钛基本知识

钛基本知识介绍从发现钛元素到制得纯品，历时一百多年。

而钛真正得到利用，认识其本来的真面目则是本世纪40年代以后的事情了。

地理表面十公里厚的地层中，含钛达千分之六，比铜多6l倍。

随便从地下抓起一把泥土，其中都含有千分之几的钛，世界上储量超过一千万吨的钛矿并不希罕。

海滩上有成亿吨的砂石，钛和锆这两种比砂石重的矿物，就混杂在砂石中，经过海水千百万年昼夜不停地淘洗，把比较重的钛铁矿和锆英砂矿冲在一起，在漫长的海岸边，形成了一片一片的钛矿层和锆矿层。

这种矿层是一种黑色的砂子，通常有几厘米到几十厘米厚。

1947年，人们才开始在工厂里冶炼钛。

当年，产量只有2吨。

1955年产量激增到2万吨。

1972年，年产量达到了 20万吨。

钛的硬度与钢铁差不多，而它的重量几乎只有同体积的钢铁的一半，钛虽然稍稍比铝重一点，它的硬度却比铝大2倍。

现在，在宇宙火箭和导弹中，就大量用钛代替钢铁。

据统计，目前世界上每年用于宇宙航行的钛，已达一千吨以上极细的钛粉，还是火箭的好燃料，所以钛被誉为宇宙金属，空间金属。

钛的耐热性很好，熔点高达1725℃。

在常温下，钛可以安然无恙地躺在各种强酸强碱的溶液中。

就连最凶猛的酸——王水，也不能腐蚀它。

钛不怕海水，有人曾把一块钛沉到海底，五年以后取上来一看，上面粘了许多小动物与海底植物，却一点也没有生锈，依旧亮闪闪的。

现在，人们开始用钛来制造潜艇一——钛潜艇。

由于钛非常结实，能承受很高的压力，这种潜艇可以在深达4500米的深海中航行。

钛没有磁性，用钛建造的核潜艇不必担心磁性水雷的攻击。

钛耐腐蚀，所以在化学工业上常常要用到它。

过去，化学反应器中装热硝酸的部件都用不锈钢。

不锈钢也怕那强烈的腐蚀剂——热硝酸，每隔半年，这种部件就要统统换掉。

现在，用钛来制造这些部件，虽然成本比不锈钢部件贵一些，但是它可以连续不断地使用五年，计算起来反而合算得多。

钛的最大缺点是难于提炼。

主要是因为钛在高温下化合能力极强，可以与氧、碳、氮以及其他许多元素化合。

因此，不论在冶炼或者铸造的时候，人们都小心地防止这些元素“侵袭”钛。

在冶炼钛的时候，空气与水当然是严格禁止接近的，甚至连冶金上常用的氧化铝坩埚也禁止使用，因为钛会从氧化铝里夺取氧。

现在，人们利用镁与四氯化钛在惰性气体——氦气或氩气中相作用，来提炼钛。

人们利用钛在高温下化合能力极强的特点，在炼钢的时候，氮很容易溶解在钢水里，当钢锭冷却的时候，钢锭中就形成气泡，影响钢的质量。

所以炼钢工人往钢水里加进金属钛，使它与氮化合，变成炉渣一—氮化钛，浮在钢水表面，这样钢锭就比较纯净了。

当超音速飞机飞行时，它的机翼的温度可以达到500℃。

如用比较耐热的铝合金制造机翼，一到二三百度也会吃不消，必须有一种又轻、又韧、又耐高温的材料来代替铝合金乙钛恰好能够满足这些要求。

钛还能经得住零下一百多度的考验，在这种低温下，钛仍旧有很好的韧性而不发脆。

利用钛和锆对空气的强大吸收力，可以除去空气，造成真空。

比方，利用钛制成的真空泵，可以把空气抽到只剩下十万万万分之一。

冶炼钛时，要经过复杂的步骤。

把钛铁矿变成四氯化钛，再放到密封的不锈钢罐中，充以氩气，使它们与金属镁反应，就得到“海绵钛”。

这种多孔的“海绵钛”是不能直接使用的，还必须把它们在电炉中熔化成液体，才能铸成钛锭。

但制造这种电炉又谈何容易！除了电炉的空气必须抽干净外，更伤脑筋的是，简直找不到盛装液态钛的坩埚，因为一般耐火材料部含有氧化物，而其中的氧就会被液态钛夺走。

后来，人们终于发明了一种“水冷铜坩埚”的电炉。

这种电炉只有中央一部分区域很热，其余部分都是冷的，钛在电炉中熔化后，流到用水冷却的铜坩埚壁上，马上凝成钛锭。

用这种方法已经能够生产几吨重的钛块，但它的成本就可想而知了。

钛材在海水淡化设备上的应用淡水约占地球水资源的3％，通过海水淡化获取新的淡水资源是今后世界用水的一大趋势．目前，海水淡化已成为像中东这样的水资源缺乏地区获取水源的主要方式。

