钛金属材料的应用及前景

金属钛具有很多优良的性能：钛的比重为4.5g/cm3，仅为普通结构钢的56%，而强度与普通结构钢相当或更高，在金属结构材料中，钛的比强度是最高的。

　　钛的熔点为1668℃，比铁、镍稍高，比铝、镁的熔点高1000℃以上。因此，作为轻金属结构材料，钛合金具有比铝、镁合金好得多的热强性，最高使用温度可达600℃。

　　钛在氧化性气氛中极易在表面与氧形成一层坚固的氧化物薄膜，是其在氧化性酸、碱、盐介质，特别是在湿氯气和海水中，具有优异的抗腐蚀性能。

　　钛具有同素异构的结晶构造，885℃以上为密排六方晶格的β相，以下为体心立方晶格的α相。因此，加入不同的合金元素后，钛合金可分成α-、β-和α+β三类。钛的同素异构性使其在加入不同合金元素时能得到性能截然不同的合金和具有大的热处理效应。

　　钛的膨胀系数为8.2×10-6/℃，较一般结构金属小，在急冷急热时应力小，适于在温度变化的环境中使用。

　　钛具有好的韧性和抗疲劳性能，焊接性能也很好。钛的低温性能好，在-196℃下，也不呈现低温脆性，这些性能都非常适合结构运用。

　　钛的导热系数小、无磁，某些钛合金还具有超导性能、记忆性能和贮氢性能等功能。

　　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，立即受到世界普遍高度重视。1947年美国率先实现海绵钛生产工业化，当年生产2吨海绵钛，1957年就发展到15000多吨。日本在1952年、前苏联在1954年均相继开始了海绵钛的生产。中国也于1958年开始了海绵钛的试生产，现在已形成了完整的钛工业体系。当前，世界上有钛工业的国家主要是美国、独联体、日本、英国、中国和德国。

　　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，到1961年美国用于飞机制造的钛材达3940吨，占钛材总用量的77%，如果加上导弹和空间技术用钛，占钛材用量的95%。前苏联、英国的钛材也主要用在军事和航空工业。进入70年代后，钛的优良性能逐步在民用工业中得到普遍认识，钛在冶金、化工、电力等民用工业上的应用逐年增加，用量也稳步增长。现在，美国非宇航用钛已超过30%，独联体为50%，日本由于历史原因，钛材几乎全部用于民用工业。

　　中国是一个钛资源十分丰富的国家，经过几十年的发展，目前已形成从钛矿、海绵钛、钛冶炼和钛材生产、钛设备制造的整体工业体系。中国的钛工业同样是为航空而兴起的，我国在上世纪80年代确定了大力推广钛材民用的方针，国家又适时地采取了扶持的政策，钛工业才走上了稳定发展的道路。但是，目前中国钛工业的规模和钛材的产量与世界发达国家还有很大的差距，在民用工业上钛的用量也还较小，其原因是钛金属材料的优越性还没有被广泛认识，再加上钛材料昂贵的价格使很多企业不能承受，直接影响了钛材料的推广使用。要使中国的钛工业得到高速发展，必须大力宣传和推广使用钛金属材料，使钛金属材料的优越性和使用钛材料可带来的经济和社会效益广为人知

　　金属钛的用途

　　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；上海第一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，对钛的广泛使用最大障碍是钛很难冶炼。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。