鈦合金的展望與新應(yīng)用
相信隨著鈦合金新應(yīng)用的不時(shí)開(kāi)發(fā)與發(fā)展，總之。鈦新用量的不時(shí)上升，未來(lái)鈦的新應(yīng)用市場(chǎng)的發(fā)展前景光明。
并對(duì)鈦的新市場(chǎng)的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，鈦在建筑、汽車(chē)、計(jì)算機(jī)等新興市場(chǎng)中的應(yīng)用。未來(lái)鈦新應(yīng)用市場(chǎng)前景光明。
1951年進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)以來(lái)，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(wèn)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(kāi)始的早在1951年美國(guó)就將鈦材用于飛機(jī)上，前蘇聯(lián)、英國(guó)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(chǎng)一直是鈦?zhàn)钪饕氖袌?chǎng)，目前仍占世界鈦市場(chǎng)總量的50%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(shí)，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(zhǎng)。
鈦的新應(yīng)用
鈦在建筑、汽車(chē)、計(jì)算機(jī)、裝甲、油氣開(kāi)采、體育休閑用品等新應(yīng)用領(lǐng)域不時(shí)呈現(xiàn)，近年來(lái)。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(zhǎng)，且不需要怎么維修。因此從設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，尤其是從壽命周期考慮，鈦是最實(shí)用的
其中國(guó)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(chǎng)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(chǎng)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(jí)建筑項(xiàng)目中使用鈦。鈦還被選擇用作北京國(guó)家大劇院（見(jiàn)圖1和阿布扎比國(guó)際機(jī)場(chǎng)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(chǎng)將使用航空級(jí)鈦合金厚板做結(jié)構(gòu)架，另外，機(jī)場(chǎng)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(duì)較新。使許多重污染地區(qū)、都市和濱海地區(qū)的腐蝕問(wèn)題得到圓滿的解決。
2.汽車(chē)應(yīng)用
降低燃料消耗，汽車(chē)零部件使用鈦可使汽車(chē)重量大大減輕。提高汽車(chē)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(chē)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(chē)的輕量化將會(huì)起到節(jié)能，環(huán)?！彪p重功效。鈦在汽車(chē)中的具體應(yīng)用部位列于表1
使汽車(chē)減輕重量8.1千克，歐洲雪佛萊（Chevrolet汽車(chē)公司高性能的2001CorvettZ06型汽車(chē)上使用了鈦回氣管。并明顯地提高了耐蝕性。2001CorvettZ06型汽車(chē)，預(yù)計(jì)將生產(chǎn)6500輛。
一個(gè)典型的美國(guó)造的可乘坐5-6人的家用車(chē)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(chē)就可減輕10千克左右的重量。美國(guó)鈦金屬公司（Timet與德國(guó)大眾汽車(chē)公司于2001年1月宣布，大眾LupoFSI2001年型號(hào)車(chē)將使用鈦懸簧，大眾汽車(chē)公司預(yù)計(jì)生產(chǎn)了3500輛該型號(hào)車(chē)。這些是最近在汽車(chē)中大量使用鈦的例子。
近來(lái)的這些突破已吸引了許多賽車(chē)、豪華小汽車(chē)、小型廂式載重車(chē)和卡車(chē)的生產(chǎn)商。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和汽車(chē)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(huì)有更多的工程設(shè)計(jì)人員將選擇鈦用做汽車(chē)零件，鈦?zhàn)罱K將在汽車(chē)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(pán)盤(pán)片。因鈦具有質(zhì)量輕、無(wú)金屬過(guò)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(lái)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(jiǎn)單。
2計(jì)算機(jī)硬盤(pán)盤(pán)片
前不久又出現(xiàn)了玻璃硬盤(pán)”因這種盤(pán)片具有更大的平滑性和更高的堅(jiān)固性，硬盤(pán)盤(pán)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(pán)盤(pán)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(pán)有更多的優(yōu)越性，如強(qiáng)度高，可減少盤(pán)片厚度，提高存儲(chǔ)密度和轉(zhuǎn)速，外表光潔度高，可減少讀寫(xiě)磁頭與磁盤(pán)的距離，提高存儲(chǔ)密度；鈦盤(pán)片還具有損壞容許極限高、外表硬度高等特點(diǎn)。
由美國(guó)Timet公司投資500萬(wàn)美元建成了一個(gè)鈦盤(pán)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(dòng)部件上進(jìn)行新開(kāi)發(fā)，硬盤(pán)用鈦會(huì)給Timet公司帶來(lái)很大益處。目前市場(chǎng)上使用較普遍的鈦硬盤(pán)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(pán)片采用的生產(chǎn)技術(shù)多為精密冷軋鈦或鈦合金，盤(pán)片外表可通過(guò)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(pán)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(pán)片產(chǎn)量約為4.5億張。分析家預(yù)測(cè)，計(jì)算機(jī)硬盤(pán)盤(pán)片的市場(chǎng)很大。硬盤(pán)生產(chǎn)量以每年10%-15%速度增長(zhǎng)。據(jù)估計(jì)，隨著信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展和市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，鈦用于計(jì)算機(jī)會(huì)有較好的市場(chǎng)。
