀性：能抵御城市污染、工业辐射和极端的侵蚀。因此，适合在海洋气候环境中使用。
2.2.3 热膨胀系数低
　　 与其它金属建筑材料相比，钛的热胀系数小，约为不锈钢的50%，铝的30%，与玻璃、砖、水泥和石头的接近，适于其共用，并可在设计上突出钛与玻璃的特点。钛的热应力非常低，是不锈钢的1/2，铝的1/3。钛可作为整体材料使用，不需要接缝来补尝热胀冷缩。

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zjw_miyi

2.2.4无环境污染
　　 随着社会发展，人们对环保的要求越来越高，对回归大自然的愿望越来越强烈，由于钛耐蚀性好，可以100%回收，不会污染环境，符合环保要求，可称得上绿色环保材料。
2.2.5 使用寿命长
　　 钛用作建筑材料、装饰材料，能抗百年腐蚀而不用维护和修理。从这一角度讲明显优于其它金属。这种优点在高度腐蚀环境（如滨海城市和工业区）尤为突出。考虑到钛的寿命周期长，它的长期成本性能超过所有不锈钢，钛建材是不需要维护材料，钛建筑物也就无须保养措施。
2.2.6加工性、焊接性能好
　　 钛易加工成薄板，焊接性能好。钛本身具有闪亮的银白色光泽，通过处理，可获得更加光亮的表面。为了达到更加漂亮的装饰效果，可通过刻蚀、阳极氧化处理获得不同的图案和色彩，并可根据需要，把屋顶做成各种形状，再加上彩色的色彩，会使整个建筑物成为一个完美的艺术品。
3 钛在建筑领域中的应用实例
　　 建筑用钛方面，日/本处于领先地位。建筑用钛在日/本已有28年历史，有上百例建筑物。在各种各样的钛建筑中，除屋项外，还有大厦的外壁、幕墙、封檐板、天棚、港湾设施、桥梁、海底隧道、装饰物、纪念碑、栏杆、管道、防蚀包覆等。钛在建筑领域开辟了新的发展空间。
　　 作为全球最大的钛公司Timet推动了钛在建筑领域应用的进程，不仅能提供各种各样的产品，而且还提出了100年质量保证。
　　 目前，美国、西班牙、荷兰、加拿大、英国、比利时、瑞士、France均有建筑物使用了钛作屋顶和幕墙。瑞典、新加坡和埃及等国家的一些新的用钛建筑也在建设中。阿布扎比机场也先用了钛，且用量近百吨。该机场是世界上第一个用钛作为建筑结构材料的应用范例。
4 我国钛建材的应用及前景
　　 我国建筑业用钛还处在起步阶段，仅在装饰方面有所应用，总量不超过10t。钛在日/本和欧美建筑上的成功应用给了我国钛业工作者和建筑设计师很好的启示。
　　 我国有漫长的海岸线，滨海建筑受海洋气候的影响较大，腐蚀严重；公路、铁路、工厂附近的建筑因大气污染，腐蚀也较严重。无论是从美观、艺术的角度出发，还是考虑建筑的耐蚀性，均需用钛来取代常规建筑用金属材料。
目前，北京大剧院选择钛作为椭圆形拱顶的包层，这一选择将会推动钛在我国建筑业的长期推广应用。尤其是我国申奥成功后，在北京与其它城市将有更多的基本建设项目，这将给钛的应用提供难得的机遇。面对蓬勃兴起的钛艺术建筑，相信我国也会赶上时代潮流，关注钛在建筑领域开发和应用，推动我国钛工业的发展。
:( 2.3 眼镜架
　　 日/本尼康公司早在约10年前，就开始着手研制合乎要求的钛眼镜架。而成功的研究出钛眼镜架制作技术的则是福井公司。1982年，钛眼镜架还只是作为样品，到80年代后半期，钛眼镜架的数量已占眼镜架生产总数20%，1991年眼镜架用钛材为100t，到1999年已超过470T，2000年眼镜架用钛材量达历史最好水平。现在，日/本福井眼镜公司已形成年产（1200万~1400万副钛眼镜架的生产能力，接每副镜架重12G计算，使用钛材则可达144T）。目前，日/本一半以上的眼镜架是用钛制作的。80年代，眼镜架用钛以纯钛为主，到90年代，眼镜架材有复合钛，钛合金形状记忆合金、超弹性合金和高强钛合金等。
2.4 手表壳
