随着航空航天、汽车(che)轻(qing)量(liang)化(hua)和(he)生(sheng)物医用材料等(deng)行业的(de)快速发(fa)展(zhan)，钛合金材(cai)料的(de)研究与应(ying)用也(ye)成(cheng)为(wei)当前材料(liao)领域(yu)的(de)研(yan)究(jiu)热点(dian)之(zhi)一。钛(tai)合金(jin)的密(mi)度(du)一(yi)般(ban)在4.51g/cm3左(zuo)右(you)，仅为钢的
60％，但(dan)钛(tai)的机(ji)械强度却与(yu)钢(gang)相差(cha)不多(duo)，甚至(zhi)于(yu)一(yi)些最新研(yan)制的(de)钛(tai)合(he)金其(qi)强(qiang)度(du)已经超过了部分(fen)高(gao)强结(jie)构(gou)钢，因(yin)此与其(qi)他(ta)常用结构(gou)材料如钢铁(tie)、铝等(deng)相(xiang)比(bi)，钛合金的比强(qiang)度(du)体现(xian)出(chu)明显(xian)的(de)优势(shi)；钛合金(jin)热(re)强度(du)高(gao)，可在(zai)450～500℃ 的(de)温(wen)度(du)下(xia)长(zhang)期(qi)工作；抗(kang)蚀性好(hao)，对(dui)点(dian)蚀、酸蚀(shi)、应(ying)力(li)腐(fu)蚀的(de)抵抗力特别(bie)强(qiang)，可(ke)在潮湿的(de)大(da)气和海(hai)水(shui)介(jie)质中(zhong)工(gong)作(zuo)，其(qi)抗蚀(shi)性(xing)远(yuan)优于(yu)不锈钢；另外(wai)对碱、氯化(hua)物、硝酸(suan)、硫酸(suan)等同样(yang)具有(you)优良的抗(kang)腐蚀能(neng)力。同时钛(tai)合金在(zai)低温(wen)和超(chao)低温(wen)下(xia)，仍(reng)能保(bao)持其(qi)力学性(xing)能(neng)。如在-253℃条件(jian)下，TA7仍(reng)具(ju)有良好(hao)的(de)塑性。因此(ci)，钛合金(jin)还可(ke)作(zuo)为(wei)低(di)温结构材(cai)料使用。
但是，钛(tai)合金的加(jia)工制(zhi)造工(gong)艺难(nan)度(du)较(jiao)大。在钛(tai)合(he)金(jin)的熔炼(lian)、铸造(zao)等(deng)热加工过(guo)程(cheng)中(zhong)，钛易(yi)跟(gen)氢(qing)、氧(yang)、氮、碳等(deng)杂质(zhi)发(fa)生(sheng)反(fan)应导(dao)致(zhi)工(gong)艺质量难以保证(zheng)；另外其抗(kang)磨性(xing)差(cha)、切(qie)削(xue)加(jia)工困难造(zao)成(cheng)其(qi)制(zhi)造成(cheng)本较高(gao)，应(ying)用(yong)受到(dao)一定的限制。尽管其(qi)在(zai)地壳(ke)中的(de)含(han)量(liang)非(fei)常(chang)丰(feng)富，为0.63％，仅(jin)次(ci)于氧(yang)、硅(gui)、铝(lv)、铁(tie)、钙(gai)、钠(na)、钾(jia)、镁(mei)、氢，在(zai)元素(su)分布(bu)序(xu)列中排(pai)第(di)10位(wei)，但(dan)钛(tai)合金(jin)的发(fa)展相(xiang)对于钢(gang)铁(tie)、铝(lv)等还是比较(jiao)落(luo)后的(de)。早(zao)在(zai)1791年人(ren)们(men)就(jiu)从矿石如(ru)金红石(TiO )和(he)钛(tai)铁(tie)矿(FeTiO )中发(fa)现(xian)了钛(tai)元(yuan)素(su)，但(dan)如(ru)何(he)将(jiang)钛从(cong)这(zhe)些(xie)矿石(shi)中(zhong)提炼(lian)出来(lai)，这个问题(ti)一(yi)直(zhi)困扰了人们100余(yu)年(nian)，直(zhi)到(dao)1910年才首次制得纯净(jing)钛(tai)，进(jin)而(er)开(kai)启了(le)钛材的(de)应用时代(dai)。
我国钛(tai)的(de)蕴(yun)藏量在(zai)全世(shi)界(jie)排(pai)名(ming)第(di)1，约占全(quan)世(shi)界铣(xi)总量(liang)的48％左(zuo)右。随(sui)着(zhe)科(ke)学技(ji)术的(de)进步，我国(guo)已形成(cheng)了(le)从钛(tai)矿(kuang)到钛锭(ding)再(zai)到(dao)钛合金加工的产业(ye)链，目(mu)前(qian)钛(tai)及(ji)其合金(jin)已(yi)得到了广(guang)泛的(de)
