转载: 钛及钛合金应用领域广泛  耐腐蚀 高强度 质轻坚固性能{zy1}

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    钛是一种化学元素，它的化学符号是ti，它的原子序数是22，是一种银色的过渡金属。 比重4.5，熔点1668°C。 
    其用希腊神话中大地之子泰坦（TITan）的名字来命名（中文按它原文名称的译音，定名为钛）。在古希腊，“泰坦精神”就是勇往直前的同义词,用titanium的名字来命名表示金属钛所具有的xx强度。
    钛是一种很特别的金属，质地非常轻盈，却又十分坚韧和耐腐蚀，它不会像银会变黑，在常温下终身保持本身的色调。钛的熔点与铂金相差不多，因此常用于航天.军工精密部件。加上电流和化学处理后，会产生不同的颜色。
    钛如同它的名字一样是一种具有英雄气概的金属，银亮，轻盈，坚牢。在化学上，大名鼎鼎的强腐蚀剂“王水”能够吞噬白银、黄金，以至把号称“不锈”的不锈钢侵蚀，变得锈迹斑驳，面目全非。然而，“王水”对钛却无可奈何。在“王水”中浸泡了几年的钛，依旧锃亮，光彩照人！有优异的抗酸碱腐蚀性；若把钛加到不锈钢中，只加百分之一左右，就大大提高抗锈本领。常温时钛在空气中稳定；因为钛具有密度小、耐高温、耐腐蚀等优良的特性，钛合金强度高，它密度小，强度大，密度是钢铁的一半而强度和钢铁差不多；钛既耐高温，又耐低温。在-253℃~500℃这样宽的温度范围内都能保持高强度。这些优点正是太空金属所必备的。钛的合金是制做火箭发动机的壳体及人造卫星、宇宙飞船的好材料。钛有“太空金属”之称。由于钛有这些优点，所以５０年代以来，一跃成为突出的稀有金属。
    钛是一种纯性金属，正因为钛金属的“纯”，故物质和它接触的时候，不会产生化学反应。也就是说，因为钛的耐腐蚀性、稳定性高，使它在和人长期接触以后也不影响其本质，所以不会造成人的过敏，它是{wy}对人类植物神经和味觉没有任何影响的金属。钛又被人们称为“亲生物金属”。钛在医学上有着独特的用途。在骨头损伤处，用钛片和钛螺丝钉固定好，过几个月，骨头就会长在钛片上和螺丝钉的螺纹里。新的肌肉就包在钛片上，这种“钛骨”就如真的骨头一样，甚至可以用钛制人造骨头来代替人骨xx骨折。
    由于钛的以上特性，它特有的银灰色调不论是高抛光.丝光.亚光都有很好的表现，是除贵金属铂，金以外最合适的首饰金属，在国外现代首饰设计中经常使用。但由于钛的加工技术要求很高，用普通设备很难浇铸成型，用普通工具又很难将它焊接起来，所以很难形成生产规模。因此，在国内首饰市场很难见到它的踪影，市场上俗称钛金。
     钛金属具有未来性的特质，皆能增显气质，同时历久弥新，质地轻盈却格外坚固，是国际上流行的首饰用材。至于款型设计上，极简干净的切割，高度的设计性与低调的前卫风格，备受年轻白领的推崇。
     钛有个{zd0}的缺点，就是提炼比较困难。这主要是因为钛在高温下可以与氧、碳、氮以及其他许多元素化合。所以人们曾把钛当作“稀 有金属”,其实，钛的含量约占地壳重量的6‰，比铜、锡、锰、锌的总和还要多10多倍。在世界上，我国钛的储藏量最多，四川的攀枝花，钛的储藏量占全国90%以上，是世界上罕见的大钛矿。
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  介绍下钛元素
  {zj0}答案 - 由提问者2006-12-06 21:45:05选出
    元素钛（Ti）是一种过渡金属，在过去很长一段时间内人们一直认为它是一种稀有金属。从20世纪40年代以后，钛及其亿合物被广泛应用于飞机、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、军工、医疗以及石油化工等领域。科学家预言：21世纪金属钛将是冶金工业是最重要产品之一。
    人类在使用金属的历史进程中，经历了铜、铁、铝之后，第四种将被广泛应用的金属元素是哪一种呢? 这种金属已被科学家预言为钛。这是因为钛具有熔点高、硬度大、可塑性强、密度小、耐腐蚀等优点。
一、钛的发现和性质
     钛是1791年被英国牧师格累高尔发现的。1795年马丁，克拉普罗特在分析一种金红石时,认识到这种矿石是一种金属氧化物，并将这种金属命名为钛，由于钛很容易和常见的金属形成合金,在发现后很多年内，许多人企图从它的化合物中将它分离出来,都未获成功，直到1910年才由美国化学家亨特将很纯的TiCl4和金属Na一齐放进耐高压的钢缸中，将缸加热到红热,冷却后,洗去NaCl得到纯度高达99.9％的钛。
     进入70年代以来，钛的年产量仍以15％的速度稳步上升。例如英国,10年内对钛材料的需求量至少增长了800％。
     钛外观似钢，具有银灰光译。钛的强度大，钛合金抗拉强度达180kg/mm3。钛的特性是度小(4.51g/cm3），硬度大，熔点高(1675℃），高纯度钛具有良好的可塑性,但当有杂质存在时变得脆而硬。在室温时钛不与氯气、稀硫酸、稀盐酸和硝酸作用，但能被氢氟酸、磷酸、熔融碱侵蚀。钛很容易溶解于HF+HCl（H2SO4）中，钛最突出的性能是对海水的抗腐蚀性很强,有人将一块钛沉入海底,五年以后取上一看，上面粘附着许多小动物与海底植物，本身却一点也没有被锈蚀,仍然亮光闪闪!
