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新一代金屬中的寵兒--鈦及鈦合金

來源:鈦,鈦合金,鈦棒,鈦板,鈦設備,鈦管,鈦絲 發布時間:2012-8-23 11:11:20
鋼是20世紀前流行世界的金屬,鋁、鎂是20世紀流行世界的金屬,那么鈦合金就是本世紀金屬中的寵兒!
   人們早在1789年就在鈦磁鐵礦中發現了二氧化鈦(TiO2),但是由于鈦的熔點很高(約1660℃),必須在高溫下冶煉,而高溫下鈦的化學性質又很深入淺出,因此冶煉鈦特別困難,人們也一直將鈦稱為“稀有金屬”。其實呢,正好相反,鈦是地殼中含量較多的元素之一,約占地殼重量的0.6%,位居第力九位,是銅的80倍,銀的6萬倍,而鈦資源在常用金屬中則僅將于鐵、鋁、鎂(其在地殼中的含量分別為8.13%、5%、2.1%)而列居第四位。
   一直到20世紀50年代左右,人們終于找到了適用于鈦合金的冶煉工藝及設備——真空自耗電極電弧爐,這樣才使得鈦開始走向工業化的生產。不過,最初的產量很少,直到20世紀80才有圈套的發展,就金屬的應用來說,鈦可以說是名副其實的“小弟弟”!
   可是這個小弟弟卻具有不尋常的綜合優點,是一個人見人愛的“多面手”。它比鋼輕得多(密度只有鋼的60%左右),但比鋼和鋁更加結實(以同等重量而論),而且能抗腐蝕、耐高溫、碉低溫,還無磁、無毒、具有記憶功能等等。因為集如此眾多的優點于一身,因此,鈦被人們稱為是繼鐵、鋁之后的”第三金屬。”
   鈦可以廣泛應用于航空領域。目前藍天上飛行的飛機很多老師用鋁合金制造的。但是,當飛機的速度達到兩倍音速時,機身的溫度會比一倍音速的飛機高大約100℃;漢速度達到3倍音速的時候,機身溫度又會高出200℃,達到大約300℃,這里鋁合金的強度將會大大降低,如果強行飛行,鋁合金飛機會在空中碎裂,發生十分可怕的空難事故。所以,人們一般將飛機速度達到音速2~3倍的區域看作是難以逾越的“熱障”。那么,能不能越過這個障礙呢?能!倡用鋁合金做機身是不行的,必須尋找更加優異的材料,而鈦合金就是這些新型材料中的佼佼者。鈦合金在溫度達到550℃時,強度仍無明顯的變化,所以它能勝任飛機以3~4倍音速下的飛行。
   更可貴的是,鈦合金還同時具有優異的耐低溫性能,可在-196℃~-253℃的低溫下保持較好的延伸性和韌性,特別適合于太空一干二凈對材料的要求。因此,鈦又被稱為“太空金屬”,廣泛應用于人造衛星的外殼、航天飛機的骨架和蒙皮、衛星的登月艙及推進系統等,美國“雙子星座”宇宙飛船座艙幾乎全部用鈦制成。
   另外,由于鈦具有極好的耐腐蝕性能,在相關有重要的應用。鈦是目前能大量生產的、幾乎不被海水腐蝕的金屬之一,是艦船、海洋工程理想材料。比如,俄羅斯的臺風級核潛艇每艘用鈦就達到9000噸,不僅能增加潛水深度,而且可提高航行速度。鈦還被大量用于海洋石油開采和海濱電站。因此,鈦又被稱為“海洋金屬”。鈦的耐腐蝕性能,更令它能在化工領域大顯身手。現在,各種鈦制設備已經廣泛地應用到氯堿、純堿、尿素、鹽等各種制造行業,為這些行業帶來了顯著的經濟效益。
   而且,鈦無毒、無磁性的特性,鈦合金的彈性模量和人體骨骼的彈性模量相近,與人體具有很好的相容性,因此又被稱為“生物金屬”。用鈦片和鈦螺絲治療骨折,有意想不到的效果,只要過幾個月,新骨和肌肉就會和鈦片結合起來。因此,鈦是理想的人體牙科植入物和人工關節材料。
   鈦還是記憶合金家庭的重要組成成員,鎳鈦合金就是人們最早發現具有記憶疚的合金,這種合金能“記住”自己的天頭,漢它受到外力而變形后,只要給予相應溫度,又能“故態復萌”,恢復原形。而且由于含有鈦,它的強度也很高。因此,這種合金成為用途最廣的開關記憶合金,直到今天,它仍是性能最好的開形狀記憶合金之一。
   另外,作為結構霉爛,鈦由于比(強度與密度之比)很高,在很多要求輕型、耐重荷的場合下,比鋼鐵這種傳統的結構材料更有優勢。比如,我國正在興建的國家大劇院,其開的屋頂就采用了鈦——不銹鋼復合板,開了我國在建筑領域使用鈦的先河。鈦在美國車早已應用于建筑行業,又如,1984年開日本東京電力博物館就采用了鈦板作為屋頂,面積達750平方米,共用鈦材1噸。
   鈦的出現,將金屬材料的使用帶入了一個嶄新的時代。鈦的優異性能使其成為“智慧金屬”和“全能金屬”,鈦的未來可以說前途無量。
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