应(ying)用，钛(tai)工(gong)业以平(ping)均(jun)每(mei)年(nian)约8％的增(zeng)长速度发(fa)展，上到航空(kong)航天(tian)、宇(yu)宙飞(fei)船，下(xia)到深海、油(you)井(jing)，钛(tai)合(he)金(jin)材(cai)料(liao)的(de)应用领(ling)域(yu)越(yue)来(lai)越广泛。
一、钛(tai)及(ji)钛(tai)合金(jin)的(de)工业(ye)化应(ying)用
1、航(hang)空航天(tian)领域(yu)
钛合金(jin)具有密度小、比(bi)强度高(gao)等(deng)优异性能(neng)，因(yin)此是(shi)一种较理(li)想的航(hang)空(kong)结(jie)构(gou)材(cai)料，目(mu)前(qian)钛(tai)合(he)金(jin)在航(hang)空航(hang)天工业(ye)中的(de)应用越(yue)来(lai)越(yue)受(shou)到(dao)人(ren)们(men)的(de)青(qing)睐(lai)。
20世纪50年代(dai)，在(zai)航空(kong)飞机中(zhong)仅有(you)后(hou)机(ji)身隔(ge)热(re)板、导(dao)风罩(zhao)、机尾罩等为(wei)数(shu)不(bu)多(duo)的非承(cheng)力构(gou)件采用(yong)钛(tai)合金制(zhi)造(zao)；自60年(nian)代(dai)起，中机身中(zhong)的隔框(kuang)、梁(liang)、襟翼(yi)滑(hua)轨等(deng)重(zhong)要承力(li)构件(jian)也逐
渐(jian)用(yong)钛合金来(lai)代替(ti)结(jie)构钢。就目前的(de)趋(qu)势(shi)来看，越(yue)是先进的新(xin)型(xing)飞(fei)机，越是宽(kuan)体(ti)飞机，钛用量(liang)越(yue)大(da)。美(mei)国1970年开(kai)始(shi)服(fu)役的C一(yi)5钛合金(jin)的(de)密度为6％，之(zhi)后的C一(yi)17增(zeng)至10.3％，2006年后(hou)，美(mei)国第4代(dai)战斗(dou)机(ji)F22的(de)用钛量(liang)高达(da)39％～41％。我国(guo)在钛(tai)合金的(de)研究与应用方(fang)面也取(qu)得了长足的进步。20世纪(ji)60年(nian)代投(tou)产(chan)的歼(jian)一(yi)7飞(fei)机的(de)钛(tai)零件质(zhi)量只(zhi)有9kg，80年(nian)代生(sheng)产的歼(jian)一8Ⅱ型的钛零件质量(liang)达到93kg。2002年(nian)设计定(ding)型的(de)昆(kun)仑(lun)涡喷(pen)发动(dong)机，钛(tai)用量提(ti)高至15％，我(wo)国第1台(tai)涡扇发(fa)动(dong)机钛用量提(ti)高(gao)到(dao)25％。
20世纪(ji)70年代(dai)起(qi)，民(min)用(yong)飞机上开始大量(liang)使(shi)用钛合(he)金，如一架波音(yin)787用(yong)钛量高达136t，占(zhan)全(quan)机质(zhi)量(liang)的(de)15％ 。除此之外(wai)，航(hang)天(tian)工业中的(de)压(ya)力容器、燃(ran)料(liao)贮箱(xiang)、紧(jin)固(gu)件(jian)、火箭(jian)壳(ke)体(ti)等(deng)
也开始(shi)使(shi)用(yong)钛合(he)金来制造(zao)。
2、船舶领域(yu)的应(ying)用
钛(tai)属(shu)于(yu)化(hua)学性质较(jiao)活(huo)泼(po)的(de)元(yuan)素(su)，与氧(yang)的亲合力大(da)，放(fang)置于空气(qi)中时与(yu)氧发(fa)生反应(ying)在其(qi)表(biao)面生(sheng)成(cheng)一(yi)层(ceng)致(zhi)密的TiO2保护(hu)膜(mo)，使钛合金(jin)免于外来(lai)介(jie)质(zhi)的(de)腐蚀。因(yin)此(ci)，钛(tai)合(he)金具有(you)良(liang)好的(de)耐(nai)
腐(fu)蚀性，可以(yi)在(zai)酸(suan)、碱(jian)及(ji)氧(yang)化性介质(zhi)中体(ti)现(xian)出良好(hao)的化学稳定性(xing)，耐(nai)腐(fu)蚀性(xing)优于(yu)现有的(de)不锈(xiu)钢及(ji)大(da)部(bu)分(fen)有(you)色金属(shu)，甚(shen)至可(ke)与铂(bo)比(bi)美(mei)。