二、钛及其主要化合物的应用
     钛具有超众的性能和储藏量大（在地壳中约占总重量的0.42%,在金属世界里排行第七,含钛的矿物多达70多种、在海水中含量是1ug/L，在海底结核中也含有大量的钛)的特点。目前钛的用途发展很快，已被广泛应用于飞机、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、军工、轻工、化工、纺织、医疗以及石油化工等领域。
     极细的钛粉，是火箭的好燃料；钛的抗腐蚀能力，比常用的不锈钢强15倍,使用寿命比不锈钢长10倍以上。在电影的底片和正片制作中，需要使用多种强酸强碱等xx,它们对洗印设备腐蚀十分严重，洗印设备中的齿轮最多只能使用几个月，1980年西安电影制片厂试用钛材,结果设备运转一年多时间，齿轮丝毫没有腐蚀。
     钛在外科医疗手术上的应用，也非常引人入胜。目前，外科接骨是用不锈钢，使用不锈钢有一个缺点，就是接骨愈合之后，要把不锈钢片再取出来，这是件十分痛苦的事。不然,不锈钢会因生锈而对人体产生危害。如果改用钛制的“人造骨胳”将使骨科技术xx改观。在头损坏的地方,用钛片与钛螺丝钉，过了几个月，骨头就会重新生长在钛片的小孔与螺丝里,新的肌肉纤维就包在钛的薄片上，钛骨骼宛如真正的骨骼一样和血肉相联，起到支撑和加固作用,所以,钛被人们赞誉为“亲生物金属”。现在它已开始应用于膝关节、肩关节、肋关节、头盖骨、主动心瓣、骨骼固定夹等方面。
     在炼钢工业中，少量钛是良好的脱氧、除氮及除硫剂。
     二氧比钛是一种宝贵的白色颜料，叫钛白。钛白兼有铅白的掩盖性能和锌白的持久性能，它是世界上最白的物质之一，1克钛白可以把450多平方厘米的面积涂得雪白。特别可贵的是钛白xx。现在每年用做颜料的二氧化钛有几十万吨。
     由于二氧化钛具有高熔点的性质，常被用来制造耐火玻璃、釉料、珐琅、陶土、耐高温的实验器皿等。
     如何开发海水中的铀资源，是个大难题，海水中含有40万吨铀,从1956年起，人们才找到一种最有希望的铀吸附剂-水合二氧化钛，从此研制了一套以二氧化钛为基础的海洋提铀技术，每克吸附剂已达到吸附1毫克铀的水平。
     四氯化钛在湿空气中会冒出大量白烟。由于它具有这种特性,在军事上常用它作为人造烟雾剂。特别是在海洋上，水汽多，一放四氯化钛，浓烟就象一道白色的长城,挡住了敌人的视线。
     钛酸钡晶体被广泛应用于超声波仪器和水底探测器中。这是因为具有受压斩改变形状时，会产生电流；一旦通电又会改变形状。把钛酸钡放在超声波中，它受压便会产生电流，由它所产生的电流的大小可以测知超声波的强弱；相反，用高频电流通过它，则可以产生超声波。
     在用金色装饰工艺品和日用品中，由于它们的硬度低、容易刺破和磨损，不能耐久。当在这些物质的表面镀一层氮化钛时，外观几乎和黄金的镀层一模一样，而比黄金以及硬质合金更耐磨，这种镀层被誉为具有“xx磨损性”。
      有机钛聚合物，可用作表面活性剂、分散剂、抗水剂或防锈剂。
三、钛合金的应用
     目前人类使用的四个系列的贮氢金属中，钛系是其中一种，也是比较便宜的一种，但目前人类还没有找到更理想的“贮氢金属”，一旦这个问题解决了，人们就可以用氢做燃料。
     “钛飞机”可以减轻机体重量5吨，多载乘客100多名。在新型喷气发动机中，钛合金已占整个发动机重量的18～25％；在{zx1}出现的超音速飞机上，钛的使用量几乎占到整个机体结构总重量的95％，所以，如果没有钛合金就很难发展目前的超音速飞机。
      用钛制造的潜艇，不仅比钢制潜艇经久耐用，而且可以潜入更大的深度，钛潜艇可以下潜到4500米以下，这是钢制潜艇无法逾越的界限。用钛制造军舰、轮船，不用涂漆，在海水中航行几年也不会生锈。由于钛不是铁磁体物质，不会被磁水雷发现，这点在军事上特别重要，如果没有钛炼成的耐热钢，目前使用的常规武器步枪和机枪的寿命也只能是最初的4.5秒。
     利用钛和锆对空气的强大吸收力，可以除去空气，造成真空。用钛锆合金制成的真空泵，可以把空气抽到只剩下十亿分之一。
     钛铌合金是理想的超导材料。清华大学利用光学干涉原理和离子氮化钛处理制成了画面清晰、层次分明的山川水墨画。
     在目前使用的最常见的两种不锈钢中，铬镍钛18－8－1型（含铬18%、镍8%、钛1%)是工业上最常用的。
     碳化钛（TiC）颇象碳化铁，具有金属光泽。可它比碳化铁具有更高的熔点和更高的硬度。所以,它有着实际应用价值。
       用钛制器皿保存的食物，色、香、味经久不衰；钛制炊具既轻巧,又不会生锈，最合科学卫生。
     用钛合金制成的高压容器，能够耐受2500个大气压的高压。
      钛和镍组成的合金，被成为“记忆合金”。这种合金制成预先确定的形状,再经定型处理后,若受外力变形，只要稍微加热便可恢复原来的面貌。这种合金目前已在不少领域得到应用。如美国阿波罗号飞船上用的天线，就是这种记忆合金；上海{dy}医学院附属第九人民医院已将这种记忆合金用于妇女绝育手术中；另外还可用于仪表、电子装置等领域。
     现在，对钛的广泛使用{zd0}障碍是钛很难冶炼。因为钛的熔点很高,冶炼钛就要在更高的温度下进行,而在高温下钛的化学性质又变得很活泼，因此冶炼要在惰性气体保护下进行,还要不使用含氧材料，这就对冶炼设备、工艺提出了很高的要求。目前冶炼的钛70%左右用在制造飞机、导弹、宇宙飞船、人造卫星等方面。目前人类对钛的应用仅仅是一个良好的开端，金属钛的前程无量,所以钛被授予“21世纪金属”的称号。
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 中国出口信用保险公司    新闻中心 - 热点专题 - 出口研究 - 环球产业 钛的新应用及展望
