近(jin)年来(lai)，由钛合金(jin)做表(biao)壳(ke)和表带(dai)的(de)手(shou)表(biao)已(yi)越来越多(duo)，这不(bu)单纯(chun)是时(shi)髦，主(zhu)要(yao)在于钛(tai)金属(shu)有比(bi)重(zhong)轻(qing)、耐腐(fu)蚀等很(hen)多优点(dian)，比(bi)如(ru)其强度和(he)硬(ying)度(du)接(jie)近(jin)于(yu)不锈钢(gang)，但(dan)比重只有钢的(de)一半(ban)，
而(er)耐(nai)腐蚀(shi)的(de)特(te)性使其基(ji)本不(bu)生锈(xiu)，且(qie)绿色环保，不像(xiang)镍金(jin)属(shu)那样(yang)对人(ren)体(ti)有(you)伤害。
1、钛与钛(tai)合金
1.1 钛的(de)由来及(ji)特性
钛是一种在(zai)地(di)壳中发(fa)现的银白色过度(du)金(jin)属元(yuan)素(su)，是一种闪亮且很(hen)有(you)光(guang)泽的金(jin)属或者(zhe)银灰色或暗(an)灰(hui)色的(de)粉(fen)末(mo)，如图(tu) 1所(suo)示(shi)。它的合成(cheng)物几乎(hu)可以在所有(you)的火成(cheng)岩石(shi)和钛砂(sha)矿(kuang)床中(zhong)找(zhao)到。钛(tai)被认(ren)为(wei)是(shi)一(yi)种(zhong)稀(xi)有(you)金属(shu)，这(zhe)是(shi)由于在(zai)自然界(jie)中其(qi)存(cun)在分散(san)并(bing)难于提(ti)取。但其(qi)相对(dui)丰(feng)富，它在地壳的蕴藏量(liang)排名第(di)九。钛矿石(shi)的供应至少(shao)还(hai)可以(yi)维(wei)持(chi)一(yi)万年(nian)。在陨石、月(yue)球(qiu)
岩(yan)石、太阳和其(qi)他(ta)星(xing)球都(dou)发(fa)现(xian)了(le)它(ta)的存在(zai)。不过，钛(tai)的提(ti)https://gzhwkf.com/取(qu)过程相(xiang)对(dui)较慢(man)且费(fei)用过高(gao)，这(zhe)使得(de)它的价格昂贵。很多年来，高(gao)昂(ang)的(de)价格限制了钛在(zai)军(jun)事(shi)和(he)航空领域的(de)运(yun)用。
钛的许多特性(xing)使(shi)它(ta)极具工(gong)业(ye)和商业价(jia)值。坚硬(ying)方面(mian)，钛(tai)比钢(gang)的(de)硬(ying)度高(gao) 30%，具(ju)有(you)优良的强(qiang)度(du)保(bao)持性(xing)；质地(di)轻，钛的重量(liang)为 47.90 个(ge)原(yuan)子(zi)尺度(du)，比(bi)钢将(jiang)近(jin)轻了 50% [1] ；耐腐蚀(shi)性(xing)
能强，当(dang)把钛暴露(lu)于(yu)空气(qi)中(zhong)时，其表(biao)面会(hui)形(xing)成(cheng)一层(ceng)紧(jin)密且(qie)强(qiang)韧(ren)的氧化(hua)膜(mo)，可以(yi)抵抗不(bu)同物质(zhi)对其(qi)金(jin)属的侵(qin)蚀，尤(you)其(qi)是(shi)抵(di)抗(kang)盐水的腐蚀。钛(tai)的化(hua)学(xue)性(xing)质极为(wei)活泼(po)，易与空(kong)气(qi)中(zhong)的氢(qing)、
氧(yang)等物质相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)，形(xing)成(cheng)极稳(wen)定的化(hua)合物，所(suo)以(yi)平日里(li)所(suo)说(shuo)的(de)钛金(jin)属实(shi)际上是钛合(he)金(jin)，它由钛、铝、钒(fan)、镍(nie)、钼(mu)等元素(su)构成(cheng)，主要特(te)点是强度高(gao)、质量(liang)轻，并(bing)具(ju)有(you)超强(qiang)的(de)耐(nai)腐蚀(shi)性(xing)。
