鈦合金的展望與新應(yīng)用--www.nmware.com

相信隨著鈦合金新應(yīng)用的不時(shí)開發(fā)與發(fā)展，總之。鈦新用量的不時(shí)上升，未來鈦的新應(yīng)用市場的發(fā)展前景光明。

并對鈦的新市場的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。從長遠(yuǎn)來看，鈦在建筑、汽車、計(jì)算機(jī)等新興市場中的應(yīng)用。未來鈦新應(yīng)用市場前景光明。

1951年進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)以來，自從人類1790年發(fā)現(xiàn)鈦元素。鈦逐漸顯示出它獨(dú)特的優(yōu)越性能。不只具有金屬結(jié)構(gòu)資料的優(yōu)越性能，而且在許多工藝介質(zhì)中具有優(yōu)異的耐腐蝕性能。鈦的應(yīng)用可以獲得明顯的技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)效益。鈦的蘊(yùn)藏量是銅的十倍，繼鐵、鋁之后的第三金屬”被稱為“空間金屬”

資源又很豐富，由于鈦所具有的一系列優(yōu)良性能。鈦的工業(yè)生產(chǎn)問世后，立即受到普遍高度重視。鈦的應(yīng)用首先是從軍工和航空工業(yè)開始的早在1951年美國就將鈦材用于飛機(jī)上，前蘇聯(lián)、英國的鈦材也主要用在軍事和航空領(lǐng)域。鈦材最早用于航空，航空市場一直是鈦?zhàn)钪饕氖袌?，目前仍占世界鈦市場總量?0%上世紀(jì)70年代后，鈦的優(yōu)良性能逐步在民用工業(yè)中得到普遍認(rèn)識，冶金、化工、電力等民用工業(yè)上的應(yīng)用逐年增加，用量也穩(wěn)步增長。

鈦的新應(yīng)用

鈦在建筑、汽車、計(jì)算機(jī)、裝甲、油氣開采、體育休閑用品等新應(yīng)用領(lǐng)域不時(shí)呈現(xiàn)，近年來。并形成一定的規(guī)模。

1.建筑用鈦

如在外部包覆、懸墻、屋頂包覆、蒸餾塔外層、頂蓋，鈦在許多建筑應(yīng)用領(lǐng)域中是一種優(yōu)異的可選擇材料。內(nèi)部包覆、燈具以及藝術(shù)雕塑品和紀(jì)念碑等。建筑用鈦具有杰出的耐蝕性、高強(qiáng)度、輕重量和耐久性，比其它任何金屬的使用壽命都長，且不需要怎么維修。因此從設(shè)計(jì)和開發(fā)來說，尤其是從壽命周期考慮，鈦是最實(shí)用的

其中國家大劇院僅蒙皮資料估計(jì)就使用400噸鈦材；阿布扎比機(jī)場預(yù)計(jì)在屋頂、結(jié)構(gòu)資料上的鈦材用量將達(dá)800噸。該機(jī)場的建設(shè)中，許多新的項(xiàng)目已列在規(guī)劃之中。如巴黎航空站已計(jì)劃在兩個(gè)大的世界級建筑項(xiàng)目中使用鈦。鈦還被選擇用作北京國家大劇院（見圖1和阿布扎比國際機(jī)場建筑用橢圓形頂?shù)馁Y料。鈦首次在結(jié)構(gòu)建筑中獲得應(yīng)用。為滿足工程需要，阿布扎比機(jī)場將使用航空級鈦合金厚板做結(jié)構(gòu)架，另外，機(jī)場外部還將用鈦嵌板和玻璃包覆。

但在日本的應(yīng)用已有多年了有百余個(gè)建筑物都使用了鈦，鈦在歐美建筑的應(yīng)用中相對較新。使許多重污染地區(qū)、都市和濱海地區(qū)的腐蝕問題得到圓滿的解決。

2.汽車應(yīng)用

降低燃料消耗，汽車零部件使用鈦可使汽車重量大大減輕。提高汽車工作效率，改善環(huán)境和降低噪音。據(jù)資料介紹，每降低10%車體重量就可以減少10%廢氣排放量及節(jié)省7%燃料消耗，因此汽車的輕量化將會起到節(jié)能，環(huán)?！彪p重功效。鈦在汽車中的具體應(yīng)用部位列于表1

使汽車減輕重量8.1千克，歐洲雪佛萊（Chevrolet汽車公司高性能的2001CorvettZ06型汽車上使用了鈦回氣管。并明顯地提高了耐蝕性。2001CorvettZ06型汽車，預(yù)計(jì)將生產(chǎn)6500輛。