2010-4-7
　　本文简要回顾了钛在建筑、汽车、计算机等新兴市场中的应用，并对钛的新市场的发展前景进行了展望。从长远来看，未来钛新应用市场前景光明。
　　自从人类1790年发现钛元素，1951年进入工业化生产以来，钛逐渐显示出它独特的优越性能。它不仅具有金属结构材料的优越性能，而且在许多工艺介质中具有优异的耐腐蚀性能。钛的应用可以获得明显的技术进步和经济效益。钛的蕴藏量是铜的十倍，是继铁、铝之后的“第三金属”，被称为“空间金属”。
　　由于钛所具有的一系列优良性能，资源又很丰富，钛的工业生产问世后，立即受到普遍高度重视。钛的应用首先是从军工和航空工业开始的。早在1951年美国就将钛材用于飞机上，前苏联、英国的钛材也主要用在军事和航空领域。钛材最早用于航空，航空市场一直是钛最主要的市场，目前仍占世界钛市场总量的50%。上世纪70年代后，钛的优良性能逐步在民用工业中得到普遍认识，在冶金、化工、电力等民用工业上的应用逐年增加，用量也稳步增长。
　    钛的新应用
   　近年来，钛在建筑、汽车、计算机、装甲、油气开采、体育休闲用品等新应用领域不断出现，并形成一定的规模。
　　1.建筑用钛
　　钛在许多建筑应用领域中是一种优异的可选择材料，如在外部包覆、悬墙、屋顶包覆、蒸馏塔外层、顶盖，内部包覆、灯具以及艺术雕塑品和纪念碑等。建筑用钛具有杰出的耐蚀性、高强度、轻重量和耐久性，比其它任何金属的使用寿命都长，且不需要怎么维修。因此从设计和开发来说，尤其是从寿命周期考虑，钛是最实用的。
　　许多新的项目已列在规划之中。如巴黎航空站已计划在两个大的{sjj}建筑项目中使用钛。钛还被选择用作北京国家大剧院（见图1）和阿布扎比国际机场建筑用椭圆形顶的材料，其中国家大剧院仅蒙皮材料估计就使用400吨钛材；阿布扎比机场预计在屋顶、结构材料上的钛材用量将达800吨。在该机场的建设中，钛首次在结构建筑中获得应用。为满足工程需要，阿布扎比机场将使用航空级钛合金厚板做结构架，另外，机场外部还将用钛嵌板和玻璃包覆。
　　钛在欧美建筑的应用中相对较新，但在日本的应用已有多年了，有百余个建筑物都使用了钛，使许多重污染地区、都市和滨海地区的腐蚀问题得到了圆满的解决。
　　2.汽车应用
　　汽车零部件使用钛可使汽车重量大大减轻，降低燃料消耗，提高汽车工作效率，改善环境和降低噪音。据资料介绍，每降低10%的车体重量就可以减少10%废气排放量及节省7%的燃料消耗，因此汽车的轻量化将会起到“节能，环保”的双重功效。钛在汽车中的具体应用部位列于表1。
　　欧洲雪佛莱（Chevrolet）汽车公司高性能的2001 Corvette Z06型汽车上使用了钛回气管，使汽车减轻重量8.1千克，并明显地提高了耐蚀性。2001 Corvette Z06型汽车，预计将生产6500辆。
　　用钛制成的弹簧可比钢弹簧减轻60%-70%的重量，在一个典型的、美国造的、可乘坐5-6人的家用车中，通常使用4个钛卷弹簧，每辆车就可减轻10千克左右的重量。美国钛金属公司（Timet）与德国大众汽车公司于2001年1月宣布，大众Lupo FSI的2001年型号车将使用钛悬簧（见图2），大众汽车公司预计生产了3500辆该型号车。这些是最近在汽车中大量使用钛的例子。
　　使用钛制排气系统和悬挂弹簧可为设计者提供两种{zd0}减轻重量的方法，近来的这些突破已吸引了许多赛车、豪华小汽车、小型厢式载重车和卡车的生产商。随着经济的发展和汽车制造商提高燃料经济性的需求，会有更多的工程设计人员将选择钛用做汽车零件，钛最终将在汽车生产工业中占有重要的地位。
　  3.钛在计算机上的应用
　　因钛具有质量轻、无金属过敏性、可循环利用等诸多优良特性，因此钛在个人电脑、手机等领域中的应用日益增多。钛在计算机上的使用主要是用做计算机外壳和硬盘盘片。
　（1）钛计算机外壳
　　IBM公司于2000年5月宣布其新型ThinkPad笔记本电脑外壳使用钛基复合材料。ThinkPad电脑A系列（如A20p）和T系列（如T20）的机壳均使用了钛基复合材料，不但提高了机壳的强度和抗震性能，而且可使电脑更薄、更轻（见图3）。
　　日本富士通公司率先采用纯钛（99.5%）制造的小型A5尺寸、890克轻量笔记本电脑外壳。1999年该公司已在笔记本电脑（INTERTOP CX300）的外壳上使用钛合金。
　　钛比主要作为计算机外壳材料的金属镁的拉伸强度高出许多（镁为44.4GPa，钛为106.3GPa），钛的导热率（17W/m.K）也只有镁（159W/m.K）的十分之一，所以钛作为外壳材料在实现薄壁化的同时又能保持强度，抑制来自硬件等的热量扩散，防止底面的发热。尤其是因钛表面耐蚀性优良，表面的涂层处理等变得较为简单。
　（2）计算机硬盘盘片
  　硬盘盘片大多采用铝合金制造，前不久又出现了“玻璃硬盘”，因这种盘片具有更大的平滑性和更高的坚固性，且在高转速时也具有更高的稳定性。计算机硬盘盘片用钛合金（主要是Ti-3Al-2.5V）比通用的铝合金和玻璃硬盘有更多的优越性，如强度高，可减少盘片厚度，提高存储密度和转速，表面光洁度高，可减少读写磁头与磁盘的距离，提高存储密度；钛盘片还具有损坏容许极限高、表面硬度高等特点（见图4）。
　　目前，由美国Timet公司投资500万美元建成了一个钛盘片内部组织机构，1998年已小规模地在微机驱动部件上进行新开发，硬盘用钛会给Timet公司带来很大益处。目前市场上使用较普遍的钛硬盘的规格为：直径95mm；厚度0.635mm（或0.8mm）；表面硬度14700MPa；杨氏模量660GPa；{zg}工作温度700℃；平直度＜10μm；粗糙度Ra＜0.8nm。盘片采用的生产技术多为精密冷轧钛或钛合金，盘片表面可通过等离子氮化、等离子渗碳或等离子碳氮共渗进行硬化处理，盘片表面也可喷镀一层氮化钛或硼化钛硬涂层。
