1、鈦及鈦合金性質(zhì)簡(jiǎn)介

1.1 鈦簡(jiǎn)介：

鈦是一種新型材料，具有密度小、比強度高、耐熱和抗腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。它的重量?jì)H有鐵的一半，但是其力學(xué)性能例如錘擊、拉延等卻和銅不分上下。一般來(lái)講隨著(zhù)溫度的降低，金屬的抗擊打性能會(huì )下降，但是鈦卻恰恰相反，溫度越低，鈦會(huì )變得越來(lái)越堅硬，并且在達到臨界溫度時(shí)會(huì )出現超導的現象。

1.2 鈦合金簡(jiǎn)介：

鈦合金和鈦在某種程度上性質(zhì)類(lèi)似，具有密度小強度高的特點(diǎn)，此外其機械性能十分優(yōu)異，抗腐蝕能力較強。而且其熱強度高，明顯優(yōu)于鋁合金，同時(shí)在低溫和超低溫下其力學(xué)性能變化不大。

2、鈦的新工藝、新技術(shù)及新用途

2.1 鈦的制備方法

雖然鈦在自然界中含量相對豐富，但是因為其存在分散，且難以提取，所以鈦也是一種稀有金屬。目前來(lái)說(shuō)鈦的制備一共分為兩大類(lèi) ：熱還原法和熔鹽電解法。

(1)熱還原法制備鈦

熱還原法是在一定溫度下，利用Li、Na、Mg、Ca及其氫化物等強還原劑，把鈦從鈦的化合物如TiCl 4 、TiO 2 、K 2 TiF 6 等中還原出來(lái)。根據鈦化合物的不同，可將熱還原法制備鈦的技術(shù)分為三大類(lèi) ：

①鈦的氯化物的氧化還原法，如Kroll法、Hunter法、Armstrong法和EMR法等 ;

②鈦的氧化物的氧化還原法，如OS法、PRP工藝、MHR法等 ;

③鈦酸鹽的氧化還原法。

目前只有Kroll法和Hunter法能夠成功應用在工業(yè)生產(chǎn)中。Kroll法是利用金屬鎂將氯化物中的鈦置換出來(lái)，Hunter法是利用金屬鈉將氯化物中的鈦置換出來(lái)。此外，美國芝加哥國際鈦粉公司開(kāi)發(fā)的Armstrong法，其制備方法類(lèi)似于Hunter法，也是利用還原劑鈉對金屬鈦進(jìn)行提純。美國已經(jīng)開(kāi)始利用這一方法進(jìn)行工廠(chǎng)里面的預生產(chǎn)。

(2)熔鹽電解法制備鈦

1959年，Kroll預言在未來(lái)5-10年內熔鹽電解將會(huì )取代Kroll法成為生產(chǎn)鈦的主流方法。多年來(lái)國內外的科研機構和實(shí)驗室總共開(kāi)發(fā)了十幾種熔鹽電解法制備鈦的新技術(shù)，它們按原料可分為以下三類(lèi) ：①鈦酸鹽的電解法 ;②鈦的氯化物的電解法 ;③鈦的氧化物的電解法，包括有FFC劍橋法、MER工藝、USTB法、QIT工藝、SOM法和離子液體電解法等。

2.2 鈦的新用途

從20世紀40年代以來(lái)，鈦的用途發(fā)展很快，被廣泛應用于飛機、火箭、導彈、人造衛星、宇宙飛船、艦艇、軍工、醫療以及石油化工等領(lǐng)域。最新的研究中發(fā)現，人體中含有一定的鈦元素，鈦元素會(huì )刺激吞噬細胞，可以加強免疫作用，因此不少實(shí)驗室正致力于生物鈦的開(kāi)發(fā)和應用。

3、鈦合金的新工藝、新技術(shù)及新用途

3.1 鈦合金的制備方法

鈦合金傳統的加工一般采用熔煉和鑄造技術(shù)，最新的加工技術(shù)分為以下幾種：

(1)近凈成型技術(shù) ;

(2)線(xiàn)摩擦焊接技術(shù) ;

(3)超塑性成型技術(shù) ;

