钛的性质和主要应用
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钛有极佳的生物相容性、低的膨胀系数、高 度耐用性及无磁性，是极佳的骨骼支撑材料。作 为植入的髋关节其重量约为不锈钢的一半，并且 骨组织在生长时还可直接粘牢在钛植人体上。膝 关节、义齿再造等也使用钛合金。据统计，全世 界每年医学植人的用钛量在 600-1000 吨之间。 所用钛材除 Ti-6Al--4VELI(超低间隙氧)外，还
用
紧
固
件
使
用
Ti-5111(Ti-5Al-1Sn-1Zr-1V-0.8Mo)合金。我国 为适应海洋工程的需要，也开发了 Ti75、Ti31 和 Ti631 等合金。
据统计一台 20 万千瓦火力发电机组用钛量 为 90 吨，一座核电站用钛量为 80～100 吨。可 见能源与腐蚀等方面的用钛量不容漠视。
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井电站如采用钛材，其面貌将大为改观。
海洋油气钻探与地热开发主要使用
Ti-6Al-4VELI、 Ti-3Al-2.5V、 Ti-6Al-4V-0.1Ru、
Ti-3Al-2.5V-0.1Ru
及
含
钼
Ti-38644(Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo)等合金。船
钛的力学性质即通称的机械性能与纯度十 分相关。高纯钛具有优良的机加工性能，延伸率、
断面收缩率均佳，但强度低，不适合作结构材料。 工业纯钛含有适量的杂质，具有较高的强度和可 塑性，适宜制作结构材料。
在钛的化合物中以二氧化钛(TiO2)最有实 用价值。Ti02 对人体呈惰性，无毒害，它具有一 系列优良的光学性质。Ti02 不透明，光泽度与白
开发了无铝(免除对肾和肺的毒 害 )Timetal21SRx(Ti-2.75Nb-15.2Mo-0.34Fe-0
.18Si-0.250)
与
Timetal21S(Ti-2.9Nb-14-9Mo-0.09Fe-2.9Al-0
.22Si-0.140)、Ti-6Al-7Nb 等钛合金。
低成本钛的生产及钛粉末加工技术的发展，
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已有可能将钛的应用延伸到汽车行业。用钛制造 的弹簧已开始在一级方程式赛车上、竞赛用摩托 车以及最高级的法拉利汽车上应用。估计不久在 轻型汽车的发动机阀门、连杆、悬簧、排放系统 及紧固件上将获得应用。估计钛大举进入汽车市 场将从日本和美国开始。美国每年能够生产 1600 万辆轿车和轻型卡车，日本本田 1998 年下半年
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在能源工业中已知用钛作发电装置的冷凝 器和热交换器，如我国台州电厂、上海金山热电 厂和镇海发电厂的发电机组都选用了钛管冷凝 器，用钛量约 700 吨。秦山和大亚湾核电站都选 用了全钛冷凝器。近年来在地热井地热开发方 面，钛也大展风采，充分显示了自身的抗蚀能力。 在地热卤水的高温腐蚀性环境中用作动力蒸汽
钛及钛合金的主要消费领域首先是航空工
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业。20 世纪 80 年代，美国航空工业用钛占钛材 总用量的 74.8%，俄罗斯、英国等也主要用于航 空工业，日本 90%的钛材用于民用工业。近年来， 钛材在非航空航天工业中的应用不断增加，航空 航天仍居“主打”地位。从 1952 年钛在道格拉 斯 DC-7 班机上用作发动机短舱和隔火壁开始， 至今许多飞机的结构件均已使用钛合金制造。在
波音 757、超音速 SR-71 黑鸟、 F-22 喷气战斗机、 空间卫星和导弹上，钛零件都起到极为关键的作 用。如飞机内的风扇圆盘、发动机叶片等均为钛 铸件和锻件制造。
钛的第二项应用领域则与利用其抗蚀能力 相关。其中用量最大是作氯碱生产的电极材料。