1.2 钛(tai)的应(ying)用领(ling)域(yu)及(ji)发展(zhan)
钛(tai)金属诞(dan)生(sheng)于(yu) 1971 年(nian)，英国(guo)业余科(ke)学(xue)家(jia)威(wei)廉•乔治，在分(fen)析来自(zi)康(kang)沃(wo)尔的砂土时，发现一些他(ta)自己(ji)无法识别的“红褐(he)色的矿灰”。1975 年(nian)，一(yi)位奥(ao)地利化学家 MARTIN 证实
了(le)乔治确实发现(xian)了一(yi)种新(xin)元素(su)。KLAPROTH 把(ba)这(zhe)种(zhong)新元(yuan)素(su)命名(ming)为(wei)“钛(tai)”。然而(er)，钛合金工业用途(tu)的开发还较新(xin)。来(lai)自(zi)卢森堡的 WILHELM 被(bei)认为(wei)是(shi)现(xian)代钛(tai)工(gong)业之(zhi)父，他在20世(shi)纪(ji)30年代(dai)期(qi)间，开发(fa)了一(yi)种(zhong)加工(gong)钛金(jin)属(shu)的方(fang)法(fa)，并在(zai) 20 世纪(ji) 40 年代(dai)期间将之改良(liang)，此(ci)法(fa)今天还(hai)在(zai)沿用。20 世(shi)纪 70年代(dai)中期(qi)前(qian)，超(chao)过(guo) 85%所生(sheng)产的(de)钛(tai)都(dou)用于航空(kong)工业。钛的(de)独(du)特(te)性(xing)能(neng)使(shi)得它成(cheng)为建(jian)造(zao)喷(pen)气(qi)式飞机(ji)、火箭、太空(kong)飞(fei)船的(de)引擎(qing)和飞(fei)机(ji)框(kuang)架的(de)理想(xiang)材料。它(ta)的军(jun)事(shi)用途(tu)则(ze)是武器(qi)，像炮兵(bing)的(de)导弹(dan)和(he)驻(zhu)退机(ji)。从(cong) 20 世(shi)纪(ji) 70 年(nian)代(dai)开(kai)始，钛金(jin)属工(gong)厂(chang)产(chan)品(pin)的(de)价(jia)格持续下跌，这样(yang)才使(shi)钛金(jin)属被(bei)广(guang)泛(fan)运用于各行(xing)各(ge)业(ye)。
1.3 钛金属(shu)作为(wei)手表(biao)材(cai)质的优势(shi)
宝(bao)玑(ji) Type XXI 3810 如(ru)图(tu) 2 所示(shi)，帝(di)舵(duo) Heritage Advisor如(ru)图 3 所(suo)示(shi)，卡(ka)地亚(ya) SANTOS 100 如(ru)图(tu) 4 所(suo)示。
钛金(jin)属作(zuo)为手(shou)表(biao)材(cai)质有以(yi)下(xia)几(ji)方(fang)面(mian)的优(you)势(shi)：①佩(pei)戴(dai)轻(qing)便(bian)。钛合金的比例(li)轻(qing)，仅(jin)为钢的 60%。②耐(nai)磨耐用(yong)。钛(tai)金属比(bi)钢更坚(jian)硬，钛(tai)金属(shu)手(shou)表(biao)更耐用耐磨，表壳不(bu)易刮(gua)花(hua)。③耐(nai)腐蚀(shi)好(hao)。钛(tai)合金在(zai)潮湿的(de)大(da)气和(he)海(hai)水(shui)介质(zhi)中(zhong)工作，其(qi)抗(kang)蚀性远优(you)于不(bu)锈钢，对点(dian)蚀、酸蚀、应(ying)力腐蚀(shi)的(de)抵(di)抗力特(te)别强(qiang)。④亲肤(fu)性好(hao)。防过敏(min)、不含(han)镍，享(xiang)有“亲(qin)生(sheng)物金属”的美誉，