　　计算机硬盘盘片的市场很大，发展迅速。1998年世界盘片产量约为4.5亿张。分析家预测，硬盘生产量以每年10%-15%的速度增长。据估计，随着信息产业的高速发展和市场的激烈竞争，钛用于计算机会有较好的市场。
　　4.军事工业
　　除xx飞机外，军事战车和火炮是钛主要的军事应用，其前景十分看好。xx车辆急需减轻重量，当前xx中绝大多数军车已达到其设计重量极限。而任何新技术应用于现有的车辆上，都要求除去相当的重量，并不能影响冲击防护性能，因此钛是{zj0}的选择。钛在地面xx车辆中的应用有M1主战坦克、M2战车和Bradley战车等（见图5）。试验表明，Ti-6A1-4V合金和新型TIMETAL Ti-62S合金优于常规的均质装甲钢（RHA）材料。钛、铝、和RHA钢的一些性能比较列于表2中。
　　钛与常规的轧制均匀装甲钢材料相比具有高比强度、极好的射击和多次射击性能、可焊性和机加性以及极强的耐腐蚀性，可减轻25%-60%的重量，提高装甲车的战斗能力和机动性，并减少寿命周期成本。低成本多用途的TIMETAL 62S合金与常规Ti-6Al-4V合金相比还可节省15%-20%的费用，因此它是美国xx装甲应用的{sx}，比如用在Bradley战斗车指挥舱的舱口处。
　　在M2战车上，钛主要用于指挥舱盖和顶部防护装甲的改进，指挥舱盖每个重68千克，待改进M2战车总计1000辆，1997年已对首批的580辆进行了改装。
　　在火炮系统中，两种155毫米轻型牵引榴弹炮使用了大量的钛合金。XM777 155mm超轻型便携式榴弹炮的架尾和反冲击气缸是用钛制成的。美国RMI公司从2001年开始为英国宇航系统公司研制的XM—777型155mm榴弹炮提供钛材。榴弹炮从2003年开始交货，到2010年将要制造821门，该项目将为RTI赢得1亿美元的收入。
　　尽管钛合金性能优良，但因价格原因而不能广泛用于国防领域，随着低成本钛合金研究力度的加大，钛还将用于M113装甲运输车的改造，若将50%的M113进行改进，大约要用钛80000吨。钛在未来军事领域的应用还将深入到海运装备中，海军舰船上每年大约需要更换9.7万米热交换器用的铜镍合金管，如果改用钛管，可延长使用寿命，节省大量维修费用。
　  5.体育用品
　  钛在体育用品中的应用也相当广泛，如高尔夫球棒和球头（见图6）、网球拍、登山鞋、滑雪鞋、冰球冰刀、自行车架、短跑运动鞋鞋钉等。
　　钛高尔夫球杆明显占优势，钛的比重小，强度大，可以把球头做得更大，而不会增加球杆的总重量。在广泛的试验中，高尔夫球手用钛球头比用标准加大的钢球头的击中率平均可提高20%，而且击球距离有所提高。美国在高尔夫球等民用品方面的用钛量增长很快，1996年美国高尔夫市场钛的消耗达4500吨。
　　钛制网球拍市场需求量近来呈上升势头。钛网由于深埋球拍的框架内，增强了球拍的打击力，受到玩家的好评。现在，日本几乎所有的网球拍生产厂家都在出售钛制球拍，它占到球拍市场约一半的份额。
　　因钛眼镜架的轻量、高强度、高耐蚀性、又不发生金属过敏等优点，日本眼镜架的半数以上是钛镜架（见图7）。如果钛镜架市场在不远的将来扩大到中国、东南亚等地区，那么目前的钛镜架需求将会成倍增加。
　　现在自行车运动在全世界得到广泛开展，钛自行车特别适合xx次自行车运动的要求，因此钛自行车的销量也在逐步增大。
　　除此之外，钛在手表、首饰、滑雪用具、鱼竿等体育休闲用品上的应用也不胜枚举，其用量相当可观。
　   6.食品器械
　　钛在食品器械的应用中表现出高耐蚀性、轻重量、生物相容性、低粘附性、高清洁性与xx性，钛制食品设备具有高效率、长寿命、低维修成本、低商品寿命成本的优点，且安装简便，容易检修。食品的保存与加工多采用加盐法，在此方面，钛比其它金属材料更加优异。且在食品加工工艺中，防止了来自材料的污染或通过腐蚀而进入到制品中的微生物污染，钛的耐腐蚀性能可说是{dywe}的。特别是粘附性之低可与特氟纶相比，加之钛加工技术的可行性，实现了深层的卫生状态，使净洗作业变得简单，且提高了效率。制品不受污染，味道纯正。因此，钛在酿造、食品加工装置材料的使用中成为安全、卫生的材料。
　　目前，食品器械产业市场被不锈钢所垄断，世界上每年有数百万吨的不锈钢在与食品相关的领域得以使用。为了拓展钛在食品相关领域的应用，研究人员对于食品用钛的耐蚀性和香、味的变化等功能试验及数据的整理工作正在进行。事实上，食品工业对钛并不熟知，因此应进行大规模的市场促销活动，以增加钛在食品行业中的用量。
　　新应用市场前景展望
　　目前，航空工业的兴衰对钛工业仍起着决定性的作用。9.11恐怖事件对航空业的打击加强了人们开拓新市场的认识，使人们再次意识到了开发航空业以外钛市场的重要性，以摆脱xx依赖于传统工业的被动局面。
　　{zj1}钛新应用潜力的市场是汽车行业，全世界汽车的钛用量在1995年仅有100吨，而2002年达到1100吨。汽车用钛是一个非常庞大的市场。一旦钛在汽车工业中得到广泛的应用，那钛材的用量将远远超过目前航天航空工业中的用量。现在，美国每年可生产1500-1600万辆汽车，若每辆车上使用1千克的钛部件，则美国每年的汽车用钛量将达到1.5万吨以上。汽车制造商批量使用钛制零部件标志着世界钛工业今后将逐步摆脱航空业的束缚，向更广阔的应用领域拓展，如阿尔法罗密欧汽车的钛制零部件（见图8）。
　　另外，近海石油和天然气生产用钛量在2000年为500吨，到2006年增长到2300吨。xx装甲目前年用钛量为400t，到2006年增至1300吨。钛高尔夫球杆市场在经历大幅调整后，目前仍是钛民用领域的一大支柱，年销售量为1200吨左右。
　　钛在建筑、汽车、能源、xx装甲板等新领域市场已较前大幅度增加，其总消费量在2001年约为6000吨，到2004年翻了一番，达到1.2万吨。据预测，到2013年，新应用领域用钛将占全部用钛量的20%，那时钛市场受制于航空业的局面将会改变。