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除强度外，按用途还可分为耐热、耐蚀、低 温及特殊功能(如 TiNi 形状记忆合金、 TiFe 贮氢 合金)等钛合金，按相组成可分为α 、α ＋β 和 β 及近α 、亚稳定等数种类型。至今投入生产的 合金牌号已超过 100 种，工业上广泛应用的只有 10 余种。其中作结构合金用的 Ti-6Al-4V 在钛合 金的整个销售市场中占 60％，居主导地位，其次
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度高，折射率与散射力大，遮盖力强、分散性好， 制成的颜料为白色粉末，俗称钛白，应用甚广。
(二)钛的应用 1．钛及其合金的应用 致密金属钛由于质量轻，比铝合金强度高，
能在高温下保持比铝为高的强度而受到航空工 业的高度重视。鉴于钛的密度为钢的 57％，其比 强度(强度／重量比或强度／密度比皆称比强度) 高，抗腐蚀、抗氧化、抗疲劳能力均强，钛合金 的 3／4 用作以航空结构合金为代表的结构材料， 1／4 主要用作耐蚀合金。
码(1 码=0.9144 米)或 15％。钛球棒的出现使美 国 1998 年内增加了 448 个新球场。球员的数目 达到 2500 万人(接近于全世界的一半)。1994 年 只卖出 500 个球棒，1995 年一下增到 19 万个， 而到 1997 竟猛增到 172 万个。钛在休闲运动领 域大有用武之地，诸如在滑雪板、雪橇、冰斧、 冰爪等爬山设施等方面。
已先期将钛阀门用于 Altezza 家庭轿车。
2．钛白的应用
钛白主要用于涂料、塑料、造纸、合成纤维、 印刷油墨、橡胶、搪瓷等方面，为其他白色涂料 所不及。超微细钛白和水及有机溶剂组成的钛溶 胶已成为独立的新品种，应用于化妆品、透镜表
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面涂饰剂、油墨与涂料添加剂，其应用领域仍在 扩大。美国是全球钛白的最大生产国和消费国， 1998 年的产量为 136 万吨，表观消费量为 113 万 吨，产值高达 30 亿美元。我国的产量和用量则 小得多。美国钛白的消费，50%为颜料、油漆、 清漆，23%为造纸，23%为塑料，9%为其他用途。
(一)钛的性质
钛的外观与钢极为相似，密度为 4.51 克／ 厘米 3，不足钢的 60％，是难熔金属中密度最低 的金属元素。
钛在常温下的空气中十分稳定。当加热到 400～550℃时，则在表面生成一层牢固的氧化
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膜，起防止进一步氧化的保护作用。钛吸收氧、 氮、氢的能力很强，这类气体是对金属钛十分有 害的杂质，即使含量甚微(0.01％～0.005％)也 能严重影响它的力学性能。
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是 Ti-5Al-2.5Sn，它的长期温度可达 500℃(强 度为 780～980 兆帕)。
但是，钛有两个主要因素使这个资源丰富的 元素不能成为常用金属。首先是成本。按美国的 市场，每磅(1 磅=0.45 千克)钛锭坯 8～12 美元， 铝锭为 1.00～1.30 美元／磅，碳素钢为 0.20～
3．其他应用
用钛铁矿精矿制成的钛铁(TiFe)是制造不 锈钢时使用的脱氧剂和稳定剂，钛铁贮氢阳极在 贮氢电池制造中与稀土贮氢材料在性能上各有 千秋，而成本则相对要低，在贮氢、运输、催化、 燃料电池等方面与稀土将有一搏。 Ti—Ni 形状记
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忆合金更是医用和军工不可或缺的高新技术材 料。至于电子陶瓷功能材料钛酸钡、钛酸锶、钛 化合物催化剂以及有机钛耐热漆和钛环氧涂料 等的用途更是不胜枚举。
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钛合金有低强高塑性、中强和高强之分，为 200(低强)～1300(高强)兆帕，但大体上可以把 钛合金看作是高强合金。它们比被认为是中强的 铝合金的强度为高，在强度上已完全可以取代某 些型号的钢材。与铝合金在 150℃以上的温度下 强度迅速下降相比，某些钛合金在 600℃仍能保 持良好的强度。
