随着航空航天、汽车轻量化和生物医用资料等行业的急剧发展 ，，，钛锻件、钛棒、钛板等钛合金资料的研 究与利用 也成为 当前资料领域的钻研热点之一。钛合金的密度通常在 4.51g/cm³左右，，，仅为钢的60％，，，但钛的机械强度却与钢相差不多，，，甚至于一些最新研制的钛合金其强度已经超过了部门高强结构钢，，，因而与其他常用结构资料如钢铁、铝等相比，，，钛合金的比强度体现出显著的优 ”；；；钛合金热强度高，，，可在450 ～500℃的温度下持久工作 ；；；抗蚀性好，，，对点蚀、酸蚀、应力侵蚀的抵抗力出格强，，，可在湿润的大气和海水介质中工作 ，，，其抗蚀性远优于不锈钢 ；；；别的对碱、氯化物、硝酸、硫酸等同样拥有优 良的抗侵蚀能力。同时钛合金在低和善超低温下，，，仍能维持其力学机能。如在一253℃前提下，，，TA7仍拥有优良的塑性。因而，，，钛合金还可作为低温结构资料使用。

但 是，，，钛合金的加工制作工艺难度较大。在钛合金 的熔炼、铸造等热加工过程 中，，，钛易跟氢、氧、氮、碳等 杂质 发 生 反映 导致 工 艺质 量难以保 证 ；；；别的 其抗 磨性 差、切 削加工难题 造成其 制作成本 较高，，，利用受到一 定 的限度。只管其在 地壳 中的含量非 常丰硕，，，为 0．63％，，，仅次于氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢，，，在元素散布序列 中排第 10位，，，但钛合金的发展相对于钢铁、铝等还是比力落后的。早在 1791年人们就从矿石如金红石(T iO )和钛铁矿(F eT iO )中发现了钛元素，，，但若何将钛从这些矿石中 提炼出来 ，，，这个问题一向 困扰了人们100余年，，，直 到 1910年才初次制得 纯净钛，，，进而开启了钛材的利用时期。

我 国钛 的蕴藏量在全世界排名第1，，，约占全世界铣总量的48％左右。随着科学技术 的进取，，，我国已形成了从钛矿到钛锭再到钛合金加工的产业链，，，目前钛及其合金已得到了宽泛的利用，，，钛工业以均匀每 年约 8％的增长速度发展 ，，，上 到航空航天 、宇宙飞船，，，下到深！、油井 ，，，钛合金的利用领域越来越宽泛。

一、钛及钛合金的工业化利用

1、航空航天领域

钛锻件、钛棒、钛板等钛合金拥有密度小、比强度高档优异机能，，，因而是一种较梦想 的航 空结构资料 ，，，目前钛合金在航空航天工业中的利用越来越受到人们的青睐。

20世纪 50年 代，，，在航 空 飞机 中仅有后机 身隔热板、导风罩、机尾罩等为数不多的非承力构件选取钛合金制作 ；；；自60年代起，，，中机身中的隔框、梁、襟翼滑轨等重要承力构件也逐步用钛合金来包办结构钢。就 目前的趋向来看，，，越是先进 的新型飞机，，，越是宽体飞机 ，，，钛用量越大。美 国 1970年起头服役的C 一5钛合金 的密度为6％，，，之后 的C 一17增至 10.3％，，，2006年后，，，美国第 4代战斗机F22的用钛量高达 39％～41％。我 国在钛 合金的钻研与利用方面也获得 了长足的进取。20世纪 60年 代 投产 的歼一7飞机 的钛零件质量只有 9k g ，，，80年代出产的歼一8Ⅱ型的钛零件质量达到93kg。2002年设计定型 的昆仑涡喷发起机 ，，，钛用量提高至 15％，，，我国第 1台涡扇发起机钛用量提高到 25％。

20世 纪 70年代 起，，，民用 飞机 上起头大 量使 用钛 合金，，，如一架 波音787用钛量高 达 136t，，，占全 机质量 的15％ 。除此之外 ，，，航天工业 中的压力容器、燃料贮箱、紧固件、火箭壳体等也起头使用钛合金来制作。