　　总之，我们相信随着钛新应用的不断开发与发展，钛新用量的不断上升，未来钛的新应用市场的发展前景光明。
来源：录入   《世界有色金属》
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中国移动房网 ： 首 页 >> 行业知识钛钢复合板的制造技术与其广阔的用途
发布人/作者：中国移动房网      发表日期： 2009-4-17 
　　前言 　　钛因其优良的耐腐蚀性而被大量用作各种化学反应容器、热交换器材料，但缺点是成本较高。特别是作为结构部件使用时这个问题尤为突出，有效的解决方法就是使用钛钢复合板。钛与普通钢的复合材称之为钛钢复合材，既有钛的耐蚀性，又有普通钢板作为结构物的强度，重要的是成本也大幅度下降了。
    近年来，钛钢复合板又增添了新用途，即在海洋土木领域开始适用于钢构造物的防蚀材。这不仅是因其成本较低，作为主体的钢构造物的焊接安装来看，也必须采用钛钢复合板。
　　钛钢复合板的概述
　　何谓钛钢复合板？
　　在《英和词典》上的「CLAD」是指「特别是将防蚀金属包覆在别的金属上」。《钢铁便览》上的「复合钢板」则是指将「一般普通钢板与其它金属复合」。即钛钢复合板是指将在一般普通钢板的表面用耐蚀性好的金属钛包覆，普通钢板的耐蚀性自然就提高了。
　　在JIS标准中，该板主要用于压力容器、锅炉、核反应堆、 贮存器等，采用的均是厚度达8mm以上的复合钢，其规格号为G3603。
　　钛钢复合板的历史
日本钛加工材的生产始于1954年，钛钢复合板则始于1962年。那时的生产方法称之为「爆炸复合法」，凭借xx的爆发能而接合的一种方法。1986年开发了热轧法，厚板轧制法。1990年又开发了连续热轧带卷的生产法，主要是指薄板的生产。
　　钛钢复合板的应用领域
　　爆炸法、厚板轧制法制造的钛钢复合板为厚板，其用途主要用作耐蚀性构造材料。高纯度对酞酸设备等的化工设备、冷凝器的管板用在发电设备上。
　　连续热轧制造的钛钢复合板为薄板，主要用在海洋钢构造物的衬里，应用领域为海洋土木。 
钛钢复合板的制造方法
　　一般复合钢板的制造方法有：填充金属钢锭轧制法、爆炸复合法、轧制压接法、堆焊法等。钛钢复合板的场合，考虑到钛的特性，工业上常采用爆炸复合法或轧制压接法，而实际的生产方法则包括①爆炸复合法，轧制压接法又包括②厚板轧制法③与连续热轧法。爆炸复合法通常是在常温下进行的，轧制压接法是将板组装、加热轧制。 
爆炸复合法 
　　爆炸复合法的要点:首先将欲压接的2张金属板之间保持一定间隔放置,在其上面再放上适量xx。由xx的一端起爆，爆炸速度每秒数千米，凭借该爆发能钛板从基材钢板的角度碰撞。在该碰撞点基材钢板与钛板因非常大的变形速度与超高压下显示出流体行为，两金属表面的氧化膜、气体吸附层作为金属喷流而排除掉，干净的面与面之间的接合就在瞬间完成，称之为冷接合。
　 采用该法制造的钛钢复合板可继续热轧至板厚为4mm，所以又称为爆炸复合法。
厚板轧制法
　　厚板轧制法最初将钛板（复合材）与钢板（基材）以嵌入式的板坯组装。这时，在钛板与钢材之间放入合适的中间嵌入材，再在高真空下采用电子束焊接。{zh1}放入加热炉加热后，在厚板轧机上强压轧到所要求的厚度，这样钛板与钢板则真正接合了。{zh1}将外围切割，分离为2张板。
连续热轧法
　　连续热轧法与厚板轧制法基本相同，所不同的是2张板中间加入的是钢板，在大气下进行电弧焊接，{zh1}在连续热轧机上连续轧至所要求的厚度，以带卷形式取出。{zh1}将外围切割，分离为2张板。
应用领域：
　　设备领域
在设备领域的应用主要是指先前所述的类似的对酞酸制造设备的化工设备、发电厂用冷凝器管板的电力设备。特别是电力领域的发货量已累计达到1000张以上。该领域是钛钢复合板的支柱产业。最近的话题：造纸厂的漂白处理槽、污水处理厂的次亚氯盐酸苛刻钠处理槽也在使用钛钢复合板。
海洋土木领域
　　海洋构造物的维护问题
　　日本四面临海,经济活动的基地设在近海区,随着经济发展的需要，流通、交通、城市功能等设施的空间正在利用海域，并且从过去的内海、内湾的浅海域向现在的外海、深海域发展。为此,日本设立了超大型浮式技术研究小组,对数公里规模,耐用100年的超大型浮式海洋构筑物进行了理论研究和实地试验。而钛材具有优良的腐蚀性能,在海水环境下溶出离子极少,xx性,不必担心污染环境等优点,因而成为海洋构筑物的{sx}材料。
钛钢复合板的开发
　　正如表1所述的那样,钛在流动的海水中具有非常优良的耐蚀性,目前有两种方法使钛材能够作为海洋构筑物防蚀材。一种是把钛薄板和有机系防蚀材制成复合包覆材;第二种方法是用钛钢复合板包覆焊接到新建的建筑物上。就第二种方法而言,尚存在二种问题,其一就是将钛作为衬里的接合问题。仅钛独自用作构筑物在经济上是不成立的。只有充分发挥钛的耐蚀性能,将构筑物主体用钢制造才是经济的。然而将钛 直接与铁焊接形成的脆性金属间化合物也是不实用的。只有将钛与钢采用热轧一体化工艺的「钛钢复合板」,将复合板的钢部分焊接接合将钢构筑物的主体上,再利用复合材钛的防蚀性。其二钛钢复合板的尺寸问题。以前因不能制造出钛钢复合薄板,用该材作为衬里材时因板太厚使其尺寸与形状受到限制。因此采用薄钢板制造工艺时采用连续热轧机,其厚度只有5mm的线圈状钛复合薄钢板。该复合钢板的接合强度约150-200MPa,略高于日本标准JIS-G3603所规定的值,适合作防蚀材料衬里材。
　　这种钛钢复合薄板的优点在于:(1)钛在海水中基本上不腐蚀,钛金属离子也不会溶出;(2)钛生物体没有毒性,对周围的生态环境没有影响;(3)如果钛能在超长期时间内不发生腐蚀,那么对环境而言将是一种极友好的材料 ......
