钛及钛合金课件.

钛的基本性质


（1）钛存在两种同素异构体α 及β 。 α -Ti在 882℃以下稳定，具有六方密排结构。 β -Ti稳定 于882℃～熔点1678℃，具有体心立方结构。 （2）钛的体积质量小（4.51g／cm3），比强度高， 熔点高，塑性好，虽然其强度随温度升高而下降， 但其比强度高的特性仍可保持到550～600℃。与 高强合金相比，相同强度水平可降低重量 40％以 上，因此在宇航上有巨大应用潜力。
钛的特性
晶体结构： 原子半径： 密度： 熔点：
882.5度同素异构转变 (α-Ti↔β-Ti)。 与氧、氮、碳和氢剧烈反应。 价格昂贵。主要用于价格不是关键因素的先 进应用场合。 高强度和韧性。
化学性质





室温下钛比较稳定。 高温下活泼，熔化态能与大多数坩埚造型材料发生 作用。 高温下与卤素、氧、硫、碳、氮等进行强烈反应。 钛在真空或惰性气氛下熔炼，如真空自耗电弧炉、 电子束炉、等离子熔炉等设备中熔炼。 钛在氮气中加热会发生燃烧，钛尘在空气中会发生 爆炸，所以钛材加热和焊接宜用氩气作保护气体。 钛在室温可吸收氢气，500℃以上吸气能力更强烈， 可作为高真空电子仪器的脱气剂；利用钛吸氢和放氢的特 性，可以作储氢材料。

中国钛资源总量9.65亿吨，居世界之首，占世界 探明储量的38.85%，主要集中在四川、云南、广 东、广西及海南等地，其中攀西（攀枝花西昌） 地区是中国最大的钛资源基地，钛资源量为8．7 亿吨。 中国探明的钛资源分布在21个省（自治区、 直辖市）共108个矿区（图3.5.1及表3.5.4）。主 要产区为四川，次有河北、海南、广东、湖北、 广西、云南、陕西、山西等省（区）。


钛在还原性酸(浓硫酸、盐酸、正磷酸)、氢氟酸、 氯气、热强碱、某些热浓有机酸及氧化铝溶液中 不稳定，会发生强烈腐蚀。另外，钛合金有热盐 应力腐蚀倾向。 550℃以下钛与氧形成保护作用良好的致 密氧化膜。538℃以下，钛的氧化符合抛物线规 律。但在800℃以上，氧化膜分解，氧原子以氧 化膜为转换层进入金属晶格，此时氧化膜已失去 保护作用，使钛很快氧化。

由于钛所具有的一系列优良性能，资源又很丰富， 钛的工业生产问世后，立即受到世界普遍高度重 视。1947年美国率先实现海绵钛生产工业化，当 年生产２吨海绵钛，1957年就发展到15000多 吨。日本1952年，前苏联1954年均相继开始了 海绵钛的生产。中国也于1958年开始了海绵钛的 试生产，现在已形成了完整的钛工业体系。当前， 世界上有钛工业的国家主要是美国、独联体、日 本、英国、中国和德国。

钛属于稀有金属，实际上钛并不稀有，其在地壳 中的丰度占第七位，占0.45%，远远高于许多常见 的金属。但由于钛的性质活泼，对冶炼工艺要求 高，使得人们长期无法制得大量的钛，从而被归 类为“稀有”的金属。用于冶炼钛的矿物主要有 钛铁矿（FeTiO3）、金红石（TiO2）和钙钛矿等, 也是钛的主要矿石,矿石经处理得到易挥发的四氯 化钛，再用镁还原而制得纯钛。
钛及钛合金发展至今，已有50多年历史，由于它 具有很高的比强度和耐蚀性，是世界各国大力发 展的轻金属材料。世界市场每年需求4～5万t钛及 钛合金。美国是最大的钛消费国。1994年用于军 事宇航约3200t，用于非军事商业宇航约7700t， 用于非宇航业约4800t，总共约15700t。日本则注 重发展钛的耐蚀性应用，1994年总共消费4241t， 耐蚀性商业纯钛占3773t，以应用其高比强度为主 的结构材料钛合金只占468t，其中宇航应用的钛 合金只占32. 7％，非宇航用钛合金占67.3％，这 其中又以消费品为主（占三分之二）.
耐蚀性能



ETi=－1.63V，而钛的致钝电位低，故钛易钝化。 常温下钛表面极易形成由氧化物、氮化 物组成的钝化膜，它在大气及许多浸蚀性介质中 非常稳定，具有很好的抗蚀性。 大气、海水、氯化物水溶液及氧化性酸 (硝酸、铬酸等)和大多数有机酸中，钛抗蚀性相 当于或超过不锈钢，在海水中耐蚀性极强，可与 白金相比，是海洋开发工程理想的材料。 钛与生物体相容性好，无毒，适做生物 工程材料。

全世界: 1955年 1975年 2万吨 7万吨
50000 45000 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0
2006年 14万吨
年量/吨
wk.baidu.com1995年 1997年 1999年 2001年 2003年 2005年 2007年 年份


（6）导热系数及线胀系数均较低。其导热系数比 铁低4.5倍，使用时易产生温度梯度及热应力，不 过，线胀系数低可补偿因导热系数低带来的热应 力问题。

钛的熔点为1668℃，比铁、镍的肖高，比铝、镁 的熔点高1000℃以上。因此，作为轻金属结构材 料，钛合金具有比铝、镁合金好得多的热强性， 最高使用温度以达600℃。钛在氧化性气氛中极易 在表面与氧形成一层坚固的氧化物薄膜，是其在 氧化性酸、碱、盐介质，特别是在湿氯气和海水 中，具有优异的抗腐蚀性能。
钛及钛合金
概述
TiO2

FeTiO3



钛源于Titans，即希腊神话中地球上大力士。 地壳中金属元素钛元素含量位列第四 (0.86%) ，居铝、 铁、镁之后。 自然界中不存在纯钛，仅以氧化物存在，如FeTiO3、 TiO2。 强度与钢相当，而密度几乎仅有钢的一半。

钛是英国科学家格内戈尔于1791年首先从钛铁矿石 中发现的，1795年德国化学家克拉普洛特也从金红 石中发现了这一元素，并命名为“钛”。由于钛的 化学活性高，在它被发现的120年后的1910年才首 次提炼出金属钛，1940年用镁还原法制得了海绵钛， 从此奠定了钛的工业生产方法的基础。



（3）具有优良的耐蚀性，在室温下就能很快生成 一层具有极好保护性的钝化层（TiO2）。它仅有 纳米尺度，室温下长大极慢。许多介质中，钛的 耐蚀性极高；但在还原性介质中差一 些，不过可以通过合金化改善。 （4）钛的低温性能很好，在液氮温度下仍有 良好的机械性能，强度高而仍保持有良好的塑性 及韧性。 （5）弹性模量较低 （120GP），约为铁的 54％。