2 、船舶领域的利用

钛属于化学性质较活跃的元素，，，与氧的亲合力大 ，，，搁置于空气中时与氧产生反映在其理论天生一层致密的TIO2；；；つぃ，，使钛合金免于外来介质的侵蚀。因而，，，钛合金拥有优良的耐侵蚀性，，，能够在 酸、碱及氧化性介质中体现出 优良的化学不变性 ，，，耐侵蚀性优于现有 的不锈钢及大部门有色金属，，，甚 至可 与铂 比美。纯钛的硬度或许在H V 150左右 ，，，并不算高，，，但参与所金元素后硬度提高极度 显著，，，如T A4的理论硬度大体为H R C30，，，超过了通例的不锈钢及通常碳钢资料 ，，，若是对其理论处置 ，，，则能够超过H R C60 ；；；在 低和善超低温前提下，，，钛依然维持其原有的机能，，，强度与硬度维持在较高的水平，，，因而钛合金极度适合于制作舰船零部件。如以钛合金为主制作的潜艇，，，可接受4 500m 的深度而不败坏，，，而通常钢铁潜艇的这个指标约为300m。

20世纪60年代起头 ，，，好多国度就起头着手钻研将钛合金利用到舰船工业上 ，，，如美 国、俄 罗斯、日本、中国、英国、法国和德国等国。

钛合金拥有怪异的物理机能(蕴含磁机能)、较高的比强度 以及抗冲击机能 优异的耐侵蚀机能和耐冲刷侵蚀机能等使其在舰船上得到了宽泛的利用，，，出格是美俄等军事强国，，，钛合金 的钻研 显著当先于世界。如俄罗斯是世界上最早研制和使用船用钛合金的国度，，，目前已构建 了系统的船用钛合金系列 ，，，研制开发了分歧系列强度级此外钛合金产品，，，已被成功利用于船体、船机、动力装置等舰船上的零部件及相应设备 中，，，钛 以及钛合金产品的出产工艺 已经较为成熟 ；；；美国对舰船用钛合金的钻研也较多 ，，，其 以航空用钛合金为基础进行改进，，，在核动力航母、导弹巡洋舰、导弹护卫舰等分歧船体上 的舰船的海水冷却系统、海水系统和灭火系统、结构件 、推动器等，，，均使用了高机能钛合金。

我国从 20世纪 60年代起头加强了对船用钛合金的钻研。几十年来，，，船用钛合金的钻研及利用水平获得了显著的成就，，，已经形成了较齐全的船用钛合金系列，，，根基满足了水师舰艇、潜艇以及深潜器等对分歧强度钛合金的要求。如屈服强度在 490MPa以下的低强钛合金，，，拥有优异的塑性，，，如Ti31钛棒等用于制作热互换器、冷凝器等；；；490～790MPa之 间 的 中 强 钛 合 金，，，如ZT i60用于制作各类耐压系统铸件 ；；；高于790MPa的高强钛合金，，，也已利用于螺旋桨、高压容器、弹射装置等船舶动力工程中的耐热耐蚀部件。

近年来，，，为进一步提高我国水师设备水平，，，我国极度器重舰船领域的新资料钻研与开发，，，钛合金的特殊机能使其在舰船领域拥有极度辽阔的利用远景 。

3、化工领域

钛拥有优良的耐侵蚀性，，，是化学工业出产等侵蚀介质作用前提下所使用设备中重要的结构资料之一。选取钛合金包办不锈钢、镍基合金和其他罕见金属等，，，可有效降低运营成本、耽搁设备使用寿命等，，，对提高产品质量、节能降耗等方面都有极度重要的意思。

近年来，，，我国化工领域的钛合金资料重要用于蒸馏塔、反映器、压力容器、热互换器、过滤器、丈量仪器、汽轮机叶片、泵、阀、管道、氯碱出产电极、合成塔内衬及其他耐酸设备内衬等。

(1) 氯碱 工业 中的利用

由于氯碱工业中是用电解饱和氯化钠NaCL溶液的步骤来制取氢氧化钠(NaOH)等，，，并进一步出产系列化工产品的工艺过程，，，因而其对预防侵蚀的要求是很高的，，，因而钛合金资料在氯碱工业中的利用需要还是极度大的。目前氯碱工业中，，，已经选取钛合金资料制备的设备有湿氯冷却器、阳极电解槽、脱氯塔加热管、真空脱氯用泵等。如食盐电解出产烧碱的工艺过程中产生大量温度为75 - 95℃的高温湿氯气，，，严重传染环境 ，，，使用了钛合金制作的湿氯气冷却器包办石墨冷却器，，，获得优良的成效，，，有的使用寿命超过20年。

(2) 钛合 金 材 料在 纯碱 工 业 中也 获得广 泛的利用纯 碱 是 最 基 本 的 化工 原 料 之一，，， 其出产工艺重要是合成碱法 ，，，蕴含氨碱 法和联碱 法等。无论 哪种工艺步骤，，，多 以氨气(NH₃)和二氧化碳(CO₂ )为气体介质，，，液体介质则多为氯离子(C l一)浓度较高的溶液。以前制作碳化塔 管、冷却器、结 晶外冷器等主体 设备大 都使用碳 钢、铸 铁资料，，，反映塔侵蚀严重 ，，，泄漏景象时常产生。而选取钛合金资料后产生了很大的变动，，，如大连化学工业股份有限公司碱厂购置了宝鸡有色金属加工厂的TA2管包办氨冷凝器 内铸铁管，，，投产使用 14年未发现侵蚀泄露景象，，，耽搁了使用 寿命 。

