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钛材料行业专题研究之一:“全能金属”的起源、用途和现状
时间:2022-10-12浏览量:658

钛,元素符号为 Ti,在元素周期表中排第22位。在人们的印象中,钛常用于航空航天等高端领域,是一种 “高级”的金属,但其实它早已深入到人们生活的方方面面:你可能每天都在用含有二氧化钛增白剂的牙膏刷牙,住在用添加了钛白粉的涂料粉刷的卧室,用着钛合金做的眼镜框……

由于其良好的耐高温、耐低温、抗强酸、抗强碱、高强度、低密度等特性,钛及钛合金是被公认的替代钢、不锈钢、铜及其合金、铅、镍、锌、石墨、岩石等材料的理想金属,其应用范围已经越来越宽广。因此,钛在金属材料王国中被称为“全能金属”,是继铁、铝之后极具发展前景的“第三金属”、“战略金属”及“空间金属”

但因为钛很难分离,在自然界中找不到它的金属单质,其发现和应用也经历了很长的历程。虽然早在1791年,英国牧师W.Gregor在黑磁铁矿中发现了钛这一新的金属元素,但直到1795年,德国化学家M.H.Klaproth在研究金红石时发现了该元素,才得以正式确定其存在,并以希腊神Titans命名。

在经过了一个多世纪的艰难探索之后,1910年,美国科学家M.A.Hunter首次用钠还原TiCl4制取了纯钛。1940年卢森堡科学家W.J.Kroll用镁还原TiCl4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2吨海绵钛,从此开始了钛的工业化生产。

钛的金属特征

钛金属材料比强度高(强度与密度之比)。钛合金材料虽然强度略低于传统材料合金钢,但其具有密度低的优势,使其比强度高。在追求材料轻质高强的航空航天领域具有非常广泛的应用。

钛金属材料具有优异的耐腐蚀性能。腐蚀是工业设备失效的主要原因。钛元素虽然较为活泼,但是钛合金材料在工作环境下可以在表面形成一层致密的氧化膜,该氧化膜阻断了金属与腐蚀介质的接触,使金属不易被腐蚀,即使由于机械磨损也会很快自愈或重新再生。介质温度在315℃以下钛的氧化膜始终保持这一特性。

钛金属材料无磁无毒,且具有非常好的生物相容性。钛元素本身是人体的组成元素,且与人体组织及血液有相溶性好,对人体基本无伤害,被医疗领域广为应用。

使用温度范围广。新型钛合金可在600℃或更高的温度下长期使用,钛合金TA7和TC4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至-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。

钛金属材料性能仍有提升空间。钛合金是材料研究的热门领域,并且性能提高迅速,现在应用量*大的TC4钛合金抗拉强度约为900MPa,而由西北有色金属研究院研究的新型钛合金TC21抗拉强度已达1200MPa左右。

产品及用途

目前,钛产品主要分为钛白粉、海绵钛和钛加工材三大类,其它产品还包括钛锭、钛粉和钛设备等,可以广泛应用于航空航天、工业生产和民用生产。其中,钛白粉主要成分为二氧化钛,是一种白色颜料,主要应用于涂料、塑料、油墨和造纸等;海绵钛为钛加工材及其他产品的原料,一般为浅灰色颗粒;钛加工材指海绵钛经熔炼形成的钛铸锭,再通过锻造、轧制和挤压等塑性方式加工而成的材料,主要分为钛板材、钛棒材、钛管材、钛铸件等。


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