4.軍事工業(yè)
軍事戰(zhàn)車(chē)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(chē)輛急需減輕重量，當(dāng)前軍隊(duì)中絕大多數(shù)軍車(chē)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(chē)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(chē)輛中的應(yīng)用有M1主戰(zhàn)坦克、M2戰(zhàn)車(chē)和Bradlei戰(zhàn)車(chē)等（見(jiàn)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(chē)的戰(zhàn)斗能力和機(jī)動(dòng)性，并減少壽命周期本錢(qián)。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(guó)軍隊(duì)裝甲應(yīng)用的首選，比如用在Bradlei戰(zhàn)斗車(chē)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(chē)上。指揮艙蓋每個(gè)重68千克，待改進(jìn)M2戰(zhàn)車(chē)總計(jì)1000輛，1997年已對(duì)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(guó)RMI公司從2001年開(kāi)始為英國(guó)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(kāi)始交貨，火炮系統(tǒng)中。2010年將要制造821門(mén)，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(guó)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(chē)的改造，若將50%M113進(jìn)行改進(jìn)，大約要用鈦80000噸。鈦在未來(lái)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(wàn)米熱交換器用的銅鎳合金管，如果改用鈦管，可延長(zhǎng)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(chē)架、短跑運(yùn)動(dòng)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(shì)。強(qiáng)度大，可以把球頭做得更大，而不會(huì)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(guó)在高爾夫球等民用品方面的用鈦量增長(zhǎng)很快，1996年美國(guó)高爾夫市場(chǎng)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(chǎng)需求量近來(lái)呈上升勢(shì)頭。鈦網(wǎng)由于深埋球拍的框架內(nèi)。受到玩家的好評(píng)?，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(chǎng)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(chǎng)在不遠(yuǎn)的將來(lái)擴(kuò)大到中國(guó)、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(guò)敏等優(yōu)點(diǎn)。那么目前的鈦鏡架需求將會(huì)成倍增加。
鈦?zhàn)孕熊?chē)特別適合高檔次自行車(chē)運(yùn)動(dòng)的要求，現(xiàn)在自行車(chē)運(yùn)動(dòng)在全世界得到廣泛開(kāi)展。因此鈦?zhàn)孕熊?chē)的銷量也在逐步增大。
鈦在手表、首飾、滑雪用具、魚(yú)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(qián)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(jiǎn)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(lái)自資料的污染或通過(guò)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(shuō)是獨(dú)一無(wú)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(jiǎn)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(chǎng)被不銹鋼所壟斷，目前。世界上每年有數(shù)百萬(wàn)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(duì)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(duì)鈦并不熟知，因此應(yīng)進(jìn)行大規(guī)模的市場(chǎng)促銷活動(dòng)，以增加鈦在食品行業(yè)中的用量。
新應(yīng)用市場(chǎng)前景展望
航空工業(yè)的興衰對(duì)鈦工業(yè)仍起著決定性的作用。9.11恐怖事件對(duì)航空業(yè)的打擊加強(qiáng)了人們開(kāi)拓新市場(chǎng)的認(rèn)識(shí)，目前。使人們?cè)俅我庾R(shí)到開(kāi)發(fā)航空業(yè)以外鈦市場(chǎng)的重要性，以解脫完全依賴于傳統(tǒng)工業(yè)的主動(dòng)局面。
全世界汽車(chē)的鈦用量在1995年僅有100噸，最具鈦新應(yīng)用潛力的市場(chǎng)是汽車(chē)行業(yè)。而2002年達(dá)到1100噸。汽車(chē)用鈦是一個(gè)非常龐大的市場(chǎng)。一旦鈦在汽車(chē)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(guó)每年可生產(chǎn)1500-1600萬(wàn)輛汽車(chē)，若每輛車(chē)上使用1千克的鈦部件，則美國(guó)每年的汽車(chē)用鈦量將達(dá)到1.5萬(wàn)噸以上。汽車(chē)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(chē)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(zhǎng)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(chǎng)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(chē)、能源、軍用裝甲板等新領(lǐng)域市場(chǎng)已較前大幅度增加。2004年翻了一番，達(dá)到1.2萬(wàn)噸。據(jù)預(yù)測(cè)，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(chǎng)受制于航空業(yè)的局面將會(huì)改變。