1、世界海水淡化状况至1993年，世界各国在5738个地区的海水淡化设备共有9014台，总容量为1.624X107m3／d，仅中东地区总容量就达8．91X106ｍ3／d，占55％，美国为2.37X106ｍ3／d，占重5％。

早在50年代，就已采用海水淡化方法生产淡水．海水淡化的主要方法有：①蒸发法：多级闪蒸法、单级闪蒸法，立式多效法、横式多效法、浸管法、蒸气压缩法；②膜法：电透析法、逆浸透法；③复合法。

其中，蒸发法占60％，逆浸透法占33％，电透析法占5.5％。

2、钛在海水淡化设备中的应用2.1海水淡化设备中的导热管原海水淡化设备导热管主要用铜合金管，由于铜合金管存在很多不足，现已被可靠性高且免于维护的钛管所替代．(1)钛管的壁厚导热管壁厚由使用条件，管板材料、扩管作业的施工能力、管端的焊接技术等来决定，由于导热管直径小，对强度要求不高，因此实际使用中采用壁厚较薄的管材，一般，铜合金管等壁厚为0.9mm-1.2mm；用钛管代替，在腐蚀性小的地方，可用壁厚为0.3mm的薄壁焊管。

(2)钛管的导热性由于导热管的材质不同，热导率也不同，如钛为17W／(m•k)，铝黄铜为lOOW/（m•k），90／10白铜为47W（m•k），70／30白铜为29W／(m•k)，因此，可通过壁厚的变化控制导热管的导热效果。

在以上材料中，钛的热导率最小．如使用薄壁钛焊管，导热性虽然比铝黄铜差，但与90／10白铜相当，比70/30白铜的要好。

(3)钛管的经济性钛管的单位质量价格比铜合金贵2-6倍，但从性价比上考虑，钛管价格可与铜合金管抗衡，由于钛的密度低，壁厚相同时，同等长度的钛管质量只是铜合金管的50％，当钛管壁厚为铜合金管的50％时，相同传热面积的钛管质量仅为铜合金管的1／4．按目前的价格水平，采用薄壁钛焊管的整体价格与铝铜管相同，比白铜管还便宜．可见，钛管在价格方面是有竞争力的。

2．2日本薄壁钛焊管的开发和应用钛带轧制技术的开发成功成为钛焊管批量生产的基础。

60年代，在水银法烧碱电解生产中，日本采用了钛丝；90年代初，为防止污染，对烧碱生产工艺进行了改进，随着隔膜法的采用，700多吨的钛带得以应用，以此为契机，日本研究开发了连续生产热轧和冷轧钛带卷的技术，建立了海水淡化和电站冷凝器钛薄壁焊管用的带卷的批量生产体系，相应开发了薄壁焊管的生产技术。

日立，三菱及东芝生产的电站冷凝器，使用了厚0．5mm的钛焊管，三菱、川崎、日立，三井以及神户制钢等公司生产的海水淡化装置，使用了厚0．5ｍｍ－0．7ｍｍ的钛焊管。