一個(gè)典型的美國造的可乘坐5-6人的家用車中，用鈦制成的彈簧可比鋼彈簧減輕60%-70%重量。通常使用4個(gè)鈦卷彈簧，每輛車就可減輕10千克左右的重量。美國鈦金屬公司（Timet與德國大眾汽車公司于2001年1月宣布，大眾LupoFSI2001年型號車將使用鈦懸簧，大眾汽車公司預(yù)計(jì)生產(chǎn)了3500輛該型號車。這些是最近在汽車中大量使用鈦的例子。

近來的這些突破已吸引了許多賽車、豪華小汽車、小型廂式載重車和卡車的生產(chǎn)商。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和汽車制造商提高燃料經(jīng)濟(jì)性的需求，使用鈦制排氣系統(tǒng)和懸掛彈簧可為設(shè)計(jì)者提供兩種最大減輕重量的方法。會有更多的工程設(shè)計(jì)人員將選擇鈦用做汽車零件，鈦?zhàn)罱K將在汽車生產(chǎn)工業(yè)中占有重要的地位。

3.鈦在計(jì)算機(jī)上的應(yīng)用

因此鈦在個(gè)人電腦、手機(jī)等領(lǐng)域中的應(yīng)用日益增多。鈦在計(jì)算機(jī)上的使用主要是用做計(jì)算機(jī)外殼和硬盤盤片。因鈦具有質(zhì)量輕、無金屬過敏性、可循環(huán)利用等諸多優(yōu)良特性。

1鈦計(jì)算機(jī)外

不但提高了機(jī)殼的強(qiáng)度和抗震性能，IBM公司于2000年5月宣布其新型ThinkPad筆記本電腦外殼使用鈦基復(fù)合材料。ThinkPad電腦A系列（如A20p和T系列（如T20機(jī)殼均使用了鈦基復(fù)合材料。而且可使電腦更薄、更輕。

日本富士通公司率先采用純鈦（99.5%制造的小型A5尺寸、890克輕量筆記本電腦外殼。1999年該公司已在筆記本電腦（INTERTOPCX300外殼上使用鈦合金。

所以鈦?zhàn)鳛橥鈿べY料在實(shí)現(xiàn)薄壁化的同時(shí)又能保持強(qiáng)度，鈦比主要作為計(jì)算機(jī)外殼資料的金屬鎂的拉伸強(qiáng)度高出許多（鎂為44.4GPa鈦為106.3GPa鈦的導(dǎo)熱率（17W/m.K也只有鎂（159W/m.K十分之一。抑制來自硬件等的熱量擴(kuò)散，防止底面的發(fā)熱。尤其是因鈦外表耐蝕性優(yōu)良，外表的涂層處置等變得較為簡單。

2計(jì)算機(jī)硬盤盤片

前不久又出現(xiàn)了玻璃硬盤”因這種盤片具有更大的平滑性和更高的堅(jiān)固性，硬盤盤片大多采用鋁合金制造。且在高轉(zhuǎn)速時(shí)也具有更高的穩(wěn)定性。計(jì)算機(jī)硬盤盤片用鈦合金（主要是Ti-3A l-2.5V比通用的鋁合金和玻璃硬盤有更多的優(yōu)越性，如強(qiáng)度高，可減少盤片厚度，提高存儲密度和轉(zhuǎn)速，外表光潔度高，可減少讀寫磁頭與磁盤的距離，提高存儲密度；鈦盤片還具有損壞容許極限高、外表硬度高等特點(diǎn)。

由美國Timet公司投資500萬美元建成了一個(gè)鈦盤片內(nèi)部組織機(jī)構(gòu)，目前。1998年已小規(guī)模地在微機(jī)驅(qū)動部件上進(jìn)行新開發(fā)，硬盤用鈦會給Timet公司帶來很大益處。目前市場上使用較普遍的鈦硬盤的規(guī)格為：直徑95mm厚度0.635mm或0.8mm外表硬度14700MPa楊氏模量660GPa最高工作溫度700℃；平直度＜10μm粗糙度Ra＜0.8nm盤片采用的生產(chǎn)技術(shù)多為精密冷軋鈦或鈦合金，盤片外表可通過等離子氮化、等離子滲碳或等離子碳氮共滲進(jìn)行硬化處置，盤片外表也可噴鍍一層氮化鈦或硼化鈦硬涂層。