纯(chun)钛的(de)硬度大概在HV150左右(you)，并(bing)不(bu)算(suan)高，但(dan)加(jia)入(ru)合(he)金(jin)元(yuan)素(su)后(hou)硬度(du)提高(gao)非常(chang)明显，如(ru)T A4的表面硬度(du)大(da)致为HRC30，超过(guo)了常(chang)规(gui)的不(bu)锈(xiu)钢及普通(tong)碳钢(gang)材(cai)料，如(ru)果(guo)对(dui)其表面处理(li)，则(ze)可(ke)以(yi)超(chao)过HRC60；在(zai)低(di)温和超(chao)低温(wen)条件(jian)下(xia)，钛(tai)依(yi)然保持(chi)其(qi)原(yuan)有的性(xing)能，强度(du)与(yu)硬(ying)度维(wei)持在(zai)较高(gao)的(de)水平，因(yin)此钛(tai)合(he)金(jin)非常适(shi)合(he)于制作舰(jian)船零(ling)部(bu)件。如以钛(tai)合(he)金为(wei)主制(zhi)造的潜(qian)艇(ting)，可承受4 500m的深度(du)而不损坏(huai)，而(er)一(yi)般钢铁(tie)潜艇(ting)的这个指标约为300m。
20世(shi)纪60年(nian)代(dai)开始，很(hen)多(duo)国(guo)家就(jiu)开(kai)始(shi)着手研究(jiu)将钛(tai)合金应(ying)用(yong)到(dao)舰船工(gong)业上，如(ru)美(mei)国(guo)、俄(e)罗斯、日(ri)本(ben)、中(zhong)国(guo)、英国(guo)、法国和(he)德国(guo)等(deng)国。
钛合金具有独(du)特(te)的(de)物(wu)理(li)性能(neng)(包括(kuo)磁性(xing)能)、较高的比强度(du)以(yi)及(ji)抗(kang)冲(chong)击性(xing)能(neng) 优异(yi)的(de)耐腐(fu)蚀性能(neng)和耐(nai)冲(chong)刷(shua)腐(fu)蚀(shi)性(xing)能(neng)等使其(qi)在(zai)舰船上得到(dao)了广泛的应(ying)用(yong)，特(te)别是(shi)美(mei)俄(e)等军事强(qiang)国，钛合金
的(de)研(yan)究(jiu)明显(xian)领先于世(shi)界(jie)。如俄罗斯是世(shi)界上最(zui)早(zao)研制(zhi)和(he)使用船用(yong)钛合金的(de)国家，目前已构建(jian)了(le)系统的船用钛(tai)合金(jin)系(xi)列，研制(zhi)开发了(le)不(bu)同(tong)系列强(qiang)度级别的(de)钛合(he)金产(chan)品(pin)，已被成(cheng)功应(ying)用于船体、船机、动力装(zhuang)置等(deng)舰(jian)船上的零(ling)部(bu)件(jian)及相应(ying)设备(bei)中(zhong)，钛以(yi)及(ji)钛(tai)合金产品(pin)的(de)生产工(gong)艺已(yi)经(jing)较为成(cheng)熟；美国对舰(jian)船用钛(tai)合(he)金(jin)的(de)研究(jiu)也较多(duo)，其(qi)以(yi)航空用钛合(he)金(jin)为基础进(jin)行(xing)改良(liang)，在核(he)动(dong)力航母、导(dao)弹巡(xun)洋舰、导(dao)弹护卫(wei)舰(jian)等(deng)不同(tong)船(chuan)体上的舰(jian)船(chuan)的(de)海(hai)水冷(leng)却(que)系(xi)统、海(hai)水(shui)系统和灭火(huo)系统、结(jie)构(gou)件、推(tui)进器(qi)等(deng)，均使(shi)用了(le)高(gao)性能钛合金(jin)。
我(wo)国从(cong)20世(shi)纪60年(nian)代开始加强了(le)对(dui)船(chuan)用(yong)钛合金(jin)的研(yan)究。几十年(nian)来(lai)，船用钛(tai)合(he)金的(de)研究及(ji)应用(yong)水(shui)平(ping)取(qu)得(de)了(le)显著(zhu)的成果(guo)，已(yi)经(jing)形(xing)成(cheng)了较完整的船(chuan)用(yong)钛(tai)合金系列(lie)，基(ji)本满足了海(hai)军舰艇(ting)、潜(qian)艇以及深潜(qian)器(qi)等(deng)对不(bu)同强(qiang)度钛(tai)合(he)金(jin)的要(yao)求。如(ru)屈服强度(du)在490MPa以下(xia)的(de)低强(qiang)钛(tai)合(he)金，具(ju)有优(you)异(yi)的塑性(xing)，Ti31等用于(yu)制(zhi)造(zao)热交换器、冷(leng)凝(ning)器(qi)等(deng)；490～ 790MPa之(zhi)间的中强钛合金(jin)，如ZTi60用于(yu)制造(zao)各种(zhong)耐(nai)压系(xi)统铸(zhu)件(jian)；高(gao)于790MPa的(de)高(gao)强钛(tai)合金，也已应用于(yu)螺旋桨(jiang)、高(gao)压容器、弹(dan)射(she)装(zhuang)置(zhi)等(deng)船舶(bo)动力(li)工程(cheng)中的(de)耐(nai)热(re)耐(nai)蚀部(bu)件”。