以电站应用为主，钛焊管作为海水淡化、炼铁、船舶、石油精炼、化工等领域的传热管已广泛使用。

到1983年，在16年的时间里，日本生产了用于世界各地海水淡化设备的薄壁钛焊管4038ｔ，至今未发生因海水腐蚀而损坏的现象。

(1)通风凝结器和喷射压气机日本真正的海水淡化设备是1967年由松岛碳矿株式会社建成的2650ｔ/ｄ海水淡化设备。

该装置的通风凝结器及喷射压气机的传热管和管板，由于受海水中Bｒ-的腐蚀，不能用铜合金，换用钛后，没发生过因腐蚀导致的故障。

(2)热放出部冷凝器多级闪蒸冷凝器是将海水作冷却水，冷却各级闪速室产生的水蒸气，由于海水常混有泥沙、海生物，它们在传热管内及管端附着，侵蚀铜合金管。

因此，现在几乎所有的MSF型海水淡化设备的传热冷凝器上都使用了钛管。

特别是为了杀死海水中的细菌，不得不注入氧时，更需使用耐蚀性好的钛管。

(3)热回收部冷凝器热回收部冷凝器传热面积较大，由于经济原因，现通常使用铜合金管，仅在特殊场合使用钛管，如含有氨或硫化氢等污染物的介质对铜合金的腐蚀剧烈。

1977年，向德国出口的3600ｔ/ｄ的MSF型淡化装置，由于它是氨的附属设备，不能用铜合金，而采用了钛；由于硫化氧的腐蚀，秘鲁的3120ｔ/ｄMSP型淡化设备，使用1年后铝黄铜管就发生了腐蚀，最后将全部传热管换成了钛管。

据报道，日产百吨的海水淡化装置用钛管达6万根．从1967年至1994年，在近30年的时间里，共生产了52套原于能级火力发电用冷凝器和7套海水淡化设备，共计使用钛焊管11000ｔ。

3、使用时应注意的问题(1)电偶腐蚀,钛在海水中电位较正，与其它金属接触时，可促进其它金属的腐蚀。

防止办法有传热管和管板均采用钛，或用牺牲阳极的办法。

80℃以上，为防止吸氢，使用Fｅ-90％Ni合金作牺牲阳极；80℃以下，使用涂层或胶衬钢板。

(2)间隙腐蚀,钛管采用扩管法安装在钛管板上，在100℃，pH值为8的海水中可发生间隙腐蚀．但实际水室中使用了铜合金，即使海水温度达到120℃，也不会发生间隙腐蚀。

在现实中，为了提高设备的可靠性，在100℃以上使用时多采用管端焊接来防止间隙腐蚀。

(3)吸氢,在80℃以上的海水中；钛有可能吸氢；施加阴极保护时，过保护时会引起吸氢。

如采用Fe-9％Nq合金作牺牲阳极板时，不会发生钛吸氢。

(4)振动,由于钛管壁薄，在替换铜合金管时，还应注意管振动引起的破坏。

可采用比铜合金管的管支撑板间隔小的方法来解决这一问题。

钛在国防工业上的应用一.我国国防工业使用钛的情况无论是美国还是俄罗斯，其钛材主要应用于飞机制造业和造船业。

近年来，我国这两个领域发展很快，不断有新型飞机量产，在研的项目也很多，估计这两个领域的用钛量将会大幅增加，而且也有报道说明我们的F10上也使用了较多的钛合金，前段时间还有网友在铁血网站上贴出了我国新型的钛合金发动机罩和强5战机的机翼钛合金连接件的图片。

可见我国在钛合金使用上面早已成熟，假以时日，我们的钛合金的应用也能让航空航天工业飞跃。

在航天领域，中国第一台大型全钛紫外太空望远镜也已经制造并实验完毕，钛合金在太空领域的应用前途光明。

每种钛合金都有各自的用途。

飞机制造和航天工业运用钛合金大家已经十分了解，在会生活及在机械业中的使用更是多多，象眼镜架啊，高尔夫球杆啊，超级运动自行车啊，等等。

但在陆军和海军中的使用我们却是知之甚少，而且相关的文章和说明也不是很多，下面就列举一些我国高性能钛合金在国防工业的应用情况。

1.发动机业：钛5Al2.5Sn高强钛合金—齿轮套、发动机外壳、叶片罩钛8Al1Mo1V高钛合金—发动机叶片、陀螺仪导向罩、内蒙皮钛6Al4V（抗拉强度≥895MPa）热处理强化钛合金—核心机叶片及叶轮2.航空业：钛6Al2Sn强化钛合金—紧固件、导向装置、重要结构钛4AlMo1V钛合金—飞机骨架钛Sn5Zr1Mo钛合金—起落架、飞机承重架、紧固件3.航天业钛合金1M1315—火箭机盘、导弹基座构件钛合金1M1550—导弹动力叶片套钛合金T-A6V—飞船主用材料4.陆军业我国已经研制成功了83-1型和83-2型两种迫击炮。

83-1型82迫击炮广泛采用了钛合金，把全炮重量降低到18.1公斤，极其方便班、排这样的小单位的袭扰战的开展。