结束语
　　钛钢复合板自诞生以来已经历了40多年,其主要的应用领域冷凝器管板已用了1000张以上。另一方面，在海洋土木也开始使用，并将有更多的机会。钛钢复合板就是有效地利用了钛的优良的耐蚀性与钢材的强度,在成本上达到了{zj0}期组合,今后期待在这方面有更进一步的发展。

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钛金属及钛合金在新型建筑上的应用2010-05-13 09:59
   金属材料用于建筑，特别是屋顶，首先应用的是铜，依次开发使用的是表面处理过的钢板、铝、不锈钢和钛。随着国民经济的持续发展和人民生活水平的不断提高，人们对城市建筑物的要求，特别对建筑物的美观性要求越来越高。随着建筑材料工业的不断创新和发展，近年来建筑师追求使用比传统材料更高级的新型建筑材料。钛金属具有许多非常优异性能，xx满足对建筑材料的许多特殊性能要求，因而倍受建筑师和建筑业的青睐。
    一、钛金属非常适合用于建筑上
    纯钛具有中等强度和优异的焊接性能，它最适合于建筑物的屋顶和墙面。Ti－15－3合金具有高强度，用于建筑物的各种支架和横梁。最近兴起的超越不锈钢标牌加工方法和技术都用于剪切、成型机加和钛的连接。钛材能够采用通用的TIG焊接工艺进行组件之间的连接，而且钛材可自我恢复的氧化膜可以防止焊接受到破坏。
    此外，采用二次加工技术和根据客户的需要对钛材的表面进行加工，诸如蚀刻、压花、旋压、喷砂、喷丸、电镀和打孔等。
    作为一种建筑材料，钛材不但拥有自然光泽，而且经氧化能呈现不同色彩，加之其耐蚀性优越，不需要镀一层防腐膜，由于钛材的反射率较小，并呈现淡银灰色，故其自然色泽令人满意，钛材经过退火和酸洗后，表面熠熠生辉。
    采取对金属进行阳极氧化以及氧化前对表面自然光泽进行调整的方法来改变色调，以满足客户对颜色的要求。钛的氧化膜是钛金属表面与空气／水发生反应而形成的。和不锈钢和铝的表面相比，钛材突出的耐蚀性正是该层氧化膜，钛材表面的不同颜色取决于氧化膜的不同厚度（＜10nm，银色；12nm，金色；20nm，棕色；35nm，蓝色），通过调整氧化膜厚度以及钛材表面光泽度，可以使建筑用钛材的表面呈现多姿多彩的外观。
    建筑用钛材的表面结构多样，从柔软、粗糙到银光闪闪的表面应有尽有，经过阳极氧化处理后，其色彩和光泽不会消退，氧化膜会增厚，这样，因光的干涉彩虹原理就产生了颜色，光线穿过这层氧化膜时，一部分会被反射，一部分被折射，一部分被吸收，反射光线的相位不同，产生干涉表面就呈现不同颜色，为了保持钛材在建筑上使用时颜色的稳定性，在实际生产中要考虑表面光泽控制技术，即退火和酸洗状况的调节可以从光泽监测装置反馈检测结果来调节退火（温度、时间）和酸洗（温度、时间、酸配比）的状况。
    二、钛金属在建筑上的应用日本是首先将钛应用于建筑物的国家，也是在建筑物上应用钛最多的国家，主要是应用于建筑物的屋顶，其次是大厦的幕墙、港湾设施、桥梁、海底隧道、外壁、装饰物、小配件类、立柱装饰、外装、纪念碑、标牌、门牌、栏杆、管道、防蚀被覆等。
    英国、法国、美国、西班牙、荷兰、加拿大、比利时、瑞士均有建筑物使用钛金属作屋顶和幕墙的范例，瑞典、新加坡和埃及等国家在的一些新建筑上开始使用钛金属。1997年西班牙毕尔巴鄂市的古根海姆博物馆就是采用钛金属板构造出去曲面的建筑造型。阿布扎比机场也选用了钛，且用量近百吨，该机场是世界上{dy}将钛作为建筑结构材料使用。
   我国{zx0}提出应用钛金属的建筑是国家大剧院，{zx0}应用的是杭州大剧院。应用钛金属的建筑还有中国有色工程设计研究总院大门厅、杭州临平东来{dy}阁、上海马戏杂技场屋顶和大连圣亚极地世界等。用于城市雕塑的有陕西省宝鸡市河滨公园内的钛雕塑"海豚与人"、河北省邢台市中心广场的钛雕塑"乾坤球"、陕西省宝鸡市步行街的钛雕塑"雄鸡报晓"等。
    三、钛金属应用的经济分析钛金属在建筑上的应用仅有30年的历史，围绕钛建材的制作、表面处理工艺和设计使用尚有许多课题需要研究，特别是研究开发低成本制作和表面处理工艺是亟待解决的课题，建筑一次投资成本和长期维护成本的综合平衡也应当纳入人们的视野。
    我国钛金属生产技术基本成熟，生产设计规模很大，但销售市场不大，经济效益不理想，主要是缺少客户满意的技术经济性能好的产品。我国目前的建筑用钛现状如下：
    1.产品单一。作为结构材料，没有足够的品种以供使用者选择。作为表面装饰材料，目前我国没有形成较大的钛合金表面处理规模，还停留在手工作坊生产方式阶段，这不利于大面积使用钛作为装饰用材。
    2.品位低。没有较高品质的产品，更没有钛复合材料的大量供应，只能生产一些模型、城雕、工艺品等，没有品位较高的表面装饰材料及其生产手段。
    3.价格高。由于没有稳定的高品质的产品，不可能有大面积的广泛应用，导致使用量小、价格高，更不利于推广使用。
    4.设计者因素。我国没有类似职业培训制度，新材料发明后没有在建筑设计师思维中储存下来，导致在建筑原创设计图很少把钛金属设计进去，用途就显然少了。
