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  • 鈦及鈦合金的應用范圍

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      為減少鈦金屬應用過高成本造成的負擔,一方面發展了殘鈦處理工藝,另一方面開發了近凈成形、超塑成形、精密鑄造和粉末冶金以及熱等靜壓與擴散連接等高新技術。比如通過制粉、成型、燒結或熱等靜壓固結方法加工而成的粉末冶金制品為近凈成形件,材料利用率高達80%,既降低了材料消耗,又明顯減少了切削加工量。又如大型薄壁精密鑄造技術在鈦合金中的應用,使鈦鑄件性能接近鈦鍛件,而成本降低50%左右。

      鈦及鈦合金的主要消費領域首先是航空工業。20世紀80年代,美國航空工業用鈦占鈦材總用量的74.8%,俄羅斯、英國等也主要用于航空工業,日本90%的鈦材用于民用工業。近年來,鈦材在非航空航天工業中的應用不斷增加,航空航天仍居“主打”地位。從1952年鈦在道格拉斯DC-7班機上用作發動機短艙和隔火壁開始,至今許多飛機的結構件均已使用鈦合金制造。在波音757、超音速SR-71黑鳥、F-22噴氣戰斗機、空間衛星和導彈上,鈦零件都起到極為關鍵的作用。如飛機內的風扇圓盤、發動機葉片等均為鈦鑄件和鍛件制造。

      鈦的第二項應用領域則與利用其抗蝕能力相關。其中用量最大是作氯堿生產的電極材料。鈦陽極使用壽命為石墨陽極的10倍,使產能提高近1倍,節電15%。年產1萬噸苛性鈉,約需5噸鈦。

      在航海業的船舶制造中,鈦曾有過昔日輝煌。前蘇聯制造的6~7艘3000噸級核潛艇中每艘用鈦量高達560噸(其阿爾法級潛艇的鈦用量在908噸以上)。近年來在海洋油氣勘探與開發方面鈦則顯示了巨大的威力,僅1997~1999年期間歐洲在北海油氣開發方面就投入了150億美元,用于建造21個懸浮式生產作業船和64個平臺。一個新平臺的生命安全系統需50~500噸鈦,楔形應力接頭需50~100噸鈦,可伸縮升降器需400~1200噸鈦,固定升降器需1400~4200噸鈦。

      在能源工業中已知用鈦作發電裝置的冷凝器和熱交換器,如我國臺州電廠、上海金山熱電廠和鎮海發電廠的發電機組都選用了鈦管冷凝器,用鈦量約700噸。秦山和大亞灣核電站都選用了全鈦冷凝器。近年來在地熱井地熱開發方面,鈦也大展風采,充分顯示了自身的抗蝕能力。在地熱鹵水的高溫腐蝕性環境中用作動力蒸汽渦輪,其他材料皆因壽命短而不得不被鈦取而代之。用鈦的優點在于能提高采熱的生產率和地熱井的壽命。20世紀90年代開始美國在南加州Salton Sea地區打了一口溫度高達300℃的地熱井,至令已使用Ti-6Al-4V-0.1Ru合金熱軋無縫管227噸。估計今后十年內世界各地地熱開發的用鈦量可能達到2400噸。我國西藏地區的羊八井電站如采用鈦材,其面貌將大為改觀。

    寶雞鈦及鈦合金

      海洋油氣鉆探與地熱開發主要使用Ti-6Al-4VELI、Ti-3Al-2.5V、Ti-6Al-4V-0.1Ru、Ti-3Al-2.5V-0.1Ru及含鉬Ti-38644(Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo)等合金。船用緊固件使用Ti-5111(Ti-5Al-1Sn-1Zr-1V-0.8Mo)合金。我國為適應海洋工程的需要,也開發了Ti75、Ti31和Ti631等合金。

      據統計一臺20萬千瓦火力發電機組用鈦量為90噸,一座核電站用鈦量為80~100噸??梢娔茉磁c腐蝕等方面的用鈦量不容漠視。

      高爾夫球、生物材料和汽車制造是鈦材三個極有希望的新的應用領域。

      在運動與休閑領域,高爾夫球具用量的增長頗富戲劇性,1993年鈦尚未進入這一領域,1997年用鈦量一下增長到4000噸。原因是用鈦作球棒強度高、質地輕、擊球距離平均提高20~30碼(1碼=0.9144米)或15%。鈦球棒的出現使美國1998年內增加了448個新球場。球員的數目達到2500萬人(接近于全世界的一半)。1994年只賣出500個球棒,1995年一下增到19萬個,而到1997竟猛增到172萬個。鈦在休閑運動領域大有用武之地,諸如在滑雪板、雪橇、冰斧、冰爪等爬山設施等方面。

      鈦有極佳的生物相容性、低的膨脹系數、高度耐用性及無磁性,是極佳的骨骼支撐材料。作為植入的髖關節其重量約為不銹鋼的一半,并且骨組織在生長時還可直接粘牢在鈦植人體上。膝關節、義齒再造等也使用鈦合金。據統計,全世界每年醫學植人的用鈦量在600-1000噸之間。所用鈦材除Ti-6Al--4VELI(超低間隙氧)外,還開發了無鋁(免除對腎和肺的毒害)Timetal 21SRx(Ti-2.75Nb-15.2Mo-0.34Fe-0.18Si-0.250)與Timetal 21S(Ti-2.9Nb-14-9Mo-0.09Fe-2.9Al-0.22Si-0.140)、Ti-6Al-7Nb等鈦合金。

      低成本鈦的生產及鈦粉末加工技術的發展,已有可能將鈦的應用延伸到汽車行業。用鈦制造的彈簧已開始在一級方程式賽車上、競賽用摩托車以及最高級的法拉利汽車上應用。估計不久在輕型汽車的發動機閥門、連桿、懸簧、排放系統及緊固件上將獲得應用。估計鈦大舉進入汽車市場將從日本和美國開始。美國每年能夠生產1600萬輛轎車和輕型卡車,日本本田公司1998年下半年已先期將鈦閥門用于Altezza家庭轎車。

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