一、鈦及鈦合金具有許多優(yōu)良特性

1.強(qiáng)度高。鈦合金具有很高的強(qiáng)度，其抗拉強(qiáng)度為686—1176MPa，而密度僅為鋼的60%左右，所以比強(qiáng)度很高。

2.硬度較高。鈦合金(退火態(tài))的硬度HRC為32—38。

3.彈性模量低。鈦合金(退火態(tài))的彈性模量為1.078×10－1.176×10MPa，約為鋼和不銹鋼的一半。

4.高溫和低溫性能優(yōu)良。在高溫下，鈦合金仍能保持良好的機(jī)械性能，其耐熱性遠(yuǎn)高于鋁合金，且工作溫度范圍較寬，目前新型耐熱鈦合金的工作溫度可達(dá)550—600℃；在低溫下，鈦合金的強(qiáng)度反而比在常溫時(shí)增加，且具有良好的韌性，低溫鈦合金在－253℃時(shí)還能保持良好的韌性。

5.鈦的抗腐蝕性強(qiáng)。鈦在550℃以下的空氣中，表面會(huì)迅速形成薄而致密的氧化鈦膜，故在大氣、海水、硝酸和硫酸等氧化性介質(zhì)及強(qiáng)堿中，其耐蝕性優(yōu)于大多數(shù)不銹鋼。

二、鈦的新工藝、新技術(shù)及新用途

1.鈦的制備方法

雖然鈦在自然界中含量相對(duì)豐富，但是因?yàn)槠浯嬖诜稚?，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(qiáng)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(jù)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(yīng)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(guó)芝加哥國(guó)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(duì)金屬鈦進(jìn)行提純。美國(guó)已經(jīng)開(kāi)始利用這一方法進(jìn)行工廠里面的預(yù)生產(chǎn)。

(2)熔鹽電解法制備鈦1959年，Kroll預(yù)言在未來(lái)5-10年內(nèi)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(guó)內(nèi)外的科研機(jī)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)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(jì)40年代以來(lái)，鈦的用途發(fā)展很快，被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、火箭、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、宇宙飛船、艦艇、軍工、醫(yī)療以及石油化工等領(lǐng)域。..的研究中發(fā)現(xiàn)，人體中含有一定的鈦元素，鈦元素會(huì)刺激吞噬細(xì)胞，可以加強(qiáng)免疫作用，因此不少實(shí)驗(yàn)室正致力于生物鈦的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。

三、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(tǒng)的加工一般采用熔煉和鑄造技術(shù)，..的加工技術(shù)分為以下幾種：

(1)近凈成型技術(shù) ;

(2)線摩擦焊接技術(shù) ;

(3)超塑性成型技術(shù) ;

(4)材料制備及加工過(guò)程的計(jì)算機(jī)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(jié)，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(jī)械合金化的方法，利用球磨機(jī)對(duì)原料進(jìn)行強(qiáng)烈的撞擊、研磨和攪拌。然后對(duì)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(qiáng)度。然后在對(duì)制成的胚料進(jìn)行放電等離子燒結(jié)，利用上、下模沖及通電電極將特定燒結(jié)電源和壓制壓力施加于燒結(jié)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(duì)經(jīng)過(guò)等離子燒結(jié)的鈦合金進(jìn)行后續(xù)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(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，主要用在制作飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)或者氣壓部件。后來(lái)隨著技術(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，在工廠或者家用器件上也有鈦合金的身影。現(xiàn)在個(gè)國(guó)家和機(jī)構(gòu)都在爭(zhēng)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(yī)用鈦合金鈦合金密度小且生物相容性好，是理想的醫(yī)用材料，甚至可以植入人體，以前在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用的鈦合金含有釩和鋁，會(huì)對(duì)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(yīng)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(guó)，俄羅斯和中國(guó)都相繼研發(fā)出了新的阻然鈦合金，其中美國(guó)將這些阻然鈦合金應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)上，因?yàn)檫@些鈦合金對(duì)燃燒不敏感，所以可以大大提高發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性。

(3)高強(qiáng)高韌β型β型鈦合金具有強(qiáng)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(guī)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(jī)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(guó)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(jié)合，利用纖維或顆粒增強(qiáng)的復(fù)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(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通鈦合金。目前美國(guó)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(yù)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(fù)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。