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完美的钛金属

浏览次数: 日期:2012.3.28

  如果说钢是19世纪风光一时的金属,铝、镁是20世纪流行世界的金属,那么钛就是本世纪金属中的宠儿!

  人们早在1789年就在钛磁铁矿中发现了二氧化钛(TiO2),但是由于钛的熔点很高(约1660℃),必须在高温下冶炼,而高温下钛的化学性质又很深入浅出,因此冶炼钛特别困难,人们也一直将钛称为“稀有金属”。其实呢,正好相反,钛是地壳中含量较多的元素之一,约占地壳重量的0.6%,位居第力九位,是铜的80倍,银的6万倍,而钛资源在常用金属中则仅将于铁、铝、镁(其在地壳中的含量分别为8.13%、5%、2.1%)而列居第四位。

  一直到20世纪50年代左右,人们终于找到了适用于钛合金的冶炼工艺及设备——真空自耗电极电弧炉,这样才使得钛开始走向工业化的生产。不过,最初的产量很少,直到20世纪80才有圈套的发展,就金属的应用来说,钛可以说是名副其实的“小弟弟”!

  可是这个小弟弟却具有不寻常的综合优点,是一个人见人爱的“多面手”。它比钢轻得多(密度只有钢的60%左右),但比钢和铝更加结实(以同等重量而论),而且能抗腐蚀、耐高温、碉低温,还无磁、无毒、具有记忆功能等等。因为集如此众多的优点于一身,因此,钛被人们称为是继铁、铝之后的”第三金属。”

  钛可以广泛应用于航空领域。目前蓝天上飞行的飞机很多老师用铝合金制造的。但是,当飞机的速度达到两倍音速时,机身的温度会比一倍音速的飞机高大约100℃;汉速度达到3倍音速的时候,机身温度又会高出200℃,达到大约300℃,这里铝合金的强度将会大大降低,如果强行飞行,铝合金飞机会在空中碎裂,发生十分可怕的空难事故。所以,人们一般将飞机速度达到音速2~3倍的区域看作是难以逾越的“热障”。那么,能不能越过这个障碍呢?能!倡用铝合金做机身是不行的,必须寻找更加优异的材料,而钛合金就是这些新型材料中的佼佼者。钛合金在温度达到550℃时,强度仍无明显的变化,所以它能胜任飞机以3~4倍音速下的飞行。

  更可贵的是,钛合金还同时具有优异的耐低温性能,可在-196℃~-253℃的低温下保持较好的延伸性和韧性,特别适合于太空一干二净对材料的要求。因此,钛又被称为“太空金属”,广泛应用于人造卫星的外壳、航天飞机的骨架和蒙皮、卫星的登月舱及推进系统等,美国“双子星座”宇宙飞船座舱几乎全部用钛制成。

  另外,由于钛具有极好的耐腐蚀性能,在相关有重要的应用。钛是目前能大量生产的、几乎不被海水腐蚀的金属之一,是舰船、海洋工程理想材料。比如,俄罗斯的台风级核潜艇每艘用钛就达到9000吨,不仅能增加潜水深度,而且可提高航行速度。钛还被大量用于海洋石油开采和海滨电站。因此,钛又被称为“海洋金属”。钛的耐腐蚀性能,更令它能在化工领域大显身手。现在,各种钛制设备已经广泛地应用到氯碱、纯碱、尿素、盐等各种制造行业,为这些行业带来了显著的经济效益。

  而且,钛无毒、无磁性的特性,钛合金的弹性模量和人体骨骼的弹性模量相近,与人体具有很好的相容性,因此又被称为“生物金属”。用钛片和钛螺丝治疗骨折,有意想不到的效果,只要过几个月,新骨和肌肉就会和钛片结合起来。因此,钛是理想的人体牙科植入物和人工关节材料。

  钛还是记忆合金家庭的重要组成成员,镍钛合金就是人们最早发现具有记忆疚的合金,这种合金能“记住”自己的天头,汉它受到外力而变形后,只要给予相应温度,又能“故态复萌”,恢复原形。而且由于含有钛,它的强度也很高。因此,这种合金成为用途最广的开关记忆合金,直到今天,它仍是性能最好的开形状记忆合金之一。

  另外,作为结构霉烂,钛由于比(强度与密度之比)很高,在很多要求轻型、耐重荷的场合下,比钢铁这种传统的结构材料更有优势。比如,我国正在兴建的国家大剧院,其开的屋顶就采用了钛——不锈钢复合板,开了我国在建筑领域使用钛的先河。钛在美国车早已应用于建筑行业,又如,1984年开日本东京电力博物馆就采用了钛板作为屋顶,面积达750平方米,共用钛材1吨。

  钛的出现,将金属材料的使用带入了一个崭新的时代。钛的优异性能使其成为“智慧金属”和“全能金属”,钛的未来可以说前途无量。

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