佩戴(dai)用(yong)它(ta)制造(zao)的(de)手表(biao)不(bu)会(hui)出(chu)现(xian)皮肤过敏(min)等问(wen)题(ti)。⑤自然(ran)环(huan)保(bao)。钛来(lai)自(zi)大(da)地且(qie)可(ke)以回(hui)收。欧米(mi)茄海洋宇宙(zhou)系(xi)列(lie)如图 5 所(suo)示(shi)，飞亚达(da)神(shen)舟(zhou)十(shi)一(yi)号(hao)纪念(nian)款如图 6 所示。
2、钛(tai)合金(jin)材料的加(jia)工
随着对钛(tai)锻(duan)件(jian)、钛(tai)靶(ba)材(cai)等(deng)钛合金的(de)不断研(yan)究(jiu)以(yi)及(ji)科(ke)学技术手(shou)段的不断发(fa)展(zhan)，钛合金在机械加(jia)工领(ling)域的运用也逐(zhu)渐成熟。但(dan)是(shi)从(cong)实(shi)际情(qing)况来(lai)看，其在(zai)进行机(ji)械(xie)加(jia)工(gong)时(shi)还(hai)存(cun)在(zai)诸多(duo)问(wen)题(ti)，加(jia)工(gong)操(cao)作还(hai)是比(bi)较(jiao)困(kun)难(nan)，一(yi)定(ding)要(yao)严(yan)格遵(zun)守钛合(he)金(jin)材料(liao)的(de)加(jia)工原则，按着(zhe)正确(que)的(de)加(jia)工程序进(jin)行(xing)加(jia)工，保(bao)证机(ji)械加(jia)工(gong)可以顺(shun)利(li)完(wan)成(cheng)，并尽可(ke)能(neng)减少(shao)其不(bu)当操(cao)作(zuo)带来的影响。
2.1 钛(tai)合(he)金的加工特(te)性
钛合金(jin)的导热系(xi)数小，导(dao)热(re)性(xing)差(cha)。在加(jia)工钛合(he)金(jin)钛(tai)靶材时(shi)切削(xue)温度(du)高，如 TC4钛(tai)合(he)金(jin)的切削温度是(shi) 45 号(hao)钢切(qie)削(xue)温(wen)度(du)的2倍(bei)，同时温(wen)度很难(nan)得到释放。钛(tai)合金(jin)比热小，加工时局(ju)部(bu)温度上(shang)升迅(xun)速，造成刀具(ju)温度(du)很高(gao)，刀(dao)尖急(ji)剧(ju)磨(mo)损(sun)，使(shi)用(yong)寿(shou)命降低 [2] 。钛(tai)合金弹性(xing)模量低(di)，使(shi)已加工表面(mian)容易产生回弹(dan)，特(te)别(bie)是薄(bao)壁(bi)零件(jian)的(de)加(jia)工回弹更(geng)为(wei)严(yan)重，易引(yin)起后(hou)刀(dao)面与(yu)已加
工(gong)表(biao)面产(chan)生强烈(lie)摩(mo)擦(ca)，从而磨损(sun)刀(dao)具和崩(beng)刃 [3] 。钛合(he)金(jin)化学活(huo)性(xing)很强(qiang)，高温下易于(yu)氧(yang)、氢(qing)、氮发(fa)生(sheng)作用(yong)，使其强(qiang)度(du)增(zeng)加、塑(su)性下降，在加(jia)热和锻造(zao)中形(xing)成(cheng)的(de)富(fu)氧(yang)层(ceng)的(de)机械加工困难(nan)。
2.2 钛(tai)合金(jin)的加(jia)工原则
钛合金(jin)的加(jia)工(gong)应遵循(xun)以(yi)下(xia)原(yuan)则。
2.2.1 选择合(he)适(shi)的(de)刀(dao)具(ju)
刀具(ju)材(cai)料(liao)应(ying)选择(ze)较(jiao)常用(yong)、价(jia)格较(jiao)低、耐磨性(xing)好、热(re)硬性(xing)高(gao)、具(ju)有足(zu)够(gou)韧性(xing)的(de)材料。加(jia)工(gong)钛(tai)合(he)金常用的刀(dao)具材(cai)料如高速钢(gang)、硬质合(he)金钢、涂层(ceng)刀(dao)具(ju)、立(li)方氮化(hua)硼(peng)（CBN）刀具(ju)、
