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詳細介紹
1 鈦及鈦合金性質(zhì)簡介
1.1 鈦簡介
鈦是一種新型材料，具有密度小,、比強度高,、耐熱和抗腐蝕等優(yōu)點。它的重量僅有鐵的一半,，但是其力學(xué)性能例如錘擊,、拉延等卻和銅不分上下。一般來講隨著溫度的降低,，金屬的抗擊打性能會下降，但是鈦卻恰恰相反,，溫度越低,，鈦會變得越來越堅硬，并且在達到臨界溫度時會出現(xiàn)超導(dǎo)的現(xiàn)象,。
1.2 鈦合金簡介
鈦合金和鈦在某種程度上性質(zhì)類似,，具有密度小強度高的特點，此外其機械性能十分優(yōu)異,，抗腐蝕能力較強,。而且其熱強度高，明顯**鋁合金,，同時在低溫和超低溫下其力學(xué)性能變化不大,。
2 鈦的新工藝、新技術(shù)及新用途
2.1 鈦的制備方法
雖然鈦在自然界中含量相對豐富,，但是因為其存在分散,，且難以提取，所以鈦也是一種稀有金屬,。目前來說鈦的制備一共分為兩大類 ：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,。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 ：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，Hunter法是利用金屬鈉將氯化物中的鈦置換出來,。此外,，美國芝加哥國際鈦粉公司開發(fā)的Armstrong法，其制備方法類似于Hunter法,，也是利用還原劑鈉對金屬鈦進行提純,。美國已經(jīng)開始利用這一方法進行工廠里面的預(yù)生產(chǎn)。
（2）熔鹽電解法制備鈦
1959年,，Kroll預(yù)言在未來5-10年內(nèi)熔鹽電解將會取代Kroll法成為生產(chǎn)鈦的主流方法,。多年來國內(nèi)外的科研機構(gòu)和實驗室總共開發(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 ：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40年代以來，鈦的用途發(fā)展很快,，被廣泛應(yīng)用于飛機,、火箭、導(dǎo)彈,、人造衛(wèi)星,、宇宙飛船、艦艇,、**,、**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,，鈦元素會刺激吞噬細胞，可以加強免疫作用,，因此不少實驗室正致力于生物鈦的開發(fā)和應(yīng)用,。
3 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）材料制備及加工過程的計算機模擬技術(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)過成型和燒結(jié),，從而制造鈦零部件的新工藝。**先是生產(chǎn)粉末,，一般采用機械合金化的方法，利用球磨機對原料進行強烈的撞擊,、研磨和攪拌,。然后對已經(jīng)形成粉末的合金進行壓制成型，有兩種壓制方法,，分別是加壓成型和無壓成型,。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度,。然后在對制成的胚料進行放電等離子燒結(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。然后對經(jīng)過等離子燒結(jié)的鈦合金進行后續(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，主要用在制作飛機發(fā)動機或者氣壓部件,。后來隨著技術(shù)的不斷深入發(fā)展,，鈦合金已經(jīng)進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?，F(xiàn)在個國家和機構(gòu)都在爭相研制新的鈦合金,，使其具有低成本高性能的特點，近些年鈦合金的新發(fā)展主要集中在以下五個方面,。
（1）**鈦合金,。
鈦合金密度小且生物相容性好,，是理想的**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,，會對人體造成危害。但是在近期,，日本學(xué)者已經(jīng)開發(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,，此類優(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,，俄羅斯和中國都相繼研發(fā)出了新的阻然鈦合金,，其中美國將這些阻然鈦合金應(yīng)用在發(fā)動機上，因為這些鈦合金對燃燒不敏感,，所以可以大大提高發(fā)動機的穩(wěn)定性,。
（3）高強高韌β型。
β型鈦合金具有強度高,，焊接性好,，冷熱加工性能優(yōu)良的特點。研究人員利用這一規(guī)律,，制備出的β型鈦合金的特點十分明顯 ：靈熱加工性能良好,，塑性好，焊接性能好,。且通過固溶——時效處理之后其機械性能有較大提高,。目前日本和俄羅斯均制備出了此類鈦合金。
（4）鈦鋁化合物,。
鈦鋁化合物相比一般的鈦合金來講具有高溫性能好,，抗氧化抗蠕變性能好，且密度小于一般的鈦合金,。這些優(yōu)異的特點注定了鈦鋁化合物會掀起新的合金熱潮,。目前美國已經(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的復(fù)合材料制備出來的鈦合金具有優(yōu)異的高溫力學(xué)特征,。高溫鈦合金的使用溫度極限遠遠高于普通鈦合金,。目前美國已經(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)原來的面貌。這種合金可用于儀器儀表,、電子裝置等各種領(lǐng)域,。
4 結(jié)語
鈦擁有許多金屬無法比擬的優(yōu)點，隨著社會的進步,、科技的發(fā)展,，鈦及鈦合金的應(yīng)用將更加廣泛，人類對鈦和鈦合金的需求將日益增大,，而生產(chǎn)成本高是限制鈦及鈦合金推廣使用的主要原因之一,。因此，開發(fā)與應(yīng)用低成本,、大規(guī)模及生態(tài)環(huán)保的連續(xù)化生產(chǎn)工藝,，才能使鈦及鈦合金得到更加廣泛的應(yīng)用。