涡轮，其他材料皆因寿命短而不得不被钛取而代 之。用钛的优点在于能提高采热的生产率和地热 井的寿命。20 世纪 90 年代开始美国在南加州 SaltonSea 地区打了一口温度高达 300℃的地热 井，至令已使用 Ti-6Al-4V-0.1Ru 合金热轧无缝 管 227 吨。估计今后十年内世界各地地热开发的 用钛量可能达到 2400 吨。我国西藏地区的羊八
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工可产生 70％的残钛，有时这一数字可高达 90％。
为减少过高成本造成的负担，一方面发展了 残钛处理工艺，另一方面开发了近净成形、超塑 成形、精密铸造和粉末冶金以及热等静压与扩散 连接等高新技术。比如通过制粉、成型、烧结或
热等静压固结方法加工而成的粉末冶金制品为 近净成形件，材料利用率高达 80％，既降低了材 料消耗，又明显减少了切削加工量。又如大型薄 壁精密铸造技术在钛合金中的应用，使钛铸件性 能接近钛锻件，而成本降低 50％左右。
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高尔夫球、生物材料和汽车制造是钛材三个 极有希望的新的应用领域。
在运动与休闲领域，高尔夫球具用量的增长 颇富戏剧性，1993 年钛尚未进入这一领域，1997 年用钛量一下增长到 4000 吨。原因是用钛作球 棒强度高、质地轻、击球距离平均提高 20～30
钛阳极使用寿命为石墨阳极的 10 倍，使产能提 高近 1 倍，节电 15％。年产 1 万吨苛性钠，约需 5 吨钛。
在航海业的船舶制造中，钛曾有过昔日辉 煌。前苏联制造的 6～7 艘 3000 吨级核潜艇中每 艘用钛量高达 560 吨(其阿尔法级潜艇的钛用量
在 908 吨以上)。近年来在海洋油气勘探与开发 方面钛则显示了巨大的威力，仅 1997～1999 年 期间欧洲在北海油气开发方面就投入了 150 亿美 元，用于建造 21 个悬浮式生产作业船和 64 个平 台。一个新平台的生命安全系统需 50～500 吨钛， 楔形应力接头需 50～100 吨钛，可伸缩升降器需 400～1200吨钛，固定升降器需1400～4200吨钛。
0.40 美元／磅。但主要因素是钛本身的活性极 强，很难处理。炉内气氛必须严格控制，焊接须 在惰性气氛内进行。金属钛的活性高、热导率低、 变形抗力大、常温可塑性差，变形过程中不但易 与模具粘结，特别在机加工时有刀具和磨料粘结 到热的加工表面的倾向，使标准结构件的制造产 生大量废钛屑，即所谓的残钛。一般锻造钛锭加
钛有极佳的生物相容性、低的膨胀系数、高 度耐用性及无磁性，是极佳的骨骼支撑材料。作 为植入的髋关节其重量约为不锈钢的一半，并且 骨组织在生长时还可直接粘牢在钛植人体上。膝 关节、义齿再造等也使用钛合金。据统计，全世 界每年医学植人的用钛量在 600-1000 吨之间。 所用钛材除 Ti-6Al--4VELI(超低间隙氧)外，还
用
紧
固
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使
用
Ti-5111(Ti-5Al-1Sn-1Zr-1V-0.8Mo)合金。我国 为适应海洋工程的需要，也开发了 Ti75、Ti31 和 Ti631 等合金。
据统计一台 20 万千瓦火力发电机组用钛量 为 90 吨，一座核电站用钛量为 80～100 吨。可 见能源与腐蚀等方面的用钛量不容漠视。
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钛的力学性质即通称的机械性能与纯度十 分相关。高纯钛具有优良的机加工性能，延伸率、
断面收缩率均佳，但强度低，不适合作结构材料。 工业纯钛含有适量的杂质，具有较高的强度和可 塑性，适宜制作结构材料。
在钛的化合物中以二氧化钛(TiO2)最有实 用价值。Ti02 对人体呈惰性，无毒害，它具有一 系列优良的光学性质。Ti02 不透明，光泽度与白
开发了无铝(免除对肾和肺的毒 害 )Timetal21SRx(Ti-2.75Nb-15.2Mo-0.34Fe-0