發(fā)展迅速。1998年世界盤片產(chǎn)量約為4.5億張。分析家預(yù)測，計(jì)算機(jī)硬盤盤片的市場很大。硬盤生產(chǎn)量以每年10%-15%速度增長。據(jù)估計(jì)，隨著信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展和市場的激烈競爭，鈦用于計(jì)算機(jī)會有較好的市場。

4.軍事工業(yè)

軍事戰(zhàn)車和火炮是鈦主要的軍事應(yīng)用，除軍用飛機(jī)外。其前景十分看好。軍用車輛急需減輕重量，當(dāng)前軍隊(duì)中絕大多數(shù)軍車已達(dá)到其設(shè)計(jì)重量極限。而任何新技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)有的車輛上，都要求除去相當(dāng)?shù)闹亓?，并不能影響沖擊防護(hù)性能，因此鈦是最佳的選擇。鈦在地面軍用車輛中的應(yīng)用有M1主戰(zhàn)坦克、M2戰(zhàn)車和Bradlei戰(zhàn)車等（見圖5試驗(yàn)標(biāo)明，Ti-6A 1-4V合金和新型TIMETA LTi-62S合金優(yōu)于慣例的均質(zhì)裝甲鋼（RHA 資料。鈦、鋁、和RHA 鋼的一些性能比較列于表2中。

可減輕25%-60%重量，鈦與常規(guī)的軋制均勻裝甲鋼材料相比具有高比強(qiáng)度、極好的射擊和多次射擊性能、可焊性和機(jī)加性以及極強(qiáng)的耐腐蝕性。提高裝甲車的戰(zhàn)斗能力和機(jī)動性，并減少壽命周期本錢。低利息多用途的TIMETA L62S合金與常規(guī)Ti-6A l-4V合金相比還可節(jié)省15%-20%費(fèi)用，因此它美國軍隊(duì)裝甲應(yīng)用的首選，比如用在Bradlei戰(zhàn)斗車指揮艙的艙口處。

鈦主要用于指揮艙蓋和頂部防護(hù)裝甲的改進(jìn)，M2戰(zhàn)車上。指揮艙蓋每個(gè)重68千克，待改進(jìn)M2戰(zhàn)車總計(jì)1000輛，1997年已對首批的580輛進(jìn)行了改裝。

兩種155毫米輕型牽引榴彈炮使用了大量的鈦合金。XM777155mm超輕型便攜式榴彈炮的架尾和反沖擊氣缸是用鈦制成的美國RMI公司從2001年開始為英國宇航系統(tǒng)公司研制的XM777型155mm榴彈炮提供鈦材。榴彈炮從2003年開始交貨，火炮系統(tǒng)中。2010年將要制造821門，該項(xiàng)目將為RTI贏得1億美元的收入。

但因價(jià)格原因而不能廣泛用于國防領(lǐng)域，盡管鈦合金性能優(yōu)良。隨著低利息鈦合金研究力度的加大，鈦還將用于M113裝甲運(yùn)輸車的改造，若將50%M113進(jìn)行改進(jìn)，大約要用鈦80000噸。鈦在未來軍事領(lǐng)域的應(yīng)用還將深入到海運(yùn)裝備中，海軍艦船上每年大約需要更換9.7萬米熱交換器用的銅鎳合金管，如果改用鈦管，可延長使用壽命，節(jié)省大量維修費(fèi)用。

5.體育用品

如高爾夫球棒和球頭、網(wǎng)球拍、登山鞋、滑雪鞋、冰球冰刀、自行車架、短跑運(yùn)動鞋鞋釘?shù)?。鈦在體育用品中的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛。

鈦的比重小，鈦高爾夫球桿明顯占優(yōu)勢。強(qiáng)度大，可以把球頭做得更大，而不會增加球桿的總重量。廣泛的試驗(yàn)中，高爾夫球手用鈦球頭比用標(biāo)準(zhǔn)加大的鋼球頭的擊中率平均可提高20%而且擊球距離有所提高。美國在高爾夫球等民用品方面的用鈦量增長很快，1996年美國高爾夫市場鈦的消耗達(dá)4500噸。

增強(qiáng)了球拍的打擊力，鈦制網(wǎng)球拍市場需求量近來呈上升勢頭。鈦網(wǎng)由于深埋球拍的框架內(nèi)。受到玩家的好評?，F(xiàn)在日本幾乎所有的網(wǎng)球拍生產(chǎn)廠家都在出售鈦制球拍，占到球拍市場約一半的份額。