近年(nian)来(lai)，为(wei)进一(yi)步(bu)提(ti)高(gao)我国海军(jun)装(zhuang)备水(shui)平，我(wo)国(guo)非常重(zhong)视舰船领(ling)域的(de)新材(cai)料研究与开发(fa)，钛合金的特殊(shu)性(xing)能使其(qi)在(zai)舰(jian)船(chuan)领(ling)域具(ju)有非(fei)常(chang)广(guang)阔的应(ying)用(yong)前景。
3、化(hua)工(gong)领(ling)域(yu)
钛具(ju)有(you)良好的耐腐蚀性(xing)，是化(hua)学(xue)工(gong)业(ye)生产(chan)等腐蚀(shi)介(jie)质(zhi)作用条(tiao)件下(xia)所使用(yong)设(she)备(bei)中(zhong)重要(yao)的(de)结构(gou)材料之(zhi)一。采(cai)用(yong)钛(tai)合金代替(ti)不锈钢(gang)、镍基(ji)合(he)金和(he)其(qi)他稀(xi)有金(jin)属等，可有效(xiao)降(jiang)低运(yun)营成(cheng)本(ben)、延(yan)长设备(bei)使(shi)用(yong)寿(shou)命(ming)等，对(dui)提(ti)高产(chan)品(pin)质量(liang)、节能(neng)降耗等方(fang)面都有十分重要的意(yi)义(yi)。
近(jin)年(nian)来，我国化工领(ling)域(yu)的(de)钛合(he)金(jin)材(cai)料(liao)主要(yao)用于(yu)蒸(zheng)馏塔、反应器、压力(li)容器、热交换(huan)器(qi)、过滤(lv)器、测量(liang)仪器(qi)、汽(qi)轮(lun)机(ji)叶片、泵、阀、管(guan)道、氯(lv)碱生产电(dian)极(ji)、合(he)成(cheng)塔内(nei)衬及(ji)其他耐(nai)酸(suan)设备(bei)内(nei)衬等(deng)。
(1)氯碱(jian)工(gong)业(ye)中的(de)应(ying)用(yong)
由于氯(lv)碱(jian)工业(ye)中是(shi)用(yong)电(dian)解(jie)饱(bao)和(he)氯(lv)化钠(na)(NaCl)溶(rong)液的方法(fa)来制取氢氧化钠(na)(NaOH)等，并进(jin)一(yi)步生产(chan)系列(lie)化工产品(pin)的(de)工(gong)艺(yi)过程，因此其对防止腐蚀(shi)的(de)要求是很(hen)高的，因此钛合金(jin)材料在氯(lv)碱工(gong)业(ye)中的(de)应(ying)用(yong)需求还(hai)是非(fei)常(chang)大(da)的(de)。目前(qian)氯(lv)碱(jian)工业中(zhong)，已(yi)经采用(yong)钛(tai)合(he)金(jin)材料制备的设备有(you)湿氯(lv)冷(leng)却(que)器、阳(yang)极电解槽(cao)、脱氯(lv)塔加(jia)热管、真(zhen)空(kong)脱氯用泵等(deng)。如(ru)食(shi)盐(yan)电解生(sheng)产烧(shao)碱的(de)工艺(yi)过(guo)程(cheng)中(zhong)产生大量(liang)温(wen)度(du)为75-95℃的(de)高(gao)温湿氯气，严(yan)重(zhong)污(wu)染(ran)环境，使用(yong)了(le)钛(tai)合(he)金制作(zuo)的(de)湿(shi)氯(lv)气冷(leng)却器(qi)代替(ti)石(shi)墨冷却(que)器，取(qu)得(de)良好(hao)的效果(guo)，有(you)的(de)使用(yong)寿命(ming)超(chao)过(guo)20年。
(2)钛(tai)合(he)金材(cai)料在纯碱(jian)工业中也取得广泛(fan)的应(ying)用(yong)
纯碱是(shi)最(zui)基(ji)本(ben)的(de)化(hua)工原(yuan)料(liao)之一(yi)， 其生产(chan)工艺主(zhu)要(yao)是合(he)成碱法(fa)，包括氨(an)碱法和联(lian)碱法(fa)等(deng)。无(wu)论(lun)哪种工艺(yi)方法，多(duo)以氨(an)气(qi)(NH3)和二氧化碳(tan)(CO2sub> )为(wei)气体介(jie)质(zhi)，液(ye)体(ti)介(jie)质则多为氯(lv)离(li)子(zi)(Cl-)浓(nong)度较高(gao)的溶(rong)液(ye)。以(yi)前(qian)制(zhi)作(zuo)碳(tan)化(hua)塔管、冷却器、结(jie)晶(jing)外冷器等主体设备大(da)都使(shi)用碳(tan)钢(gang)、铸(zhu)铁材料，反(fan)应塔(ta)腐(fu)蚀(shi)严(yan)重(zhong)，泄(xie)漏现象(xiang)时(shi)常发(fa)生。而采用(yong)钛合金材(cai)料后发生了(le)很大的(de)变(bian)化，如(ru)大连(lian)化(hua)学(xue)工业股份有限(xian)公(gong)司(si)碱厂购置(zhi)了(le)宝(bao)鸡(ji)有(you)色(se)金(jin)属加(jia)工厂的(de)TA2管代(dai)替氨冷(leng)凝器内铸铁管(guan)，投产使用(yong)14年(nian)未发现(xian)腐蚀泄露(lu)现象(xiang)，延(yan)长了使(shi)用(yong)寿命。
