鈦的用途
鈦金屬和鈦合金應(yīng)用
鈦是20世紀50年代發(fā)展起來的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬,鈦合金具有密度低、比強度高、耐蝕性好、導熱率低、無毒無磁、可焊接、生物相容性好、表面可裝飾性強等特性,廣泛應(yīng)用于航空、航天、化工、石油、電力、醫(yī)療、建筑、體育用品等領(lǐng)域。世界上許多國家都已經(jīng)認識到鈦合金材料的重要性,相繼對其進行研究開發(fā),并得到了實際應(yīng)用。
汽車行業(yè)
降低燃油消耗、減少有害廢棄物(CO2、NOX 等)排放已經(jīng)成為汽車行業(yè)技術(shù)進步的主要動力和方向之一。研究表明,輕量化是實現(xiàn)節(jié)省燃料、減少污染的有效措施。汽車的質(zhì)量每降低10%,燃料消耗可節(jié)省8%-10%,廢氣排放可減少10%。在駕駛方面,汽車輕量化后加速性能提高,車輛控制穩(wěn)定性、噪音、振動方面也都有改善。從碰撞安全性考慮,汽車輕量化后,碰撞時慣性小,制動距離減少。
汽車輕量化的首選途徑就是用高比強度的輕質(zhì)材料,如鋁、鎂、鈦等替代傳統(tǒng)的汽車材料(鋼鐵)。2009年全球汽車用鈦量已達3000噸。鈦在賽車上的應(yīng)用已有許多年的歷史目前賽車幾乎都使用了鈦材,日本汽車用鈦已超過600噸,隨著全球汽車工業(yè)的發(fā)展,汽車用鈦還在快速增加。
汽車使用鈦的優(yōu)點有:減輕重量,降低燃料消耗;改善動力傳輸效果,降低噪音;減少振動,減輕部件載荷;提高車的持久性及環(huán)境保護。
醫(yī)療行業(yè)
鈦在醫(yī)療領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。鈦與人體骨骼接近,對人體組織具有良好的生物相容性、無毒副作用。人體植入物是與人的生命和健康密切相關(guān)的特殊的功能材料。同其它金屬材料相比較,使用鈦及鈦合金的優(yōu)勢主要有以下幾點:1 質(zhì)輕;2 彈性模量低;3無磁性;4 無毒性;5 抗腐蝕性;6 強度高、韌性好。外科植入物中的鈦合金用量正以每年5%-7%的速度增長。采用鈦及鈦合金制造的股骨頭、髖關(guān)節(jié)、肱骨、顱骨、膝關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、掌指關(guān)節(jié)、頜骨以及心辨膜、腎辨膜、血管擴張器、夾板、假體、緊固螺釘?shù)壬习俜N金屬件移植到人體中,取得了良好的效果,被醫(yī)學界給予了很高的評價。
化工行業(yè)
鈦具有優(yōu)良的耐腐蝕性能、力學性能和工藝性能,被廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟許多部門。特別是在化工生產(chǎn)中,用鈦代替不銹鋼、鎳基合金和其它稀有金屬作為耐腐蝕材料。這對增加產(chǎn)量,提高產(chǎn)品質(zhì)量,延長設(shè)備使用壽命,減少消耗,降低能耗,降低成本,防止污染,改善勞動條件和提高勞動生產(chǎn)率等方面都有十分重要的意義。
鈦金屬已成為化工裝備中主要的防腐蝕材料之一,并在化工裝置中已確立了他的耐腐蝕地位。作為化工設(shè)備中的理想材料,鈦也愈來愈引起工程技術(shù)人員的重視。
經(jīng)過多年的推廣,鈦及其合金已作為一種優(yōu)異的耐腐蝕結(jié)構(gòu)材料在化工生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。目前鈦設(shè)備的應(yīng)用已從最初的純堿與燒堿工業(yè)擴展到氯酸鹽、氯化銨、尿素、有機合成、染料、無機鹽、農(nóng)藥、合成纖維、化肥、和精細化工等行業(yè),設(shè)備種類已從小型、單一化發(fā)展到大型、多樣化。
調(diào)查結(jié)果表明鈦換熱器占57%,鈦陽極占20%,鈦容器占16%,其他占7%。在化學工業(yè)中以“兩堿”為主,化工設(shè)備中鈦換熱器用量最大。
近年來,我國鈦材的生產(chǎn)技術(shù)提高迅速,航空航天用鈦,軍事用鈦,汽車用鈦等增長都很迅速,尤其是航空航天領(lǐng)域,有趕超化工用鈦的趨勢??傮w而言,化工用鈦的技術(shù)含量小,產(chǎn)品附加值低,化工用鈦比例不可避免會逐步下降。
海洋工程
隨著科學技術(shù)的發(fā)展和陸地資源日趨枯竭,人類開發(fā)利用海洋已經(jīng)提到日程上來了。鈦對于海水有優(yōu)異的耐蝕性能,大量運用于海水淡化、艦船、海洋熱能開發(fā)和海底資源開采等領(lǐng)域。
早在20世紀60年代,我國就已經(jīng)開始了對鈦及鈦合金在船舶及海洋工程裝備上的應(yīng)用研究,并做了大量工作,已基本形成了牌號較多、性能各異、品種規(guī)格齊全的船用鈦合金體系。由于鈦及鈦合金自身所具備的特性,使其在艦船以及海工裝備的應(yīng)用上具有得天獨厚的優(yōu)勢,因而被廣泛應(yīng)用于核潛艇、深潛器、原子能破冰船、水翼船、氣墊船、掃雷艇以及螺旋槳推進器、海水管路、冷凝器、熱交換器等。
在艦船應(yīng)用方面,目前我國艦船用鈦量非常少,占船舶總重量的比例不超過1%,艦船及海工裝備用鈦及鈦合金領(lǐng)域發(fā)展?jié)摿薮?。此外,在海水淡化以及濱海電站方面,由于我國目前海水淡化以及濱海電站市場需求巨大,在進一步降低鈦合金成本以及提高產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性的情況下,鈦的市場應(yīng)用前景將非常廣闊。
日常生活
鈦在日常生活中的應(yīng)用非常廣泛,可謂無處不在,例如高爾夫球頭、自行車車架、網(wǎng)球拍、輪椅、眼鏡架等都會應(yīng)用到鈦。
鈦以其輕質(zhì)、強度高的特性在體育用品中的應(yīng)用,從最早的網(wǎng)球拍、羽毛球拍逐步擴展到了高爾夫球頭、球桿以及賽車等。2008年我國體育休閑占總消費量的13%,其中僅高爾夫球頭和球桿的用鈦量就超過了1000噸。鈦合金做成的自行車車架也頗受歡迎,目前有近50價公司生產(chǎn)鈦自行車,美國早已是最大的鈦自行車生產(chǎn)商和消費國。鈦輕質(zhì)的特點也應(yīng)用到眼鏡架中,而且鈦又不易與皮膚發(fā)生過敏,并且鈦表面經(jīng)陽極處理可有絢麗色彩,因此從20世紀80年代初就開始應(yīng)用于鏡架中。
近幾年,鈦在人類日常生活中的應(yīng)用在不斷擴展,且發(fā)展速度很快,應(yīng)用技術(shù)也更趨成熟、完善。在鈦的日常生活品應(yīng)用方面,美國和日本走在前面。