　　 近几年，全世界每年可生产近10亿只各种表壳，钛表壳仅占总生产量1%左右。1994年，日/本表壳、表带的钛消费量约为130T。使用的材料不仅有纯钛，还有合金(Ti-10Zr,Ti-3Al-2.5V,Ti-4,5Al-3V-2Fe-2Mo和Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn等)。最近日/本精工公司上市了一种登山用钛表，单价为5万日元。该表的表壳及表链均用纯钛制成，且表壳采用了离子碳沉积硬化处理技术，表面硬度提高了5倍。日/本西铁城公司则上市了一种为“爱克希德.尤罗斯”的钛手表，所用钛材光亮度接近不锈钢，表壳所用钛合金具有很高的硬度。
2.5照相机外壳
　　 在日/本，用于照相机的钛材年消费约10t～15t。日/本尼康公司最早使用钛箔材（JIS2类）制成集平面帘幕式快门。日/本美能达公司制成的尺寸为长99mm×宽59mm×厚29.5mm，质量为185g的超小型高级照相机，现己在市场上出售。该相机的上下盖、前后盖及镜头均采用是JIS2类纯钛。照相机是日/本精密工业中领先产品，年产2700万台，由此可见，照相机用钛材的市场份额还会进一步扩大。
2.6 高尔夫球杆头
　　 市场上最早出售的钛高尔夫球杆头为铸造品，4年以后的1993年才出现了锻造品，且容积逐年增大。特别是容积为250ml的锻造钛杆头的出现对钛业来说具有划时代的意义。从此，钛制品高尔夫球杆头的销售数量呈直线上升。目前的制造方法主要用精密铸造及锻造工艺，铸造采用的合金有Ti-10Zr,Ti-4.5Al-3V-3Sn,Ti-20V-4Al-1Sn等。
　　 钛制高尔夫球的需求90年代中期呈上升趋势。但近几年该市场一直处于低迷状态，随着高尔夫球杆市场的逐渐复苏，今后，世界高尔夫球杆市场的竞争也将从原来的价格和质量竞争向服务和差别化方向发展。
2.7 海洋构造物
　　 日/本四面临海，经济发展迫使日/本扩大利用海域。为此，日/本设立了超大型浮式海洋构筑物技术研究小组。钛材则成为海洋构筑物的首选材料。作为海洋构筑物防蚀材料，一是用钛薄板包覆易腐蚀部位；二是海洋构筑物易腐性部分用钛钢复合板。目前在横段建造了一个超大型浮式海洋构筑物，在海水飞沫冲刷处使用了钛刚复合材。日/本新开发的钛钢复合板基本上与高级不锈钢的制造成本相同。
　　 已经实用或计划中的大型浮式海洋构筑物有机场，港湾物流基地、发电厂、原油和天然气贮存基地、紧急避难所、体育娱乐设施等。
2.8 医用生物材料
　　 2010年后，日/本社会人口将进入高龄化，医用钛材用量将增加。80年代以来开始用钛代替传统的Co-Cr材料，用的几乎都是Ti-6Al-4V ELI，目前又开发出了无钒的Ti-6Al-7Nb,Ti-Zr,Ti-Mo系合金。日/本在1993年人工关节的需求量为3。9万件，1994年已增加到4.1万件，在日/本，包括人工股关节在内的整形外科用植入材商场的年增长率为7%～8%，
这还是保守数字，所以钛合金医用金属材料在日/本有可观的潜在市场。
　　 日/本拥有居世界领先地位的牙科铸铁机，该设备可用来铸造钛骨内种植体，骨膜下种植等小型人工骨，铸造全口义齿钛基板、部分义齿支架、固定义齿钛基底及牙冠桥。
　　 据美国国家心肺及血液研究所统计，美国现有近500万人患心力衰竭症，且每年新增病例40万。如果不采用取心脏移植手术，每年约有2.5万～10万保患心力衰竭症死于心脏病。由于捐赠的人体心脏数量极为有限，因而每年实际心脏移植手术的只有2000～2500例，远远满足不了病人的需求量，造成许多患者病情恶化甚至死亡。
　　 钛具有极好的生物相容性，可耐受人体苛刻的生理环境（人体PH值为7.4）因而长期以来一直用于人体臀部及膝部关节和移植。实践证明，人体对钛无排异反应，也不产生凝血现象。
　　 面对医学界的需求并根据钛材的特点，近十年，特别是近几年来，许多科研所的专家教授都在致力于钛制人工心脏的研制和开发工作，这样既可挽救诸多心脏患都的生命，也可带来可观的经济效益。
　　 总之，无论采用哪一类产品，使用钛材是必然趋势。如果FDA经过探讨，能够批准将钛制人工心脏作为长期性或永久性植入件植入人体，不仅可使不适合接受异体心脏种植的病人得到康复，还会带来每年20亿美元的收益。 由此可见，钛制人工心脏市场前景可观。