4、高端(duan)油(you)井管领域(yu)的应(ying)用
自(zi)埃德(de)温(wen)·德雷(lei)克1859年在(zai)宾州(zhou)泰(tai)特(te)斯(si)维尔(er)钻出(chu)第(di)一(yi)口(kou)油(you)井后，石油工业(ye)迅猛发展(zhan)，目前(qian)石(shi)油(you)天然(ran)气(qi)已(yi)取(qu)代煤(mei)炭(tan)成为(wei)人(ren)类(lei)使用(yong)比例最(zui)大(da)的能源。管材(cai)是(shi)油气钻(zuan)采中消耗最大的物(wu)
资(zi)，不(bu)仅(jin)用量(liang)大(da)、花钱多(duo)，更(geng)重要的(de)是其(qi)质(zhi)量对石(shi)油工(gong)业(ye)关系(xi)重大，直(zhi)接(jie)影(ying)响到油(you)气(qi)井的单井(jing)寿命，进(jin)而影(ying)响(xiang)到石油(you)工业(ye)的(de)整(zheng)体(ti)效益。
随着现代(dai)钻(zuan)采技(ji)术的(de)发展(zhan)，我国(guo)石油(you)钻探(tan)开(kai)始向(xiang)更(geng)深、条件(jian)更(geng)苛刻(ke)的(de)油气井(jing)发(fa)展(zhan)。普(pu)通(tong)材(cai)质油井管已无法(fa)满足需(xu)求(qiu)，随(sui)着(zhe)开采深(shen)度(du)的(de)进一步加深(shen)，油(you)井(jing)管(guan)服(fu)役环(huan)境扩展(zhan)至(zhi)高(gao)温(wen)高(gao)
压、高(gao)CO2 、硫化(hua)氢(H2 S)、Cl一(yi)等腐蚀介(jie)质共存(cun)的极端(duan)苛刻(ke)条件 。
传(chuan)统高端抗(kang)腐蚀油井(jing)管(guan)的(de)原(yuan)材料(liao)普遍采(cai)用镍(nie)基合(he)金，但(dan)是(shi)近(jin)两年，镍(nie)基合金的局限(xian)性逐(zhu)渐显(xian)现，价格(ge)昂(ang)贵且重(zhong)，在某些(xie)苛(ke)刻环境下(xia)，比如(ru)抗硫(liu)磺(huang)腐蚀(shi)，它(ta)就(jiu)无(wu)法(fa)抵抗(kang)。而钛(tai)合金(jin)轻，且抗(kang)腐蚀(shi)性(xing)更(geng)好(hao)。天(tian)津钢管集(ji)团通(tong)过大(da)量(liang)实(shi)验，以钛为基(ji)体(ti)，添加(jia)一些(xie)合(he)金(jin)元素保证抗(kang)腐(fu)蚀(shi)性(xing)的同(tong)时(shi)提(ti)高(gao)强度(du)、韧性，另外(wai)通(tong)过(guo)改进机(ji)加(jia)工技术(shu)，设(she)计出(chu)符(fu)合钛合金特性的(de)特殊螺纹丝扣(kou)，保证油(you)管连接的(de)密(mi)封性，钢管(guan)集团(tuan)研(yan)发(fa)生(sheng)产的钛(tai)合金(jin)油(you)管(guan)所应用(yong)的(de)下井深度超过6300m，成(cheng)为(wei)全(quan)球首家开发(fa)钛(tai)合(he)金油管并(bing)应用(yong)于超(chao)深高(gao)含(han)硫油(you)气(qi)田(tian)的(de)生(sheng)产企(qi)业(ye)。
二(er)、钛及钛(tai)合金在民用(yong)生活中的应用
钛(tai)及钛(tai)合(he)金(jin)不仅(jin)是(shi)航(hang)空(kong)航(hang)天(tian)工业(ye)中不可(ke)缺少的结(jie)构材(cai)料(liao)，在(zai)造船、化工(gong)、石油开(kai)采等(deng)方(fang)面(mian)也获得了广(guang)泛的(de)应(ying)用。目(mu)前正逐(zhu)步开发(fa)应用(yong)于(yu)生物(wu)医疗、眼(yan)镜、首(shou)饰(shi)、手机、电脑等民用(yong)行(xing)业，每(mei)年均(jun)以(yi)一定的速度(du)不(bu)断地增(zeng)长(zhang)。
1、生物(wu)医(yi)疗(liao)领域