    综上所述，我国的钛金属标牌制作及钛合金生产产能过剩，档次不高，质量不稳定。钛金属的优越的性能就是它的耐腐蚀性，只要大量生产使用钛金属，它的性能、单价、品质肯定会更加合理，更加吸引人们的注意力，我们的建筑使用期限更加长久。
 
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钛及钛合金特性
 发表于 2010-4-26 22:45
如何正确地使用钛
     虽然钛及其合金具有比强度高，高温和低温性能好，耐腐蚀等优点，但如果使用不当，未能扬长避短，仍会达不到预期的效果，反而造成不应有的损失。如何正确地使用钛呢?在选用钛材时应仔细地考虑下列问题：
1． 腐蚀环境
    工业纯钛和某些钛合金在中性，氧化性的环境中，具有优良的耐蚀性能。在弱的还原性环境中也保持着钝态。在强的还原性酸中被腐蚀；但在与腐蚀防止剂共存的还原性环境中耐蚀性良好，即使对于王水也有良好的耐蚀性。在高温盐类，湿氯气，硝酸、各种漂白剂等腐蚀环境中具有耐蚀性。钛在数伏电压之下作为阳极处于钝性，所以被利用在阳极处理，电解和电镀中。在海水中不产生点蚀和缝隙腐蚀。有较大的抵抗应力腐蚀破裂，接触腐蚀和磨蚀的能力。对有机酸除蚁酸(不通气)等以外都具有较好的耐蚀性能。焊接几乎不降低钛的耐蚀性。虽然钛材在上述的腐蚀性介质中具有优良的耐蚀性能，但在选用钛材作为耐蚀材料时，仍必须注意以下几点：
     (1)工业纯钛在静止的高温，高浓度的硝酸溶液中的耐蚀性能较好，但在流动的硝酸溶液中往往由于缺少起缓蚀作用的四价钛离子而遭到腐蚀。故在这种环境中采用钛时应选用Ti—5Ta合金。
     (2)钛在海水和氯化物溶液中不发生点蚀，但在含有氯化镁、氯化铝，氯化铜，氯化锌和氯化钙的沸腾溶液中发生点蚀。工业纯钛在温度高于90℃的海水中有发生缝隙腐蚀的可能性，故在这种环境中，推荐选用Ti—0．2Pd合金。
     (3)工业纯钛在碳氢化合物及含氯，氟的碳氢化合物中不发生腐蚀。但在有水的情况下，水解而产生盐酸和氢氟酸，对钛产生腐蚀。当碳氢化合物在高温下分解而产生氢时，钛可能吸收氢，而产生氢脆。  
     (4)钛不受潮湿氯气(含1％以上的水份)以及二氧化硫、二氧化碳，硫化氢等气体的腐蚀；但在干燥的氯气中遭受腐蚀，并引起着火自燃。在-253～93℃温度范围内，钛对氢和过氧化氮的耐蚀性优良，但在气态氧，液态氧和某些氧分压高的水溶液中，也可能引起钛着火自燃。在这种环境中使用钛时，必须慎重。
      (5)工业纯钛一般不发生应力腐蚀破裂，但在含有微量盐酸的甲醇、乙醇为主的有机溶剂中和在发烟硝酸中易发生应力腐蚀破裂或着火自燃。钛设备在发烟硝酸中有可能发生爆炸。   
     (6)钛与电位较低的金属接触，则低电位金属发生腐蚀。腐蚀的程度取决于与钛接触的金属表面积比例。
      (7)虽然钛对于pH值大于9的碱液具有较好的耐蚀性能，但由于在较高的温度下易产生氢脆，因此，钛仅用在低温下的碱液中。当碱液中含有游离氯时，则提高钛对碱液的耐蚀性。反之，当碱液中含有氧和氨时，则加剧碱液对钛的腐蚀。
2  钛的化学、物理、机械性能的特点
      钛和钛合金与其他金属一样，在化学，物理和机械性能方面具有它独自的特点。有些性能不同于碳钢，不锈钢等黑色金属，也不同于常用的有色金属——铝，铅等。因此，在使用钛材时必须注意以下这些特点：
 2.1 钛是一种化学性质非常活泼的金属，在较高温度下可与许多元素和化合物发生反应，特别是与空气中的氮、氧，氢等气体发生反应，使钛的性能变坏。这是在钛的熔炼、加工、制造和使用过程中必须认真考虑的一个问题。
2.2 钛的线膨胀系数约为碳钢的三分之二，相当于不锈钢的一半。当用钛制造碳钢或不锈钢容器的衬里时，或者用钛制造管壳式热交换器列管，而外壳用碳钢或不锈钢制造时，要认真考虑设备在升降温过程中，衬里和列管承受的热应力。  
2.3  钛的导热系数比碳钢小4.5倍，比不锈钢稍低。因此，钛制设备在高温下使用时，在壳壁中易形成高的温度梯度，导致产生较大的热应力或热疲劳应力。但此缺点为它的线膨胀系数较低而有所补偿。另外，钛的导热系数虽低，但不影响传热效率。这是由于钛具有较好的抗污染能力，不使气体呈膜状凝结而成滴状凝结，能耐较高流速的冲刷腐蚀，能使设备臂或管臂做的很薄等特点。因此，钛具有较好的传热性能。
2.4  钛的熔点较高，通常为1668±4℃。比碳钢约高130℃，比不锈钢约高243℃,再加上它的导热系数较低。因此，焊缝金属在高温区的停留时间稍长，易造成晶粒粗大，塑性降低和焊接时易产生较大的残余应力。这是在设计焊接结构时必需仔细考虑的。
2.5 钛的导电性较差。若以铜的导电率为100％，则钛仅为3．1％。但它的导电率接近于不锈钢。这是在设计钛电极时必须考虑的。 
2.6 钛的弹性模量较低，约为碳钢或不锈钢的二分之一左右。所以在设计抗弯曲的构件时，应给予特别的注意。   