4、高端油井管领域的利用

自埃德温 ·德雷克 1859年在宾州泰特斯维尔钻出第一 口油井后，，，石油工业迅猛发展 ，，，目前石油天然气已取代煤 炭成为人类使用 比例最大的能源。管材是油气钻采中亏损最大的物资，，，不仅用量大、花钱多，，，更重要的是其质量对石油工业关系重大 ，，，直接影响到油气井的单井寿命，，，进而影响到石油工业的整体效益。

随着 现 代钻 采技 术 的发展 ，，，我国石油钻探起头 向更深、前提更刻薄的油气井发展。通常材质油井管 已无法满足需要，，，随着开采深度的进一步加深，，，油井管服役环境扩大至高温高压、高C O 、硫化氢 (H ：s )、C l一等侵蚀介质共存的极端刻薄前提 。

传统高端抗侵蚀油井管的原资料普遍选取镍基合金，，，但是近两年，，，镍基合金的局限f生逐步显露，，，价值昂贵且重，，，在某些刻薄环境下，，，好比抗硫磺侵蚀，，，它就无法抵抗。而钛合金轻，，，且抗侵蚀性更好。天津钢管集团通过大量尝试，，，以钛为基体，，，增长一些合金元素保障圭『 谪 蚀性的同时提高强度、韧性，，，别的通过改进机加工技术，，，设计出切合钛合金个性的特殊螺纹丝扣，，，保障油管衔接的密封性，，，钢管集团研发出产的钛合金油管所利用的下井深度超过6300m ，，，成为全球首家开发钛合金油管并利用于超深高含硫油气田的出产企业。

二、钛及钛合金在民用生涯中的利用

钛及钛合金不仅是航 空航 天工业中不成短缺的结构资料，，，在造船、化工、石油开采等方面也获得了宽泛的利用。目前正逐步开发利用于生物医疗、眼镜、首饰、手机、电脑等 民用行业，，，每年均以肯定的速度不休地增长。

1、生物医疗领域

钛是梦想的医用金属资料，，，拥有 优良的生物相容性。美国早在 20世纪 80年代 中期便起头研制不含铝、钒等元素、拥有生物相容性的钛合金，，，将其用于矫形术。当前钛合金资料重要用于制作植入人体内的医疗器件、假体某人为器官以及辅助医治设备的钛合金。

从20世纪70年代起，，，我国对生物医疗用钛及钛合金的钻研获得了显著功效，，，目前已能够用钛合金资料制作医疗器械，，，人造髋关节、膝关节、肩关节、胁关节、头盖骨，，，自动心瓣、骨骼固定夹 。

如钛合金烤瓷牙，，，其强度高、价值 低，，，是 目前 国 内使用 较为普遍 的一种烤瓷牙。钛合 金烤瓷牙，，，外形美观，，，色泽不变，，，能很好地复原牙体状态和职能，，，尤其适合于对镍离子敏感的人群 ，，，能够预防牙龈出血和玄色牙龈景象 的产生，，，此外它 的耐侵蚀性也很强，，，不容易变黑。此种资料生物相容性优于非贵金属烤瓷牙 ，，，使用寿命可长达 10年 。

2、眼镜行业中的利用

钛金属 日渐成为一种新型的眼镜架资料。用钛合金制作的眼镜架，，，硬度高 ，，，且柔韧性好，，，切合人体工程学、弹性好、持久使用不变形、不褪色、触感温润 柔滑，，，没有其 它金属 眼镜架 的寒冷感，，，钛材对 人体无毒 ，，，无任何辐射。另 外，，，钛可 以与镍 天生“记 忆合金”，，，即影象钛合金，，，这种 眼镜架产生变形后，，，在特定的温度下用水进行洗濯 ，，，即可恢复原状。钛金属镜架 的出产工艺要求很高 ，，，不仅加工工序多，，，并且必要专用的加工设备以及特殊的焊接技术和 电镀工艺，，，所以相对其他金属、板材或塑料眼镜架来说钛金属镜架价值较高。但随着人们生涯水平的提高，，，钛金属镜架的需要也越来越大 ，，，必要宽大科技工作者不休钻研与开发各类新的工艺技术 ，，，改进出产加工工艺，，，使其为更多人所接受。

