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鈦金屬材料的廣泛應用領域
2020-09-02
鈦是英國科學家格內戈爾于1791年首先從鈦鐵礦石中發現的，1795年德國化學家克拉普洛特也從金紅石中發現了這一元素，并命名為“鈦”。由于鈦的化學活性高，在它被發現的120年后的1910年才首次提煉出金屬鈦，1940年用鎂還原法制得了海綿鈦，從此奠定了鈦的工業生產方法的基礎。 鈦在地殼中的儲量非常豐富，它僅次于鐵、鋁、鎂，居第四位，比常用金屬銅、鎳、鉛、鋅的總和還多十幾倍。工業上用來生產鈦的礦石有金紅石、鈦鐵礦和鈦磁鐵礦。金屬鈦具有很多優良的性能：鈦的比重為4.5g／cm3，僅為普通結構鋼的56％，而強度與普通結構鋼相當或更高，在金屬結構材料中，鈦的比強度是最高的。鈦的熔點為1668℃，比鐵、鎳稍高，比鋁、鎂的熔點高1000℃以上。因此，作為輕金屬結構材料，鈦合金具有比鋁、鎂合金好得多的熱強性，最高使用溫度可達600℃。 鈦在氧化性氣氛中極易在表面與氧形成一層堅固的氧化物薄膜，是其在氧化性酸、堿、鹽介質，特別是在濕氯氣和海水中，具有優異的抗腐蝕性能。 鈦具有同素異構的結晶構造，885℃以上為密排六方晶格的β相，以下為體心立方晶格的α相。因此，加入不同的合金元素后，鈦合金可分成α－、β－和α＋β三類。鈦的同素異構性使其在加入不同合金元素時能得到性能截然不同的合金和具有大的熱處理效應。鈦的膨脹系數為8.2×10－6／℃，較一般結構金屬小，在急冷急熱時應力小，適于在溫度變化的環境中使用。鈦具有好的韌性和抗疲勞性能，焊接性能也很好。鈦的低溫性能好，在－196℃下，也不呈現低溫脆性，這些性能都非常適合結構運用。 鈦的導熱系數小、無磁，某些鈦合金還具有超導性能、記憶性能和貯氫性能等功能。由于鈦所具有的一系列優良性能，資源又很豐富，鈦的工業生產問世后，立即受到世界普遍高度重視。1947年美國率先實現海綿鈦生產工業化，當年生產2噸海綿鈦，1957年就發展到15000多噸。日本在1952年、前蘇聯在1954年均相繼開始了海綿鈦的生產。中國也于1958年開始了海綿鈦的試生產，現在已形成了完整的鈦工業體系。當前，世界上有鈦工業的國家主要是美國、獨聯體、日本、英國、中國和德國。 鈦的應用首先是從軍工和航空工業開始的。早在1951年美國就將鈦材用于飛機上，到1961年美國用于飛機制造的鈦材達3940噸，占鈦材總用量的77％，如果加上導彈和空間技術用鈦，占鈦材用量的95％。前蘇聯、英國的鈦材也主要用在軍事和航空工業。進入70年代后，鈦的優良性能逐步在民用工業中得到普遍認識，鈦在冶金、化工、電力等民用工業上的應用逐年增加，用量也穩步增長。現在，美國非宇航用鈦已超過30％，獨聯體為50％，日本由于歷史原因，鈦材幾乎全部用于民用工業。 中國是一個鈦資源十分豐富的國家，經過幾十年的發展，目前已形成從鈦礦、海綿鈦、鈦冶煉和鈦材生產、鈦設備制造的整體工業體系。中國的鈦工業同樣是為航空而興起的，我國在上世紀80年代確定了大力推廣鈦材民用的方針，國家又適時地采取了扶持的政策，鈦工業才走上了穩定發展的道路。但是，目前中國鈦工業的規模和鈦材的產量與世界發達國家還有很大的差距，在民用工業上鈦的用量也還較小，其原因是鈦金屬材料的優越性還沒有被廣泛認識，再加上鈦材料昂貴的價格使很多企業不能承受，直接影響了鈦材料的推廣使用。要使中國的鈦工業得到高速發展，必須大力宣傳和推廣使用鈦金屬材料，使鈦金屬材料的優越性和使用鈦材料可帶來的經濟和社會效益廣為人知。 |