2.7 钛具有显著的回弹特性，其回弹能力是不锈钢冷成型时的2—3倍。这是由于钛的屈服限与弹性模量比值大和屈强比也较大，以致在成形时另件内部存在着较大的应力。所以钛设备一般不适于冷态冲压加工，而需用热成形或者冷冲压热校形工艺。  
2.8 钛和不锈钢一样，容易发生粘连。因此，对于未经特殊处理的钛不宜制作承受摩擦的工件，否则，它们会因擦伤或咬死而迅速报废。在不得不采用钛作为运动元件时，必须选择可以使钛承受摩擦的材料(如塑料)制成摩擦副件，或者表面进行硬化处理，或者使用不同牌号的钛合金制成摩擦副。在螺旋摩擦副中应采用间隙较大的螺旋配合或加润滑剂。
2.9 钛的抗拉强度随着温度的升高而降低。当温度达到250℃时，其抗拉强度只有室温下的一半。而且钛的拉伸曲线没有物理屈服极限，，只有条件屈服极限，因此，在计算钛设备的强度时，必须选用设计温度下的强度限。
2.10 钛的抗蠕变性能差，不仅在高温，即使在常温下也发生蠕变行为。它的蠕变极限通常先随温度增加而降低，但到120℃时，蠕变极限开始重新增加，在200℃时达{zd0}值。此后，蠕变极限又随温度继续增加而降低。通常在200～300℃的温度范围内遵循稳定的蠕变特性。因此，在计算钛制设备强度时，不仅需要按设计温度下的强度限计算；而且还需按蠕变限进行校核。
2.11 工业纯钛的塑性与温度有特殊的关系。由室温至200℃时，钛的相对延伸率增加。再继续升温，则开始下降。在450～500℃时相对延伸率达到最小值，随后又明显上升。因此，它的使用温度{zh0}不超过350℃。   
2.12 国产工业纯钛的冲击强度较低，有的在室温下仅8．0公斤力·米／厘米2。但随着温度的上升而增加。当温度超过200℃时，冲击强度迅速增加。到550℃时，冲击强度可达18公斤力·米／厘米2左右。而且它的冲击值随着杂质含量增加而降低。所以在设计钛制设备时，应尽量避免应力集中，防止产生过大的局部峰值应力。
2.13 钛的硬度和强度随着冷变形的程度增加而增加。如冷变形度为80％的试样的强度极限比xx退火的试样大1倍。随着冷变形程度的提高，延伸率值迅速下降。当冷变形度超过50％时，延伸率降到10％以后，不再继续下降。而且钛的机械性能与变形速率有关。当拉伸速率由0.01分钟提高到1.5分钟时，它的强度限由36．5公斤．力／毫米2提高到42．5公斤·力／毫米2,延伸率明显下降，随后又上升。因此，钛材在冷冲压时，要严格控制变形程度和变形速率。
2.14 钛具有较优良的抗疲劳性能，但对缺口的敏感性较高。在旋转弯曲试验中，其疲劳强度对拉伸强度的比值约为60％，而一般碳钢仅是拉伸强度的45％左右。表面光洁度对疲劳强度也有较大的影响。高度抛光表面的试棒比机加工表面的试棒具有较高的疲劳强度。所以在设计钛制设备时，应避免结构的不连续性和焊缝应尽可能平滑。
2.15 钛不能与其他金属熔焊。这是因为钛的熔点比其它金属高，而且易形成脆性的金属间化合物，引起焊缝脆化。在容器内进行部份衬里时应特别注意结点的设计。在需要与其它金属连接时，可采用粘接、钎焊，爆炸焊和螺栓连接。    ‘    ．
2.16 钛设备的焊接接头设计和其它金属采用的接头型式相似，但由于熔融钛具有更大的流动性。因此，它比其它金属装配得更紧密。在对接焊薄板时，对于等边对接接头通常不留钝边间隙。如果接头装配得满意的话，这些焊缝可不加填充焊丝。当板厚超过1．5毫米时，为了保证焊透，采用留钝边间隙或单V型坡口。对于这些接头要求增加焊丝。对于厚板或厚断面采用单V型或双V型坡口，在这种情况下，接头应设计成需要最小的焊道和便于焊缝根部保护。
  2.17  在设计钛铸件时，应该牢记钛具有较窄的液相线——固相线的温度区间，这种迅速凝固的倾向有利于铸件的定向凝固，但往往导致在热量集中的地方产生裂纹和缩孔。钛铸件的各相邻部位应避免厚薄截面的急剧变化和尖角。在无法避免时，无论是厚度变化或是尖角部位，都应该有足够半径的圆角过渡。铸件的截面应该是带有锥度的均匀截面。在所有的垂直面上，都应该考虑较大的拔模斜度，并应考虑冒口位置和除去这些浇冒口后不需要精磨。 
2.18 钛的攻丝是比较难的工序。这是因为丝锥中有限切屑沟和钛的严重粘着作用，均导致螺纹恶化。当切削终止时钛易紧缩在丝锥上，导致丝锥断裂。因此，在设计钛设备时应避免盲孔和过长的通孔；同时应适当放松配合等级公差。
2.19 国产钛管的延伸率在28～40％的范围内波动，而不锈钢的延伸率在50～60％的范围内。因此，钛制管壳式换热器的胀管间隙应比不锈钢制的小，否则，在胀接时列管易出现裂纹。   
2.20 钛在切削过程中，由于产生塑性变形，和在高的切削温度下，钛很容易吸收大气中的氧、氮形成硬而脆的外皮，而产生加工硬化现象。其结果不仅降低零件的疲劳强度，而且会加剧刀具的磨损和给以后的加工带来困难。因此，在切削钛材时一般选用较低的切削速度、较大的切削深度和进给量。并且采用合适的冷却润滑液，进行高压冷却,来降低切削温度，提高加工表面质量和刀具的耐用度。  
2.21 钛板料具有各向异性。通常垂直于轧制方向弯曲比平行于轧制方向弯曲性能好。