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zjw_miyi

2.9 轮椅
　　 因钛轻、强度好、不易生锈、无毒、抗冲击性和抗振动性优良，是制作轮椅的理想材料。日/本继1994年开发了轻量、高刚性且不引起过敏反应的篮球、马拉松等体育项目的钛制轮椅之后，又开发了日常生活用的各种钛制轮椅。其中“TiG-0L101”型轮椅，通用型质量约8Kg，折叠起来宽25cm，若取下车轮只有15cm。每台价格为20万日元，比钢制的价格高与铝合金相当。
2.10 渔具
　　 用钛制网箱养殖鱼虾，使用寿命延长到15年～20年。网箱用Φ2mm的纯钛丝编织而成，已形成大规模工业化生产。估计2001年的用钛量可达1500t，占养殖网箱市场的30%。
　　 日/本3家公司已于1998年联物制成全钛渔般长12.5m，宽2.8m，总重4.6t，甲板、壳板等用钛制成，使用工业纯钛约3t。这3家公司计划制造钛娱乐船、快艇和高速警船，用钛总量可达10t。
　　 在日/本，钛在船只上找到应用方向，日/本正在收集和分析数据以形成设计和建造钛船的工业标准。
2.11 装饰材料
　　 钛作为装饰材料主要有以下几个特点：
  (1)   重轻量、强度好且不易生锈；
（2）可根据需要控制色彩；
（3）可进行与其它材料一样的加工；
（4）特别是与其它材料极易相配，重点使用也可提高附加值，目前，日/本北九高炉台公园纪念碑使用了钛着色板；北九洲市户烟车站前具有象征意义的是塔是用钛板进行三维加工制成像花一样的，塔高4米；新日铁八幡制铁所劳动会馆纪念碑，采用全钛；北九州东田开发街的照明烟高10m及高4m的柱子安装了钛套。今后钛作为装饰材料仍有许多课题（成本高、附着指纹等）值得研究。
2.12 钛网球拍
　　 最近，日/本钛制网球拍市场需求量呈上升势头。几乎所有的网球拍生产厂家都在出售钛制球拍，约占到网球市场的一半份额。
今后日/本还将继续开发钛合金新的应用领域，如食品工业、废气处理、抗菌钛等，使钛的产量在21世纪早些进修达到不锈钢的1%（约40000t）。
2.13 钛制厨房用具
　　 新泻县的燕三条地区较为集中，与日/本的另一大的民用品制造的鲭江县（以钛制眼镜框架为主）并驾并驱，一起成为日/本的两大民用钛产品基地。在燕三条件地区下，不锈钢的用量达到每月15000t，如果能取代10%不锈钢，对钛来讲那将是非常可观的数量。目前各种各样的钛厨房用品已经商品化。用钛制厨具无金属离子的溶出，在冷藏条件下长期存放食品、饮料等不变味，口感好，这也为实际所证明。如果对钛厨房具再进行阳极氧化着色，会使其呈现各种鲜艳的颜色，则可进下步提高其档次和品位。
2.14 钛制外壳笔记本电脑
　　 美国著名的苹果电脑公司2001年1月推出了一款新型笔记本电脑。该电脑不仅具有先进的性能，而且其外壳是用钛制作的。
虽然有很多笔记本电脑都自称采用了钛外壳，但一般都是镀钛，而这台PowerBook G4笔记本电脑则采用1级工业纯钛做外壳。这也是目前世界上第一个用纯钛作外壳的电脑。电脑整体厚2.54cm，重2.4kg。