1.1 鈦簡介
鈦是一種新型材料，具有密度小,、比強度高,、耐熱和抗腐蝕等優(yōu)點。它的重量僅有鐵的一半,，但是其力學(xué)性能例如錘擊,、拉延等卻和銅不分上下。一般來講隨著溫度的降低,，金屬的抗擊打性能會下降，但是鈦卻恰恰相反,，溫度越低,，鈦會變得越來越堅硬，并且在達到臨界溫度時會出現(xiàn)超導(dǎo)的現(xiàn)象,。
1.2 鈦合金簡介
鈦合金和鈦在某種程度上性質(zhì)類似,，具有密度小強度高的特點，此外其機械性能十分優(yōu)異,，抗腐蝕能力較強,。而且其熱強度高，明顯**鋁合金,，同時在低溫和超低溫下其力學(xué)性能變化不大,。
2 鈦的新工藝、新技術(shù)及新用途
2.1 鈦的制備方法
雖然鈦在自然界中含量相對豐富,，但是因為其存在分散,，且難以提取，所以鈦也是一種稀有金屬,。目前來說鈦的制備一共分為兩大類 ：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,。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 ：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，Hunter法是利用金屬鈉將氯化物中的鈦置換出來,。此外,，美國芝加哥國際鈦粉公司開發(fā)的Armstrong法，其制備方法類似于Hunter法,，也是利用還原劑鈉對金屬鈦進行提純,。美國已經(jīng)開始利用這一方法進行工廠里面的預(yù)生產(chǎn)。
（2）熔鹽電解法制備鈦
1959年,，Kroll預(yù)言在未來5-10年內(nèi)熔鹽電解將會取代Kroll法成為生產(chǎn)鈦的主流方法,。多年來國內(nèi)外的科研機構(gòu)和實驗室總共開發(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 ：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40年代以來，鈦的用途發(fā)展很快,，被廣泛應(yīng)用于飛機,、火箭、導(dǎo)彈,、人造衛(wèi)星,、宇宙飛船、艦艇,、**,、**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,，鈦元素會刺激吞噬細胞，可以加強免疫作用,，因此不少實驗室正致力于生物鈦的開發(fā)和應(yīng)用,。
3 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）材料制備及加工過程的計算機模擬技術(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)過成型和燒結(jié),，從而制造鈦零部件的新工藝。**先是生產(chǎn)粉末,，一般采用機械合金化的方法，利用球磨機對原料進行強烈的撞擊,、研磨和攪拌,。然后對已經(jīng)形成粉末的合金進行壓制成型，有兩種壓制方法,，分別是加壓成型和無壓成型,。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度,。然后在對制成的胚料進行放電等離子燒結(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。然后對經(jīng)過等離子燒結(jié)的鈦合金進行后續(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，主要用在制作飛機發(fā)動機或者氣壓部件,。后來隨著技術(shù)的不斷深入發(fā)展,，鈦合金已經(jīng)進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?，F(xiàn)在個國家和機構(gòu)都在爭相研制新的鈦合金,，使其具有低成本高性能的特點，近些年鈦合金的新發(fā)展主要集中在以下五個方面,。
（1）**鈦合金,。
鈦合金密度小且生物相容性好,，是理想的**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,，會對人體造成危害。但是在近期,，日本學(xué)者已經(jīng)開發(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,，此類優(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,，俄羅斯和中國都相繼研發(fā)出了新的阻然鈦合金,，其中美國將這些阻然鈦合金應(yīng)用在發(fā)動機上，因為這些鈦合金對燃燒不敏感,，所以可以大大提高發(fā)動機的穩(wěn)定性,。
（3）高強高韌β型。
β型鈦合金具有強度高,，焊接性好,，冷熱加工性能優(yōu)良的特點。研究人員利用這一規(guī)律,，制備出的β型鈦合金的特點十分明顯 ：靈熱加工性能良好,，塑性好，焊接性能好,。且通過固溶——時效處理之后其機械性能有較大提高,。目前日本和俄羅斯均制備出了此類鈦合金。
（4）鈦鋁化合物,。
鈦鋁化合物相比一般的鈦合金來講具有高溫性能好,，抗氧化抗蠕變性能好，且密度小于一般的鈦合金,。這些優(yōu)異的特點注定了鈦鋁化合物會掀起新的合金熱潮,。目前美國已經(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的復(fù)合材料制備出來的鈦合金具有優(yōu)異的高溫力學(xué)特征,。高溫鈦合金的使用溫度極限遠遠高于普通鈦合金,。目前美國已經(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)原來的面貌。這種合金可用于儀器儀表,、電子裝置等各種領(lǐng)域,。
4 結(jié)語
鈦擁有許多金屬無法比擬的優(yōu)點，隨著社會的進步,、科技的發(fā)展,，鈦及鈦合金的應(yīng)用將更加廣泛，人類對鈦和鈦合金的需求將日益增大,，而生產(chǎn)成本高是限制鈦及鈦合金推廣使用的主要原因之一,。因此，開發(fā)與應(yīng)用低成本,、大規(guī)模及生態(tài)環(huán)保的連續(xù)化生產(chǎn)工藝,，才能使鈦及鈦合金得到更加廣泛的應(yīng)用。
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