3、首饰行业中的利用

比起 黄金、铂金等贵金属 ，，，钛作为新型首饰用材不仅价值上 占有绝对优势 ，，，其他方面的优势也不成小觑。①轻，，，钛合金的密度为黄金的27％，，，在制作耳坠、项链等首饰时优势显著，，，可设计加工一些体积大且造型怪异的特殊饰品。②钛的耐侵蚀性较好，，，钛理论所天生的氧化膜极其齐全致密，，，部门遭到粉碎后 ，，，瞬间会 自行 修复 ，，，不影响其外观。③优良的生物相容性 ，，，人持久接触后不会造成过敏，，，尤其对金属过敏的人可安心佩带。④钛能着色，，，可通过扭转氧化膜的厚薄水平来扭转色彩，，，无需外加元素。此刻可做的色彩有金、黑、蓝、褐、花等，，，色彩时尚。⑤钛硬度高 ，，，不易变形，，，不象通常金银首饰佩带一段功夫后必要重新整形。

三、发展趋向及克服的难题

钛及钛合金虽 已获得了显著的发展 ，，，但由于其工艺机能较差 ，，，钛的提炼与加工制作成本相 当高 ，，，从而限度了其合金系统的发展与利用领域。

1、加工工艺有待改进

由于钛在高温下的化学 活性很高 ，，，极容易被氧、氮、碳等元素传染 ，，，因而钛合金的加工制作过程要求是极度高的。因而 ，，，钛合金资料的制作成本极度昂贵 ，，，利用领域受到限度，，，目前大多用在飞机结构、航空器 ，，，石油和化学工业等高科技行业。

钛 合金 的 刚性差、导 热性差 造成部门 高温而产 生粘刀 等，，，因而加工工艺过程较作难题。通常钛合金的加工性只有 45钢 的20％～40%，，，硬度< H B300，，，粘 刀 严重 ；；；H B > 370又太硬 加工 难题 。别的钛 的化学 活跃性高 ，，，很容易与气体杂质 化合。温度超过 600℃时，，，钛被 氧化成脆化 层，，，即所 谓“组 织 化 层”；；；与 氢产 生氢 脆性 ；；；与氮在高温下形成硬而脆的氮化钛(x iN )，，，加剧刀具磨损。别的，，，钛合金可与刀具资料 的元素产生化学结合，，，造成严重的粘结磨损。

若何进一步开发钛合金的提纯与合金化工艺，，，并优化机械加工伎俩，，，进一步降低钛合金产品的制作成本 ，，，是能否促使钛合金宽泛利用的关键。

2、高附加值的高端产品的研发

目前钛合 金加工企业 中同样存在 着技 术水平 不高、产能过 剩等景象，，，因而必要企业加大创新力度，，，出产高附加值 的高端产品为企 业提供强有力 的竞 争。2016年 12月初 ，，，青海聚能钛出产的重达 20t的钛锭成为全国甚至整个亚洲范 围内规格最大的单体钛锭，，，并在此基础上试制成功了50Om m 厚超 大规格 铸锭 ，，，可直 轧为200mm卷带板坯 ，，，进而直接轧制出大于 1.8m 宽度 的宽幅板，，，从而颠覆 了传统的轧制工艺，，，添补了国际技术空缺。该技术大大缩短了加工周期，，，削减了加工环节 ，，，提高成材率 ，，，降低加工成本，，，扩大产品竞争优势。

3、行业尺度

钛合金及其产品的制作过程要求较高，，，并且对出产设备及加工设备要求也很高，，，产品的质量节制也存在肯定的难度，，，所以目前钛材的利用还不足规范的行业尺度。这就意味着钛合金及其产品的质量节制无法达到统一的要求，，，以至产品质量参差不齐，，，这对钛合金的利用领域的扩大是极为不利的。

四、结语

钛合金的发展远景能够用光明与开 阔来形容。由于其 拥有优异的性 能 ：高的 比强度 ，，，低密度 ，，，抗侵蚀等 ，，，在好多领 域都有利用 ，，，如 ：航空、军事、船舶、石油化工等，，，别的由于钛合金与人体拥有很好的兼容性，，，医用方面获得了极度迅速发展。

钛合金的各种利益着实吸引了人们的眼球，，，但其昂贵的价值又让人们不得不望而生畏，，，利用受限。相信随着钛冶炼技术与钛合金加工工艺的改进和提高，，，钛及钛合金产品的种类

及其质量节制水平将得 到进一步的扩大，，，其利用领域也将扩大 ，，，出格是民用行业，，，像餐具、饰 品、手机、电脑、拐杖等民用休闲用品，，，只有人们有所需要，，，都能得到实现。

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