聚(ju)晶金刚(gang)石（PCD）刀(dao)具。刀具几(ji)何(he)参数方(fang)面(mian)，以常用的(de)车(che)刀(dao)为例(li)。为保证车刀的(de)刚(gang)性，粗(cu)加(jia)工(gong)时(shi)刀(dao)具(ju)前(qian)角(jiao)、后角要(yao)小(xiao)；精加工(gong)时，为(wei)得到(dao)良(liang)好(hao)的(de)表面质量与加工精(jing)度刀(dao)具要保证锋(feng)利，前(qian)角(jiao)、后角、螺(luo)旋(xuan)角(jiao)要大(da)一(yi)些。
2.2.2 合适的切削(xue)条(tiao)件(jian)与(yu)加工(gong)量
机(ji)床(chuang)-夹具(ju)-刀(dao)具(ju)的加(jia)工系(xi)统刚性要好，机(ji)床各部分(fen)间(jian)隙要调整(zheng)好，主轴的径向(xiang)跳动(dong)要(yao)小(xiao)。夹具装夹工件要(yao)牢固(gu)，要有(you)足(zu)够(gou)的刚(gang)性(xing)。刀具切(qie)削(xue)部分(fen)尽量要(yao)短，在(zai)容(rong)屑足够(gou)的情况(kuang)
下(xia)尽(jin)量(liang)加(jia)大切削刃厚(hou)度(du)，提(ti)高(gao)刀具(ju)的强度和(he)刚(gang)性(xing)。在(zai)加工钛合金时(shi)，加工量(liang)应(ying)注(zhu)意(yi)不宜(yi)过大。以(yi)车(che)削(xue)为例(li)，断续(xu)切(qie)削条件(jian)下，推(tui)荐的(de)切削(xue)用(yong)量为(wei)：V=15～28 m/min，
f=0.25～0.35 mm/r，ap=1～3 mm [4] 。连(lian)续(xu)切(qie)削(xue)的条件(jian)下，推(tui)荐的切削用(yong)量为(wei)：V=50～70 m/min，f=0.1～0.2 mm/r，ap=0.3～1 mm [4] 。
2.2.3 材(cai)料(liao)的(de)适(shi)当(dang)热(re)处(chu)理
经(jing)过机械(xie)加(jia)工(gong)的(de)钛(tai)合(he)金(jin)零件(jian)表(biao)面会(hui)产生(sheng)应(ying)力(li)，这种(zhong)应(ying)力(li)的大(da)小(xiao)与切(qie)削加工条件(jian)有(you)关(guan)。加(jia)工后(hou)，应(ying)进行(xing)退(tui)火(huo)处(chu)理。退火通(tong)常是(shi)在(zai)不(bu)同(tong)温(wen)度(du)下进行加(jia)热(re)保温(wen)，退(tui)火温度(du)与相对(dui)应的
加热(re)保温时(shi)间(jian)应逐渐提(ti)高(gao)。加(jia)热保温(wen)后(hou)空(kong)冷进(jin)行，完全(quan)消(xiao)除(chu)应力(li)，退火(huo)中避免(mian)吸入氢，钛(tai)合金(jin)零(ling)件(jian)退火(huo)需(xu)在真(zhen)空(kong)炉(lu)内进(jin)行，既(ji)能(neng)消除应力(li)，又(you)能(neng)除氢。
3、钛(tai)合金(jin)手表(biao)的发展趋势
由上可知，钛合(he)金加工(gong)件工艺要求(qiu)严格(ge)，对其加工(gong)后的热(re)处(chu)理(li)也有明(ming)确(que)要求。相比较(jiao)于(yu)手表传(chuan)统(tong)材(cai)料不锈(xiu)钢的加工，钛合金的(de)加工(gong)工艺更(geng)为(wei)复(fu)杂和苛刻，难(nan)度高(gao)、成本大，难以
