钛金属材料

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1668℃。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——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。
钛合金广泛应用于飞机制造
钛的广泛分布及运用
地球表面十公里厚的地层中，含钛达千分之六，比铜多61倍，在地壳 中的含量排第十位（地壳中元素排行：氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾 、镁、氢、钛）。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稀罕。 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 。 钛矿石 钛没有磁性，用钛建造的核潜艇不必担心磁性水雷的攻击。 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
钛的冶炼
制取金属钛的原料主要为金红石，其中含TiO2大于96%。缺少金 红石矿的国家，例如苏联，则采用钛铁矿制成的"高钛渣"，其中含 TiO290%左右。近年因天然金红石涨价和储量日减，各国都趋向于用 钛铁矿制成富钛料，即高钛渣和人造金红石。 钛在1791年被发现，而第一次制得纯净的钛却是在1910年，中间经 历了一百余年。原因在于：钛在高温下性质十分活泼，很易和氧、氮 、碳等元素化合，要提炼出纯钛需要十分苛刻的条件。 工业上常用硫酸分解钛铁矿的方法制取二氧化钛，再由二氧化钛 制取金属钛。浓硫酸处理磨碎的钛铁矿（精矿），发生下面的化学反 应： FeTiO3+3H2SO4 == Ti(SO4)2+FeSO4+3H2O FeTiO3+2H2SO4 == TiOSO4+FeSO4+2H2O FeO+H2SO4 == FeSO4+H2O Fe2O3+3H2SO4 == Fe2(SO4)3+3H2O
FeO+H2SO4 == FeSO4+H2O Fe2O3+3H2SO4 == Fe2(SO4)3+3H2O 为了除去杂质Fe2(SO4)3，加入铁屑，Fe3+ 还原为Fe2+，然后将溶液 冷却至273K以下，使得FeSO4·7H2O（绿矾）作为副产品结晶析出。 Ti(SO4)2和TiOSO4水解析出白色的偏钛酸沉淀，反应是： Ti(SO4)2+H2O == TiOSO4+H2SO4 TiOSO4+2H2O == H2TiO3+H2SO4 锻烧偏钛酸即制得二氧化钛： H2TiO3 == TiO2+H2O 工业上制金属钛采用金属热还原法还原四氯化钛。将TiO2（或天然的金 TiO2 红石）和炭粉混合加热至1000～1100K，进行氯化处理，并使生成的TiCl4， 蒸气冷凝。 TiO2+2C+2Cl2=TiCl4+2CO在1070K 用熔融的镁在氩气中还原TiCl4可得多孔的海绵钛： TiCl4+2Mg=2MgCl2+Ti 这种海绵钛经过粉碎、放入真空电弧炉里熔炼，最后制成各种钛材。 也可以通过反应：Ti+2I2=TiI4 得到的TiI4经过高温（1250℃左右）情况下分解： TiI4=Ti+2I2 由此得到纯钛棒。
钛的用途
应用了钛合金的产品
钛的强度大，纯钛抗拉强度最 高可达180kg/mm2。有些钢的 强度高于钛合金，但钛合金的 比强度（抗拉强度和密度之比 ）却超过优质钢。钛合金有好 的耐热强度、低温韧性和断裂 韧性，故多用作飞机发动机零 件和火箭、导弹结构件。钛合 金还可作燃料和氧化剂的储箱 以及高压容器。现在已有用钛 合金制造自动步枪，迫击炮座 板及无后座力炮的发射管。在 石油工业上主要作各种容器、 反应器、热交换器、蒸馏塔、 管道、泵和阀等。钛可用作
钛矿石
钛的发展史
钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具 有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。 第一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的Ti-6Al-4V合金， 由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生 物相容性均较好，而成为钛合金工业中的王牌合金，该合金使用量已 占全部钛合金的75％～85％。 20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和 机体用的结构钛合金，70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来， 耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。耐热钛合金的使用温度已 从50年代的400℃提高到90年代的600～650℃。A2(Ti3Al)和r（TiAl ）基合金的出现，使钛在发动机的使用部位正由发动机的冷端（风扇 和压气机）向发动机的热端（涡轮）方向推进。 另外，20世纪70年代以来，还出现了Ti-Ni、Ti-Ni-Fe、Ti-Ni-Nb 等形状记忆合金，并在工程上获得日益广泛的应用。
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谭津 通信101 通信101
百科名片
钛是一种金属元素，灰色，原子序数22，相 对原子质量47.87。能在氮气中燃烧，熔 点高。钝钛和以钛为主的合金是新型的结 构材料，主要用于航天工业和航海工业。 钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性 高等特点而被广泛用于各个领域。世界上 许多国家都认识到钛合金材料的重要性， 相继对其进行研究开发，并得到了实际应 用。20世纪50～60年代，主要是发展航 空发动机用的高温钛合金和机体用的结构 钛合金，70年代开发出一批耐蚀钛合金 ，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合 金得到进一步发展。钛合金主要用于制作 飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导 弹为基加入其他元素组成的合金。钛有两种同质异晶体： 882℃以下为密排六方结构α钛，882℃以上为体心立方的β钛。 α钛合金 钛合金 它是α相固溶体组成的单相合金，不论是在一般温度下还是在较高的实际 应用温度下，均是α相，组织稳定，耐磨性高于纯钛，抗氧化能力强。在 500℃～600℃的温度下，仍保持其强度和抗蠕变性能，但不能进行热处理强 化，室温强度不高。 β钛合金 钛合金 它是β相固溶体组成的单相合金，未热处理即具有较高的强度，淬火、时 效后合金得到进 钛合金制匕首 一步强化，室温强度可达1372～1666 MPa；但热稳定性较差，不宜在高温 下使用。
电极和发电站的冷凝器以及环境污染控制装置。钛镍形状记忆合金在 仪器仪表上已广泛应用。在医疗中，钛可作人造骨头和各种器具。钛 还是炼钢的脱氧剂和不锈钢以及合金钢的组元。钛白粉是颜料和油漆 的良好原料。碳化钛，碳（氢）化钛是新型硬质合金材料。氮化钛颜 色近于黄金，在装饰方面应用广泛。 钛和钛的合金大量用于航空工业，有"空间金属"之称；另外，在 造船工业、化学工业、制造机械部件、电讯器材、硬质合金等方面有 着日益广泛的应用。 此外，由于钛合金还与人体有很好的相容性，所以钛合金还可以 作人造骨。 钛的抗腐蚀性 硝酸锆与氢氧化钛 锆是一种应用于原子能工业和在高温高压下用作耐蚀化工材料，但在 溶液中其活泼性仅次于钠。 根据实验知，钛放入海底20~50年均不会被腐蚀。