日本眼鏡架的半數(shù)以上是鈦鏡架。如果鈦鏡架市場在不遠(yuǎn)的將來擴(kuò)大到中國、東南亞等地區(qū)，因鈦眼鏡架的輕量、高強(qiáng)度、高耐蝕性、又不發(fā)生金屬過敏等優(yōu)點(diǎn)。那么目前的鈦鏡架需求將會成倍增加。

鈦?zhàn)孕熊囂貏e適合高檔次自行車運(yùn)動的要求，現(xiàn)在自行車運(yùn)動在全世界得到廣泛開展。因此鈦?zhàn)孕熊嚨匿N量也在逐步增大。

鈦在手表、首飾、滑雪用具、魚竿等體育休閑用品上的應(yīng)用也不勝枚舉，除此之外。其用量相當(dāng)可觀。

6.食品器械

鈦制食品設(shè)備具有高效率、短命命、低維修成本、低商品壽命本錢的優(yōu)點(diǎn)，鈦在食品器械的應(yīng)用中表示出高耐蝕性、輕重量、生物相容性、低粘附性、高清潔性與殺菌性。且安裝簡便，容易檢修。食品的保管與加工多采用加鹽法，此方面，鈦比其它金屬資料更加優(yōu)異。且在食品加工工藝中，防止了來自資料的污染或通過腐蝕而進(jìn)入到制品中的微生物污染，鈦的耐腐蝕性能可說是獨(dú)一無二的特別是粘附性之低可與特氟綸相比，加之鈦加工技術(shù)的可行性，實(shí)現(xiàn)了深層的衛(wèi)生狀態(tài)，使凈洗作業(yè)變得簡單，且提高了效率。制品不受污染，味道純粹。因此，鈦在釀造、食品加工裝置資料的使用中成為安全、衛(wèi)生的資料。

食品器械產(chǎn)業(yè)市場被不銹鋼所壟斷，目前。世界上每年有數(shù)百萬噸的不銹鋼在與食品相關(guān)的領(lǐng)域得以使用。為了拓展鈦在食品相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用，研究人員對于食品用鈦的耐蝕性和香、味的變化等功能試驗(yàn)及數(shù)據(jù)的整理工作正在進(jìn)行。事實(shí)上，食品工業(yè)對鈦并不熟知，因此應(yīng)進(jìn)行大規(guī)模的市場促銷活動，以增加鈦在食品行業(yè)中的用量。

新應(yīng)用市場前景展望

航空工業(yè)的興衰對鈦工業(yè)仍起著決定性的作用。9.11恐怖事件對航空業(yè)的打擊加強(qiáng)了人們開拓新市場的認(rèn)識，目前。使人們再次意識到開發(fā)航空業(yè)以外鈦市場的重要性，以解脫完全依賴于傳統(tǒng)工業(yè)的主動局面。

全世界汽車的鈦用量在1995年僅有100噸，最具鈦新應(yīng)用潛力的市場是汽車行業(yè)。而2002年達(dá)到1100噸。汽車用鈦是一個(gè)非常龐大的市場。一旦鈦在汽車工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，那鈦材的用量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)逾越目前航天航空工業(yè)中的用量?，F(xiàn)在美國每年可生產(chǎn)1500-1600萬輛汽車，若每輛車上使用1千克的鈦部件，則美國每年的汽車用鈦量將達(dá)到1.5萬噸以上。汽車制造商批量使用鈦制零部件標(biāo)志著世界鈦工業(yè)今后將逐步解脫航空業(yè)的束縛，向更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域拓展，如阿爾法羅密歐汽車的鈦制零部件。

近海石油和天然氣生產(chǎn)用鈦量在2000年為500噸，另外。2006年增長到2300噸。軍用裝甲目前年用鈦量為400t2006年增至1300噸。鈦高爾夫球桿市場在經(jīng)歷大幅調(diào)整后，目前仍是鈦民用領(lǐng)域的一大支柱，年銷售量為1200噸左右。

其總消費(fèi)量在2001年約為6000噸，鈦在建筑、汽車、能源、軍用裝甲板等新領(lǐng)域市場已較前大幅度增加。2004年翻了一番，達(dá)到1.2萬噸。據(jù)預(yù)測，2013年，新應(yīng)用領(lǐng)域用鈦將占全部用鈦量的20%那時(shí)鈦市場受制于航空業(yè)的局面將會改變。