钛是(shi)理(li)想的(de)医用(yong)金(jin)属材料，具(ju)有(you)良(liang)好的生物相(xiang)容(rong)性(xing)。美(mei)国早在(zai)20世纪(ji)80年代(dai)中期便开(kai)始(shi)研(yan)制不含铝(lv)、钒等元(yuan)素(su)、具(ju)有生(sheng)物相(xiang)容(rong)性的钛(tai)合(he)金，将(jiang)其用(yong)于矫(jiao)形术。当(dang)前(qian)钛(tai)合(he)金(jin)材料(liao)主(zhu)要(yao)用于(yu)制(zhi)造(zao)植(zhi)入人体(ti)内的医疗(liao)器件(jian)、假体(ti)或人(ren)工器(qi)官(guan)以及辅助治疗设备(bei)的(de)钛合金。
从(cong)20世纪(ji)70年代起(qi)，我(wo)国对生(sheng)物(wu)医疗(liao)用(yong)钛(tai)及钛(tai)合金的研(yan)究(jiu)取得了(le)显(xian)著成(cheng)效，目前(qian)已可以(yi)用(yong)钛合金材料(liao)制(zhi)造(zao)医(yi)疗器(qi)械(xie)，人造(zao)髋关(guan)节、膝(xi)关节(jie)、肩关节(jie)、胁(xie)关节(jie)、头(tou)盖(gai)骨，主动(dong)心(xin)瓣、骨(gu)骼固(gu)定夹 。
如(ru)钛(tai)合金烤瓷(ci)牙(ya)，其强(qiang)度高(gao)、价格(ge)低，是(shi)目前(qian)国(guo)内使用较为普(pu)遍的(de)一种烤瓷(ci)牙(ya)。钛合(he)金(jin)烤瓷牙(ya)，外(wai)形美观(guan)，色泽(ze)稳定(ding)，能(neng)很(hen)好地恢(hui)复(fu)牙体(ti)形(xing)态(tai)和功能(neng)，尤(you)其适合(he)于(yu)对镍离(li)子敏感的
人群，可(ke)以(yi)避(bi)免(mian)牙龈(ken)出血(xue)和(he)黑色(se)牙龈现(xian)象(xiang)的(de)发生(sheng)，此(ci)外它(ta)的耐(nai)腐蚀(shi)性(xing)也(ye)很强(qiang)，不容(rong)易(yi)变(bian)黑。此(ci)种(zhong)材料生物(wu)相(xiang)容性(xing)优于非贵金(jin)属烤(kao)瓷(ci)牙，使(shi)用(yong)寿(shou)命(ming)可(ke)长(zhang)达10年(nian)。
2、眼(yan)镜(jing)行业(ye)中(zhong)的应(ying)用
钛(tai)金属(shu)日(ri)渐成(cheng)为(wei)一种新(xin)型(xing)的(de)眼镜架(jia)材料。用钛合金(jin)制造(zao)的(de)眼(yan)镜架，硬度高(gao)，且柔韧性好(hao)，符(fu)合人体工程(cheng)学(xue)、弹性好、长期使(shi)用(yong)不变(bian)形(xing)、不褪色、触(chu)感(gan)温润柔滑，没(mei)有其(qi)它(ta)金属(shu)眼(yan)镜架的严寒(han)感，钛(tai)材(cai)对(dui)人体无毒，无任(ren)何辐射(she)。另(ling)外(wai)，钛可(ke)以(yi)与(yu)镍(nie)生(sheng)成“记忆合金(jin)”，即记(ji)忆钛(tai)合金(jin)，这种(zhong)眼(yan)镜(jing)架发(fa)生(sheng)变形(xing)后(hou)，在特定的温度(du)下(xia)用水进(jin)行(xing)清洗，即(ji)可恢(hui)复原状。
钛金属镜(jing)架(jia)的生(sheng)产(chan)工艺(yi)要求(qiu)很高(gao)，不仅加(jia)工(gong)工(gong)序多(duo)，而且需要(yao)专用的加工(gong)设(she)备(bei)以(yi)及(ji)特(te)殊(shu)的焊接(jie)技(ji)术和(he)电镀(du)工艺(yi)，所以相(xiang)对(dui)其(qi)他金属(shu)、板材或(huo)塑料(liao)眼镜架(jia)来(lai)说钛(tai)金属(shu)镜架(jia)价格(ge)较高。但(dan)随(sui)着(zhe)人们生活水(shui)平的(de)提(ti)高，钛金属(shu)镜架的(de)需求(qiu)也(ye)越来越(yue)大(da)，需要广大(da)科技(ji)工(gong)作(zuo)者(zhe)不(bu)断研究与(yu)开(kai)发各(ge)种(zhong)新的工(gong)艺技(ji)术，改(gai)进生产加(jia)工(gong)工艺(yi)，使(shi)其为更多(duo)人(ren)所(suo)接受。
3、首饰(shi)行业中的应用(yong)
