钛的一些用途

发布日期:2015-7-31

钛及其合金具有重量轻、强度大、耐热性强、耐腐蚀等许多优特性，被誉为“未来的金属”，是具有发展前途的新型结构材料。钛及其合金不仅在航空、宇宙航行工业中有着十分重要的应用，而且已经开始在化工、石油、轻工、冶金、发电等许多工业部门中广泛应用。
1．钛在化工等部门的应用
　　钛的另一个显著特点是耐腐蚀性强，这是由于它对氧的亲合力特别大，能在其表面上生成一层致密的氧化膜，可保护钛不受介质腐蚀。金属钛在大多数水溶液中，都能在表面生成钝化氧化膜。因此，钛在酸性、碱性、中性盐水溶液中和氧化性介质中具有很好的稳定性，比现有的不锈钢和其它有色金属的耐腐蚀性都好，甚至可与铂比美。但是，如果在某种介质中，能连续溶解钛表面氧化膜时，则钛在这种介质中便会受到腐蚀。例如，钛在氢氟酸、浓的或热的盐酸、硫酸和磷酸中，由于这些溶液溶解钛表面氧化膜，所以钛被腐蚀。如果在这些溶液中加入氧化剂或某些金属离子时，则钛表面氧化膜便会受到保护，此时钛的稳定属于增加。
一．化学工业
　　钛在各种酸、碱、盐介质中，除上述四种无机酸和腐蚀性很强的氯化铝外，都具有很好的稳定性。所以，钛是化学工业中优良的抗腐蚀材料，得到了越来越广泛的应用。例如，在氯碱工业中使用钛金属阳极和钛制湿氯气冷却器，收到很好的经济效果，被誉为氯碱工业中的一大革命。
二．石油工业
　　钛在有机化合物中，除了温度较高下的五种有机酸（甲酸、乙酸、草酸、三氯乙酸和三氟乙酸）外，都具有非常好的稳定性。因此，钛是石油炼制和石油化工中优良的结构材料，可以用来制作各种热交换器、反应器、高压容器和蒸馏塔等。三．冶金工业     钛属活性金属，具有良好的吸气性能，是炼钢工业中优良的脱气剂，它能化合钢在冷却时析出的氧和氮。在钢中加入少量的钛（<0.1%）可使钢坚韧而富有弹性。钛也是炼钢，炼铝等工业中重要的合金添加剂。钛具有超导性，是一种常见的超导材料。另外，钛在含有金属离子的酸性溶液中具有很好的稳定性，因此钛在湿法冶金工业中，如铜、镍、钴、锰等有色金属的电解生产中，有着十分广泛的应用。
四．化肥工业
　　尿素是重要的化肥，在生产过程中尿素、氨、氨基甲酸铵和它们的混合液，在高温高压的条件下腐蚀性很强，使用钛取代不锈钢后设备寿命大大增加，检修时间大大减少。因此目前尿素生产中的主要设备都使用钛材。
五．海水淡化和造船工业
　　钛抗海水腐蚀的能力比其它所有金属都好，无论是在静止的或高速流动的海水中钛都具有特殊的稳定性。因此，钛是海水淡化装置的理想材料。钛在这个领域的应用数量将越来越大。钛抗海水和海洋空气腐蚀能力很强，而且强度大，重量轻，是造船工业的理想结构材料，已广泛应用在各种舰艇、深水潜艇的许多部件中。
六．电力工业
　　钛在含有氯化物、硫化物等许多腐蚀性较强的热水中具有较好的稳定性，因此钛已经大量在火力发电厂中用作为热交换器的冷却管。用薄壁钛管取代铜镍合金管后，不仅大大提高了使用寿命，而且大大减少了检修时间，经济效果十分显著。
七．造纸和纺织工业
　　钛对二氧化氯、亚氯酸、亚氯酸盐等漂白剂具有特殊的抗腐蚀性能。因此，钛在纺织印染工业、造纸工业的漂白设备中有着重要的应用。例如，钛材制造的亚漂机使用效果很好。同时，还有合成纤维等工业中用作喷丝头。
八．其它方面
　　钛能抵抗人体的腐蚀，并对人体无害。因此可以广泛用于工医疗和制药工业部门。钛有着良好的吸气性能，也在电子真空技术中和高真空技术中有广泛的应用。