大(da)规(gui)模应用。钛(tai)合金的弹(dan)性(xing)模(mo)量小，加(jia)工(gong)后(hou)极易产生(sheng)“回(hui)弹(dan)”，对(dui)于(yu)薄壁零(ling)件的加工(gong)尤(you)为明显，因此(ci)钛(tai)合金手表的表壳通常(chang)厚一些(xie)，略显(xian)笨重。除(chu)了材(cai)质本身(shen)的特性外，在(zai)设计理念(nian)方(fang)面(mian)，钛合(he)金(jin)表(biao)也与(yu)传统(tong)表(biao)款(kuan)截(jie)然不同。它(ta)追(zhui)求的不是(shi)表面(mian)的光(guang)鲜(xian)亮丽，而是深(shen)藏(cang)不(bu)露的低(di)调奢华(hua)。本(ben)身色(se)泽(ze)暗(an)淡，再加(jia)上几乎(hu)无法(fa)进行抛(pao)光(guang)，即(ji)便是(shi)新(xin)表(biao)看(kan)上去(qu)也(ye)不(bu)那(na)么光亮(liang)。喜(xi)欢(huan)光(guang)鲜(xian)亮(liang)丽(li)腕(wan)表(biao)的(de)爱表(biao)人(ren)还是(shi)占(zhan)市(shi)场(chang)主(zhu)导，钛合金(jin)手表的(de)市场热度(du)仍未(wei)达(da)到(dao)很高的(de)水平(ping)。虽然(ran)钛合(he)金材料(liao)在手(shou)表上的(de)应(ying)用存在很多(duo)局限性(xing)，但(dan)随着科技水平(ping)的(de)进步、消费水平的提(ti)高(gao)、价(jia)值取(qu)向(xiang)的转(zhuan)变(bian)，钛合金(jin)手(shou)表(biao)以其独特(te)的优(you)势，在整个腕表(biao)行(xing)业里(li)，仍是一个重(zhong)要(yao)的发(fa)展方向(xiang)，未来市(shi)场值得(de)期(qi)待(dai)。
4、结束(shu)语(yu)
钛(tai)合金(jin)材料优(you)良(liang)的特性以及(ji)发展(zhan)应用的(de)成(cheng)熟(shu)，让钛合金(jin)手表(biao)相(xiang)较于传(chuan)统(tong)手(shou)表具有无(wu)可比(bi)拟(ni)的(de)优(you)势。但受(shou)限(xian)于钛合金(jin)的(de)加(jia)工(gong)难(nan)度(du)及昂(ang)贵成本，钛(tai)合(he)金(jin)手表作为高端奢侈(chi)品(pin)，其(qi)市(shi)场普及还有(you)一段路(lu)要(yao)走，值得(de)爱(ai)表人(ren)士(shi)期(qi)待(dai)。
参(can)考(kao)文(wen)献：
［1］薛(xue)杰(jie)，李(li)淑(shu)贞(zhen)，王云飞(fei)，等(deng).水洗工(gong)艺对磷化(hua)质量的影(ying)响［J］.上(shang)海(hai)涂(tu)料，2012（2）：17-18.
［2］洪(hong)翔(xiang)，谭业发，胡(hu)晓光，等.钛(tai)合金表(biao)面电火(huo)花(hua)沉积强(qiang)化(hua)技(ji)术研(yan)究(jiu)进(jin)展(zhan)［J］.热(re)加(jia)工工(gong)艺，2013（20）：24-27.
［3］陈(chen)曌红.钛合金(jin)性(xing)能及(ji)其加(jia)工现状的(de)研究［J］.机(ji)电(dian)技(ji)术，2013（5）：96-98.
［4］游(you)红超，袁芬.钛(tai)合(he)金车(che)削加(jia)工刀(dao)具和(he)切(qie)削用量的研(yan)究(jiu)［J］.电子(zi)世界(jie)，2013（8）：206-207.
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作者简(jian)介：李鹏（1988—），男(nan)，主要(yao)从事机(ji)械(xie)制造方(fang)面的研(yan)究。
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