(4)材料制備及加工過(guò)程的計算機模擬技術(shù)。

近凈成型技術(shù)包括激光成型、精密鑄造、精密模鍛、粉末冶金、噴射成型等方法。粉末冶金法是利用鈦粉或鈦合金粉作為原料，經(jīng)過(guò)成型和燒結，從而制造鈦零部件的新工藝。首先是生產(chǎn)粉末，一般采用機械合金化的方法，利用球磨機對原料進(jìn)行強烈的撞擊、研磨和攪拌。然后對已經(jīng)形成粉末的合金進(jìn)行壓制成型，有兩種壓制方法，分別是加壓成型和無(wú)壓成型。這一步的目的是為了制得一定形狀和尺寸的壓胚，并且使其具有一定的密度和強度。然后在對制成的胚料進(jìn)行放電等離子燒結，利用上、下模沖及通電電極將特定燒結電源和壓制壓力施加于燒結粉末，經(jīng)放電活化、熱塑變形和冷卻完成制取高性能鈦材料。然后對經(jīng)過(guò)等離子燒結的鈦合金進(jìn)行后續的處理，一般是熱處理或者塑性加工。

3.2 鈦合金的新用途

鈦合金早期廣泛應用于航空航天領(lǐng)域，主要用在制作飛機發(fā)動(dòng)機或者氣壓部件。后來(lái)隨著(zhù)技術(shù)的不斷深入發(fā)展，鈦合金已經(jīng)進(jìn)入尋常百姓的生活中，在工廠(chǎng)或者家用器件上也有鈦合金的身影?，F在個(gè)國家和機構都在爭相研制新的鈦合金，使其具有低成本高性能的特點(diǎn)，近些年鈦合金的新發(fā)展主要集中在以下五個(gè)方面。

(1)醫用鈦合金

鈦合金密度小且生物相容性好，是理想的醫用材料，甚至可以植入人體，以前在醫學(xué)領(lǐng)域中應用的鈦合金含有釩和鋁，會(huì )對人體造成危害。但是在近期，日本學(xué)者已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了新型鈦合金，具有良好的生物相容性，但是目前這種合金尚未大批量生產(chǎn)，相信在不久的將來(lái)，此類(lèi)優(yōu)質(zhì)合金能夠廣泛的應用于日常生活中。

(2)阻燃鈦合金

在一定壓力、溫度和空氣流速下能夠抗燃燒的鈦基合金是阻然鈦合金。美國，俄羅斯和中國都相繼研發(fā)出了新的阻然鈦合金，其中美國將這些阻然鈦合金應用在發(fā)動(dòng)機上，因為這些鈦合金對燃燒不敏感，所以可以大大提高發(fā)動(dòng)機的穩定性。

(3)高強高韌β型

β型鈦合金具有強度高，焊接性好，冷熱加工性能優(yōu)良的特點(diǎn)。研究人員利用這一規律，制備出的β型鈦合金的特點(diǎn)十分明顯 ：靈熱加工性能良好，塑性好，焊接性能好。且通過(guò)固溶——時(shí)效處理之后其機械性能有較大提高。目前日本和俄羅斯均制備出了此類(lèi)鈦合金。

(4)鈦鋁化合物

鈦鋁化合物相比一般的鈦合金來(lái)講具有高溫性能好，抗氧化抗蠕變性能好，且密度小于一般的鈦合金。這些優(yōu)異的特點(diǎn)注定了鈦鋁化合物會(huì )掀起新的合金熱潮。目前美國已經(jīng)合成了這種新的鈦鋁化合物合金，并且正在批量生產(chǎn)之中。

(5)高溫鈦合金

將快速凝固方法和粉末冶金法相結合，利用纖維或顆粒增強的復合材料制備出來(lái)的鈦合金具有優(yōu)異的高溫力學(xué)特征。高溫鈦合金的使用溫度極限遠遠高于普通鈦合金。目前美國已經(jīng)制備出了新型高溫鈦合金。

(6)鈦鎳合金

鈦和鎳組成的合金，被成為“記憶合金”，這種合金制成預先確定的形狀，再經(jīng)定型處理后，若受外力變形，只要稍微加熱便可恢復原來(lái)的面貌。這種合金可用于儀器儀表、電子裝置等各種領(lǐng)域。

4、結語(yǔ)

鈦擁有許多金屬無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，隨著(zhù)社會(huì )的進(jìn)步、科技的發(fā)展，鈦及鈦合金的應用將更加廣泛，人類(lèi)對鈦和鈦合金的需求將日益增大，而生產(chǎn)成本高是限制鈦及鈦合金推廣使用的主要原因之一。因此，開(kāi)發(fā)與應用低成本、大規模及生態(tài)環(huán)保的連續化生產(chǎn)工藝，才能使鈦及鈦合金得到更加廣泛的應用。