钛在石油、化工等部门的应用

使用部门		用途
石油化工		反应器、压力容器、热交换器、分离器配管、蒸馏塔顶凝缩器内衬等。
化学工业		蒸馏塔、反应器、压力容器、热交换器、过滤器、测量仪器、汽轮机叶片、泵、阀、管道、氯碱生产电极、合成塔内衬、其它耐酸设备内衬。
造纸工业		搅拌器、漂白塔、加热锅、反应塔配管。
纺织工业		连续漂白机、蒸馏塔、反应槽、冷凝器、热交换管、离心分离机、喷丝头、阀、泵。
冶金工业		炼钢吸气剂、合金添加剂、超导合金材料、电解高纯金属（如钠、镍、钴）的阴极板和电镀槽等。
海水淡化和发电厂	热交换器、冷凝器、供水加热器、管道、其它接触海水的设备。
舰艇工业	舰艇外壳、甲板、阀、翼、快艇推进器、传动轴、蒸汽机、深潜艇压力舱、开发海洋设备。
其它	超高真空钛泵、医疗和矫形器械、人工关节、制药和食品工业设备。

2．钛材在航空工业中的应用
　　钛及其合金的比强度（强度与重量比）在金属结构材料中是很高的，它的强度与钢材相当，但其重量仅为钢材的57%。另外，钛及其合金的耐热性很强，在500℃的大气中仍能保持良好的强度和稳定性，短时间工作温度甚至还可更高些。而铝在150℃，不锈钢在310℃，就失去原有的机械性能。当飞机、导弹、火箭高速飞行时，其发动机和表面温度相当高，铝合金已不能胜任，应用钛合金是十分合适的。正是由于钛及其合金具有强度大、重量轻、耐热性强的综合优良性能，在飞机制造中用它来代替其它金属时，不仅可延长飞机的使用寿命，而且可以减轻其重量，从而大大提高其飞行性能。所以，钛是航空工业和宇宙航空工业中最有前途的结构材料之一。钛及其合金在航空工业中主要用于制造飞机发动机和机身。一般来讲，马赫数小于2的飞机，其发动机使用一部分钛及其合金，机身一般用铝合金。马赫数在于2的飞机，其发动机用钛量增加，而且机身也部分需要用钛。马赫数大于3.5的飞机，其发动机入口温度已很高，就不能用钛合金而需用超级合金了，但其机身用钛量则显著增加。钛及其合金还具有良好的耐低温性能，即使在-250℃的超低温下，它仍具有较高的冲击强度，可耐高压抗震动。因此，钛及其合金在火箭、导弹和宇宙飞船上不仅用于制造发动机外壳和结构部件，而且用于制造高压容器，如高压气瓶、低温液态燃料箱等。另外，钛及其合金在原子能反应堆和军用武器上都有应用。

钛在航空工业等部门的应用

使用部门	用途
航空式业	飞机机身和蒙皮、发动机、尾锥、喷管、弹射舱、防火壁、夹层结构机身机架、连结件和其它零件。
宇宙航行工业	飞船的液体燃料贮箱、高压容器、船舱、蒙皮、结构骨架、制动火箭主起落架，火箭、导弹高压容器、液体燃料贮箱、外壳、喷嘴、火箭发动机。
其它	原子能反应堆的结构材料、坦克天窗、炮筒和轻便常规武器等。