.18Si-0.250)
与
Timetal21S(Ti-2.9Nb-14-9Mo-0.09Fe-2.9Al-0
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波音 757、超音速 SR-71 黑鸟、 F-22 喷气战斗机、 空间卫星和导弹上，钛零件都起到极为关键的作 用。如飞机内的风扇圆盘、发动机叶片等均为钛 铸件和锻件制造。
钛的第二项应用领域则与利用其抗蚀能力 相关。其中用量最大是作氯碱生产的电极材料。
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能在高温下保持比铝为高的强度而受到航空工 业的高度重视。鉴于钛的密度为钢的 57％，其比 强度(强度／重量比或强度／密度比皆称比强度) 高，抗腐蚀、抗氧化、抗疲劳能力均强，钛合金 的 3／4 用作以航空结构合金为代表的结构材料， 1／4 主要用作耐蚀合金。
码(1 码=0.9144 米)或 15％。钛球棒的出现使美 国 1998 年内增加了 448 个新球场。球员的数目 达到 2500 万人(接近于全世界的一半)。1994 年 只卖出 500 个球棒，1995 年一下增到 19 万个， 而到 1997 竟猛增到 172 万个。钛在休闲运动领 域大有用武之地，诸如在滑雪板、雪橇、冰斧、 冰爪等爬山设施等方面。
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2．钛白的应用
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钛的外观与钢极为相似，密度为 4.51 克／ 厘米 3，不足钢的 60％，是难熔金属中密度最低 的金属元素。
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3．其他应用
用钛铁矿精矿制成的钛铁(TiFe)是制造不 锈钢时使用的脱氧剂和稳定剂，钛铁贮氢阳极在 贮氢电池制造中与稀土贮氢材料在性能上各有 千秋，而成本则相对要低，在贮氢、运输、催化、 燃料电池等方面与稀土将有一搏。 Ti—Ni 形状记
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涡轮，其他材料皆因寿命短而不得不被钛取而代 之。用钛的优点在于能提高采热的生产率和地热 井的寿命。20 世纪 90 年代开始美国在南加州 SaltonSea 地区打了一口温度高达 300℃的地热 井，至令已使用 Ti-6Al-4V-0.1Ru 合金热轧无缝 管 227 吨。估计今后十年内世界各地地热开发的 用钛量可能达到 2400 吨。我国西藏地区的羊八
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热等静压固结方法加工而成的粉末冶金制品为 近净成形件，材料利用率高达 80％，既降低了材 料消耗，又明显减少了切削加工量。又如大型薄 壁精密铸造技术在钛合金中的应用，使钛铸件性 能接近钛锻件，而成本降低 50％左右。
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在航海业的船舶制造中，钛曾有过昔日辉 煌。前苏联制造的 6～7 艘 3000 吨级核潜艇中每 艘用钛量高达 560 吨(其阿尔法级潜艇的钛用量
在 908 吨以上)。近年来在海洋油气勘探与开发 方面钛则显示了巨大的威力，仅 1997～1999 年 期间欧洲在北海油气开发方面就投入了 150 亿美 元，用于建造 21 个悬浮式生产作业船和 64 个平 台。一个新平台的生命安全系统需 50～500 吨钛， 楔形应力接头需 50～100 吨钛，可伸缩升降器需 400～1200吨钛，固定升降器需1400～4200吨钛。
0.40 美元／磅。但主要因素是钛本身的活性极 强，很难处理。炉内气氛必须严格控制，焊接须 在惰性气氛内进行。金属钛的活性高、热导率低、 变形抗力大、常温可塑性差，变形过程中不但易 与模具粘结，特别在机加工时有刀具和磨料粘结 到热的加工表面的倾向，使标准结构件的制造产 生大量废钛屑，即所谓的残钛。一般锻造钛锭加