　　 在笔记本电脑的生产中，日/本索尼公司曾采用镁合金外壳，其产品外形美观，整体又轻又薄，苹果公司力图在电脑的外形设计上有所突破，希望外壳轻而薄，钛薄板是最佳选择。苹果公司推出的这台钛外壳电脑说能够挑战索尼电脑，不但具有美观的外形，而且且有优良的性能。这也是钛向销费品市场迈出的一大步。
2.15 钛制计算机硬盘
　　 钛制计算机硬盘盘片的市场很大，发展迅速。1998年世界盘片产量约4.5亿张，分析家预测硬盘生产将以每年10%～15％的速率增长，到2002年可达到7亿张。TianniumX期望今后4年的市场占有率增长80%。
2.16 手机外壳与钛合金
　　 诺基亚推出新款高价手机Nokia8910。该手机除保持了Nokia过支一惯的设计理念、按键部分镀铬的处理以及应用蓝牙技术，更重要的是外壳使用了钛合金，使其质感有了极大的提高，更增加了手机的价值感。
2.17 家庭轿车与钛
　　 钛以其诱人的特性在汽车行业中有很大的应用潜能。其高强度、低密度和优良的耐腐蚀性，不仅可用于汽车驱动装置，也可应用到汽车底盘上。
多年以来，赛车制造就用钛来制造发动机气门和连杆。由于钛气门和连杆具有更大的转矩和输出功率以及更小的部件挠度而使其性能得到提高。在家用轿车上，发动机使用钛部件可以搞高燃效，减少其噪音和振动，提高使用寿命。这套部件包括发动机气门、连杆、气门弹簧和气门弹簧座圈。
　　 全世界每年钛市场需求大约是45000t，其中一半在美国。而汽车市场上每年的汽车生产总量约为6000万辆，其中美国的产量略高于25%。因此，即使在5.5kg的钛，也的汽车上每辆车使用0.5kg的钛，也将带来钛需求量30%的增加。
　　 Timet总裁介绍，2002年在汽车工业中用钛近800t，而日/本就占600t，Timet预计2006年，世界汽车、摩托车钛总量将达到5000t。

—完—

[ 本帖最后由 zjw_miyi 于 2008-8-21 18:56 编辑 ]

灯泡企鹅

不行，还是用强相互作用力把原子粘起来够发烧。:lol

ngfnf

其实自行车车架或者配件也有钛的影子:lol

SNAKELB

学习下

qblee

战车飞机的,开眼了,哈哈

POWER_RDX

好帖子！留名

wersf

保存:victory: 谢谢LZ！

snfnpl

好帖要收藏！收下了谢谢！

小水

够专业的。。。

jy00781077

谢谢很好,今天我终于也有只钛手电了!(:smile:)

发条狐狸

以前还有不锈钢知识的一个帖子，我去找找看

UFO-123

一定要买支钛手电！(:51:)

发条狐狸

http://www.shoudian.org/viewthre ... mp;page=1#pid505253
不锈钢知识帖，也是LZ发的。

zlfati

(:smile:) 真长.终于看完了

凭栏处

好贴顶一下，好象用作手电外壳散热是个问题