钛的特性

钛别	牌号	主要特性	用途举例
碘法钛	TAD	这是以碘化物法所获得的高纯度钛，故称碘法钛，或称化学纯钛。但是，其中仍然还有氧. 氮.碳.这类间隙杂质元素，它们对纯钛的力学性能影响很大。随着钛的纯度提高，钛的强度、硬度明显下降。故起特点是：化学性稳定性很好，但强度很底。	由于高纯度的钛强度较低，它作为结构材料应用意义不大，故在工业中很少用。目前在工业中广泛使用的是工业纯钛和钛合金。
工业纯钛	TA1 TA2 TA3	工业纯钛与化学纯钛不同之处是：它含有较多的氧.氮.碳及多种其它杂志元素（如铁.硅等），它实质上是一种低合金含量的钛合金。与化学纯钛相比，由于含有较多的杂志元素使其强度大大提高，它的力学性能与化学性与不锈钢相似（但和钛合金相比，强度仍然较低）工业纯钛的特点是：强度不高，但塑性好，易于加工成行，冲压、焊接、可切割加工性能良好；在大气，海.湿氯气及氧化性、中性、弱还原性介质中具有良好的耐蚀性，抗氧化性优于大多数臭固体不锈钢但耐热性较差，使用温度不太高。工业纯钛按其杂质含量的不同，分为TA1.TA2和TA3三个牌号。这三种工业纯钛的间隙杂质元素是逐渐增加的，故其机械强度和硬度也随之逐级增加，但塑性.韧性相应下降。工业上常用的纯钛是TA2，因其耐蚀性能和综合力学性能适中。对耐腐和强度要求较高时可采用TA3。对要求较好的成型性能时可采用TA1。	（1）主要用作工作温度360度以下，受力不大但要求高塑性的冲压件和耐蚀结构零件，例如：飞机的骨架个皮，发动机附件，船舶用耐海水腐蚀管道、阀门、泵及水带海水淡化系统零部件，化工上的热交换器泵体、蒸馏塔、冷却器、搅拌器、三通、叶轮、坚固件、离子泵、压缩机气阀以及柴油发动机活塞、连杆、叶簧等。（2）TA1.TA2在铁含量为0.095%.氧含量为0.08%.氢含量0.0009%.氮含量0.0062%时，具有很好的低温韧性和高的低温强度，可用作-259℃以下的低温结构材料。
α型钛合金	TA4	这类合金在室温和使用温度下有α型单相态，不能热处理强化追灭是唯一的处理方式，主要依靠固溶强化。室温强度一般低于β型和β型钛合金但高于工业纯钛，而在高温(500℃--600℃)下的强度和蜕变，强度却是三类钛合金中最高的，且组织稳定，抗氧化性和焊接性能好，耐蚀性和可切削加工性能也较好，但塑性低热塑性仍然良好/td>	抗拉强度比工业纯钛稍可做中等强度范围的结构材料，国内主要用作焊丝。
	TA5 TA6		用于>400℃以下在腐蚀介质中工作的零件及焊接件，如飞机才皮,骨架零件压气机壳体、叶片、船舶零件等。>
	TA7		500℃以下长期工作的结构零件和各种模锻件，短时使用可到900℃。亦可用作超低温(-233℃)部件超低温用的容器。
	TA8		500℃ s长期工作的零件，可用于制造发动机压气机盘和叶片。但合金的组织稳定性较差。在使用上受到一定限制。
β型钛合金	TB2	这类合金的的主要合金元素是钼、铬、钒等β稳定性化元素.在正火或级火时很容易将高温β相保留到室温，获得介稳定的β单相组织，故称β型钛合金。 β型钛合金可热处理强化，有较高的强度，焊接性能和压力加工性能良好；但性能不够稳定，熔炼工艺复杂，故应用不如α型、α+β型钛合金广泛。	在350℃以下工作的零件，主要用于制造各种整体热处理(固容.时效)的板材冲压件和焊接件；如压气机叶片、轮盘、轴类等重载荷旋转件，以及飞机的构件等。 TB2的合金一般在固溶处理状态下交,再固容，时效后使用。
α+β型钛合金	TC1 TC2	这类合金在高温是α+β型两相组织,因而得名为α+β型钛合金。它具有良好的综合力学性能，大多可热处理强化(但TC1、TC2、TC7不能热处理强化)，锻造、冲压及焊接性能较好，可切削加工，室温强度高。150--500度以下且有较好的耐热性,有的(如TC1、TC2、TC3、TC4)并有良好的低温韧性和良好的抗海水应力腐蚀及抗热盐应力腐蚀能力。缺点