比起(qi)黄(huang)金、铂(bo)金(jin)等(deng)贵金属，钛(tai)作为(wei)新(xin)型(xing)首(shou)饰用(yong)材(cai)不(bu)仅价格(ge)上占有绝对优势，其他方(fang)面(mian)的优(you)势(shi)也(ye)不(bu)可小(xiao)觑。①轻，钛(tai)合金的密(mi)度为黄(huang)金的(de)27％，在制(zhi)作(zuo)耳坠、项(xiang)链(lian)等首饰(shi)时优(you)势明(ming)显，可(ke)设(she)计(ji)加工一些(xie)体(ti)积大且(qie)造(zao)型独(du)特(te)的(de)特(te)殊(shu)饰(shi)品(pin)。②钛(tai)的(de)耐腐(fu)蚀性较(jiao)好，钛表(biao)面所生(sheng)成的(de)氧化膜(mo)极(ji)其完(wan)整(zheng)致密，局(ju)部(bu)遭(zao)到破(po)坏(huai)后，瞬(shun)间会(hui)自行修(xiu)复，不(bu)影(ying)响其外(wai)观。③ 良好的生(sheng)物(wu)相(xiang)容性(xing)，人(ren)长(zhang)期接(jie)触后(hou)不(bu)会(hui)造(zao)成(cheng)过敏(min)，尤其(qi)对金(jin)属过敏(min)的人(ren)可(ke)放(fang)心(xin)佩带。④钛能(neng)着色，可通过改(gai)变(bian)氧(yang)化(hua)膜(mo)的(de)厚(hou)薄程度(du)来(lai)改(gai)变颜(yan)色(se)，无(wu)需(xu)外加元(yuan)素。现(xian)在可(ke)做(zuo)的(de)颜(yan)色有金、黑(hei)、蓝(lan)、褐(he)、花(hua)等(deng)，色彩时(shi)尚(shang)。⑤钛(tai)硬度高(gao)，不(bu)易变形(xing)，不象(xiang)普(pu)通金银(yin)首(shou)饰佩带一段时(shi)间(jian)后(hou)需(xu)要(yao)重(zhong)新整形(xing)。
三(san)、发(fa)展(zhan)趋(qu)势(shi)及(ji)克服(fu)的(de)困难
钛(tai)及(ji)钛合(he)金虽已取(qu)得了(le)显(xian)著(zhu)的发(fa)展(zhan)，但(dan)由(you)于其工艺性(xing)能较(jiao)差(cha)，钛的(de)提(ti)炼(lian)与(yu)加工制造(zao)成本相(xiang)当高，从(cong)而限制了其(qi)合金体(ti)系(xi)的发展与应用领域(yu)。
1、加(jia)工(gong)工(gong)艺(yi)有(you)待改(gai)进
由(you)于钛在高(gao)温下(xia)的化学活性很高(gao)，极(ji)容易被(bei)氧(yang)、氮(dan)、碳(tan)等元素污染，因此(ci)钛(tai)合金(jin)的(de)加(jia)工制(zhi)造(zao)过(guo)程(cheng)要求(qiu)是非常高(gao)的(de)。因(yin)此(ci)，钛(tai)合(he)金材料的(de)制(zhi)造成(cheng)本十(shi)分(fen)昂(ang)贵，应用(yong)领域受(shou)到限(xian)制，目前大多用(yong)在(zai)飞(fei)机结(jie)构、航空(kong)器(qi)，石油和(he)化(hua)学(xue)工(gong)业等高(gao)科技(ji)行业。
钛合(he)金的(de)刚性差(cha)、导热性差(cha)造(zao)成(cheng)局部高温(wen)而产(chan)生(sheng)粘(zhan)刀(dao)等，因(yin)此(ci)加工(gong)工(gong)艺过程较为(wei)困难。通常(chang)钛合金(jin)的加(jia)工(gong)性只(zhi)有45钢(gang)的(de)20％～40，硬(ying)度(du)<HB300，粘(zhan)刀严(yan)重(zhong)；HB>370又太(tai)硬(ying)加工(gong)困难。另外(wai)钛(tai)的(de)化学活泼性高，很容(rong)易(yi)与气体(ti)杂(za)质化合。温(wen)度超过(guo)600℃ 时(shi)，钛被氧化(hua)成脆化(hua)层，即所(suo)谓(wei)“组织α化层”；与(yu)氢产(chan)生(sheng)氢(qing)脆(cui)性；与氮在高温(wen)下形(xing)成硬(ying)而脆(cui)的氮化钛(TIN)，加(jia)剧刀(dao)具磨损。另外，钛合金可与刀(dao)具(ju)材(cai)料(liao)的(de)元(yuan)素(su)发(fa)生化学(xue)结(jie)合，造成严重(zhong)的粘(zhan)结磨(mo)损(sun)。
如何(he)进一步开发(fa)钛(tai)合金(jin)的(de)提纯与(yu)合(he)金化工(gong)艺(yi)，并(bing)优(you)化机械加(jia)工(gong)手(shou)段(duan)，进一步(bu)降(jiang)低钛(tai)合(he)金产品(pin)的(de)制(zhi)造(zao)成本(ben)，是(shi)能否(fou)促(cu)使钛(tai)合(he)金广(guang)泛应用(yong)的(de)关(guan)键。
2、高附(fu)加值的高(gao)端(duan)产品(pin)的(de)研(yan)发(fa)
目前(qian)钛合金加工企(qi)业中(zhong)同样存在(zai)着(zhe)技术(shu)水(shui)平不高(gao)、产能过剩(sheng)等现(xian)象，因(yin)此需要(yao)企业(ye)加(jia)大创(chuang)新力(li)度(du)，生(sheng)产(chan)高(gao)附加值的(de)高(gao)端(duan)产(chan)品(pin)为企(qi)业(ye)提(ti)供强有力(li)的(de)竞争。2016年(nian)12月初，青海(hai)聚能(neng)钛(tai)生产(chan)的(de)重达(da)20t的(de)钛锭(ding)成(cheng)为全国(guo)乃(nai)至整(zheng)个亚洲(zhou)范(fan)围(wei)内(nei)规格最(zui)大(da)的(de)单体钛(tai)锭，并(bing)在此(ci)基(ji)础上(shang)试制(zhi)成(cheng)功(gong)了500mm厚(hou)超(chao)大规(gui)格(ge)铸(zhu)锭(ding)，可(ke)直(zhi)轧为200mm卷带(dai)板坯(pi)，进(jin)而直(zhi)接轧(ya)制(zhi)出(chu)大于(yu)1.8m宽(kuan)度的(de)宽(kuan)幅板(ban)，从而颠覆(fu)了传(chuan)统的轧(ya)制(zhi)工艺(yi)，填补了国际技(ji)术(shu)空(kong)白。该(gai)技术(shu)大(da)大(da)缩(suo)短了(le)加(jia)工(gong)周期(qi)，减少了加工环(huan)节，提(ti)高(gao)成(cheng)材率，降低加工(gong)成本，扩大(da)产品竞争(zheng)优势(shi)。
3、行业标准(zhun)
钛(tai)丝、钛靶(ba)材(cai)等钛合(he)金(jin)及(ji)其产品的(de)制造过(guo)程(cheng)要(yao)求(qiu)较高，而且对生产(chan)装(zhuang)备及(ji)加工设备要(yao)求(qiu)也(ye)很(hen)高，产(chan)品的质(zhi)量控制也存在(zai)一(yi)定(ding)的难度，所(suo)以目前(qian)钛材(cai)的应(ying)用还(hai)缺(que)乏规范的行(xing)业(ye)标准。这(zhe)就意味着钛合金(jin)及其(qi)产品的(de)质(zhi)量(liang)控制无(wu)法(fa)达到统(tong)一的(de)要求(qiu)，致(zhi)使(shi)产(chan)品质量(liang)参差不齐，这(zhe)对钛合(he)金(jin)的(de)应用(yong)领域的(de)扩展(zhan)是(shi)极(ji)为不利(li)的(de)。
四(si)、结(jie)语(yu)
钛合(he)金(jin)的发(fa)展(zhan)前(qian)景(jing)可(ke)以(yi)用(yong)光明与开阔来(lai)形容(rong)。由于其具有(you)优(you)异(yi)的(de)性能：高的比(bi)强(qiang)度(du)，低(di)密度，抗(kang)腐蚀(shi)等，在很多(duo)领(ling)域都有(you)应(ying)用(yong)，如：航(hang)空、军事、船舶(bo)、石油(you)化工(gong)等，另外(wai)因(yin)为
钛合金(jin)与(yu)人体具有很(hen)好(hao)的(de)兼(jian)容性(xing)，医(yi)用(yong)方面(mian)获(huo)得(de)了(le)非(fei)常迅(xun)速发展(zhan)。
钛合(he)金的种种(zhong)优(you)点着(zhe)实(shi)吸引了(le)人(ren)们的眼(yan)球(qiu)，但其昂贵的(de)价(jia)格(ge)又(you)让人(ren)们不得不(bu)望(wang)而(er)却(que)步，应用(yong)受限(xian)。相信(xin)随着钛冶炼(lian)技术与(yu)钛合(he)金加(jia)工工(gong)艺(yi)的改(gai)进(jin)和(he)提(ti)高，钛及(ji)钛(tai)合金产(chan)品的(de)品种
及(ji)其(qi)质(zhi)量(liang)控制水平(ping)将(jiang)得到(dao)进(jin)一(yi)步的(de)扩(kuo)展，其应用领域(yu)也(ye)将扩(kuo)大(da)，特(te)别是(shi)民(min)用行业，像(xiang)餐(can)具(ju)、饰品、手机(ji)、电(dian)脑、拐(guai)杖(zhang)等民(min)用休闲(xian)用品(pin)，只要人们有(you)所需求，都(dou)能(neng)得(de)到实(shi)现(xian)。
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